PERANCANGAN ALAT UTAMA PABRIK PENTA SODIUM TRIPHOSPHATE DARI SODA API DAN ASAM PHOSPHATE DENGAN PROSES DUA TAHAP.

Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 1

BAB VI PERANCANGAN ALAT UTAMA

1. Spray Dryer D-210

Fungsi : Mengeringkan sludge orthophosphate dari tangki netrallizer Tipe : Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk standard diskhrad dan tutup bawah berbentuk konis. Kondisi operasi : P = 1 atm Suhu gas panas masuk = 500 °C Suhu gas panas keluar = 200 °C Humidity gas masuk = 0,027 lb H 2 O lb gas kering Perry 6 th ed.:1984 Humidity gas keluar = 0,152 lb H 2 O lb gas kering Perry 6 th ed.:1984 Perhitungan : A. Menentukan Volume Spray Dryer : Volume spesifik gas masuk : V = 0,0405 460-t x 0,622 + H V = 0,0405 460 + 932x0,622 + 0,027 V = 36,5880 cuftlb Gas panas 500 o C Produk 170 o C Gas panas keluar 200 o C Feed Masuk 60 o C Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 2 Volume spesifik gas keluar : V = 0,0405 460 - t x 0,622 + H V = 0,0405 460 - t x 0,622 + H V = 0,0405 460 + 392 x 0,622 + 0,027 V = 26,7076 cuftlb lb cuft rata Vrata 6478 . 31 2 7076 , 26 5880 , 36     Rate volumetrik gas rata – rata = 900,4780 x 31,6478 = 28498,1789 cuftmenit Waktu kontak gas dengan liquida tidak lebih dari 30 detik dengan aliran coentercurent Perry 6 th ed.:1984 Ditetapkan θ = 15 detik = 0,25 detik Volume drying number 14249,0895 x 0,25 = 3562,2724 cuft = 3562 cuft Volume bagian I : V 1 = π4 x D 2 x 0,4 D = 0,1 π D 3 Volume bagian II : V 2 = π4 x D 2 x 13 t t = D2 x tg 30 ° = 0,8660 D V 2 = πD 2 12 x 0,866 D = 0,0722 πD 3 V total = V1 + V2 V total = 0,1 πD 3 + 0,0722 πD 3 = 0,1722 πD 3 Volume drying chamber = Vtotal 3562 = 0,172 πD 3 D = 18,7434 ft Tinggi bagian I : t1 = 0,4D t1 = 0,4 x 18,7434 = 7,4973 ft Tinggi bagian II : t2 = 0,866 D t2 = 0,866 x 18,7434 = 16,2318 ft Tinggi total = t1 + t2 Tinggi total = 7,4973 + 16,2318 = 23,7291 ft Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 3

B. Menentukan Tekanan desain Pd :

Karena tekanan operasi adalah tekanan atmosfer, maka tekanan desain hanya di tentukan oleh tekanan hidrostatiknya. P udara panas = P 1 T 1 = P 2 T 2 P udara panas : 1,6700 atm = 24,54522 psi = 24,5422 psi Pd : 14,7 – 14,7 + 24,5422 x 1,1 = 26,9964 psi

C. Menentukan Tebal Spray dryer :

1. Tebal bagian silinder Dipergunakan bahan konstruksi yang terbuat dari stainless steel dengan spesifikasi SA 240 Grade S Tipe 304 Brownell:1952 f allowable = 18750 ; C = 0,1250 in Sambungan las dengan tipe double welded butt joint efisiensi las, E = 0,8 C xPd fxE x PdxDi t    6 , 2 Brownell:1952 1250 , 9964 , 26 6 , 8 , 18750 2 9204 , 224 9964 , 26    x x x x t = 0,3276 in = ½ in 2. Tebal tutup bawah Dengan 30 ° , maka dipilih α = 60 ° C xP fxe xCos PxDi t    6 , 2  Brownell:1952 1250 , 9964 , 26 6 , 8 , 18750 60 2 9204 , 224 9964 , 26    x x xCos x t = 0,5302 in = 34 in Tinggi dish hd : Hd = L – [L 2 – D 2 4] 0,5 Dimana L = crown radius = D – 6” =224,9204 – 6 = 218,9204 Hd = 31,0938 in = 2,5911 ft 3. Tebal tutup atas Diasumsikan tebal tutup atas sama dengan tebal shell untuk memudahkan proses pengelasan Perhitungan tinggi storage Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 4 Hs = Tinggi shell + tinggi standard dished head Hs = 23,7291 + 2,5911 = 26,3203 ft

D. Atomizer Spray Dryer :

Direncanakan menggunakan : - Disk atomizer - Diameter sentrifugal = 12 in diameter 12 – 14 in Perry 5 th ed.:1973 Penentuan kecepatan putar centrifugal disk Dimana : Dvs = diameter partikel rata – rata, ft r = jari – jari disk, ft r = rate massa masuk, lbmenit ft of wetted disk peryphery ρl = density liquida N = kecepatan putaran disk, rpm μ = viskositas liquida lbft menit α = surface tension, lbmenit 2 Lv = wetted disk peryphery, ft -Ukuran partikel terbesar tidak lebih dari 35 mesh Perry 5 th ed.:1973 maka ditetapkan D partikel = 150 mesh, maka: Dvs = 0,0041 in = 0,000342 ft Foust:1960 r = ½ x 12 in = 6 in = 0,5 ft Lv = 2 Πr = 2Π x 0,5 = 3,1416 ft Rate massa = 14554,0362 kgjam = 32091,6498 lbjam = 534,8608 lbmenit r = lbft menit ρL = 20,7462 kgm 3 = 1,2951 lbcuft; µL = 0,28;cp = 0,0113 lbft menit Pers. Macleod Suclen Perry 6 th ed.:1984 α 0,25 = P x ρl – ρv dimana: 1 , 2 2 , 6 , . . 1 4 ,                  r Lv l r N r x r Dvs     2511 , 170 1416 , 3 8608 , 534 739 , 91   Lw Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 5 P = parachor Perry 6 th ed.,1984 ρl = density liquda, molcm 3 ρv = density vapour, molcm 3 α = Surface tension, dynecm P = 15,5 + 19,8 = 35,3 ρl = molcm 3 ρv diabaikan kecil dibanding ρl α 0,25 = 35,3 x 0,0012 α = 0,0000027 dynecm α = lbmenit 2 N = 8307,8538 rpm Diambil N = 8308 rpm range kecepatan putar yang diijinkan yaitu 3000-50000 rpm Perry 6 th ed.:1984 Power motor penggerak centrifugal disk = 1,04 x 10 -8 x r x N 2 x W Dimana: P = Power, Hp r = jari-jari centrifugal disk, ft N = putaran disk, rpm W = Feed rate, lbmenit r = 0,5 ft N = 8308 rpm W = 534, 8608 lbmenit P = 1,04 x 10 -8 x 0,5 x 3644 2 x 355,7653 = 95,9825 Hp Efisiensi motor = 80 Perry 6 th ed.:1984 Power motor 95,982580 = 119,9781 Hp Dipakai motor = 120 Hp 0012 , 100 18 7462 , 20  x 0000217 , 5924 , 453 60 0000027 , 2  x 1 , 2 2 , 6 , 2511 , 170 1416 , 3 2151 , 1 0000217 , 2511 , 170 0113 , 2151 , 1 2511 , 170 4 , 5 , 00034 ,              x x N Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 6 Vol. Partikel = 433,14Dvs2 3 = 433,140,0003422 3 = 2 x 10 -11 cuft Luas disk nozzle = 3,14Diameter sentrifugal disk2 2 = 3,14122 2 = 113 in 2 Luas tutup = 3,14Diameter drying chamber2 2 = 3,1418,7434 2 2 = 39712,5285 in 2 Asumsi spasi = luas 1 disk, jadi jumlah disk nozzle = ρLvol.partikel2 = 1,29512x10 -11 2 = 175,7 Berat tiap partikel = L disk nozle L tutup = 113 39712,5285 = 3 x 10 -11 Asumsi 1 putaran 1 partike yang dihasilkan jadi, Berat partikelmenit = berat tiap partikel N = 3 x 10 -11 x 26297 = 7,10903 x10 -7 lbmenit Luas partikel = 3,14 Dvs2 2 = 3,14 0,0003422 2 = 0,000013196 in 2 Jumlah nozzle pada spray dryer 1 = rate massa berat partikel per menit = 534,8608 7,10903 x 10 -7 = 752.367.762 Jumlah lubang disk nozle = vol. Partikel rate massa = 2x10 -11 534,8608 = 8566330 Jumlah nozzle pada 1 disk nozle = jumlah lubang + spasi = 752.367.7622 = 4283165 Jumlah nozzle pada spray dryer 2 = Jumlah nozzle pada 1 disk nozle jumlah disk nozle = 4283165 175,7 = 752.367.762 Dilakukan trial agar nilai Jumlah nozzle pada spray dryer 1 sama dengan Jumlah nozzle pada spray dryer 2 dan nilai N berubah menjadi 26297 yang awalnya 8308 rpm. Spesifikasi : Fungsi : Mnegeringkan sludge orthophosphate dari tangki penampung larutan orthophosphate Tipe : Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk standard dished head dan tutup bawah berbentuk konis Diameter : 18,7434 ft Tinggi : 23,7291 ft Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 7 Tebal shell : ½ in Tinggi tutup : 2,5911 ft Tinggi tutup atas : ½ in Tinggi tutup bawah : 34 in Bahan : stainless steel SA 240 grade S tipe 304 Jumlah : 1 buah Dimensi atomizer : Jenis : centrifugal disk atomizer Diameter nozle : 12 in ; Jumlah nozzle pada spray dryer : 752.367.762 Putaran spray : 8307,8538 rpm Effisiensi motor : 80 Power motor : 120 Hp Kapasitas : 14554,0362 kgjam Jumlah : 1 buah Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 8

2. Rotary Kiln B-310

Fungsi : Untuk kalsinasi orthophosphate serta untuk menghilangkan gas yang terkandung dalam orthophosphate. Tipe : Direct Rotary Kiln Kondisi operasi : Rate feed : 8477,3513 kgjam Rate produk : 7575,7576 kgjam Suhu udara masuk = t 1 = 800°C = 1472°F Suhu feed masuk = t 2 = 170°C = 338°F Suhu udara keluar = t 3 = 300°C = 572°F Suhu produk masuk = t 4 = 600°C = 1112°F Perhitungan : A. Perhitungan diameter dan panjang D = Dimana : Mc = rate flue gas, lbjam Feed Gas panas Produk H 2 O uap G Mc 4  Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 9 G = rate flue gas, 200-10000 lbjam ft 2 . Diambil G = 2900 lbjam ft 2 Mc = 3319,1006 kgjam = 73204, 0168 lbjam Diameter rotary kiln : D = = 5,6692 ft = 6 ft Dari tabel Ulrich:1984 diperoleh LD = 10 - 40 Ditetapkan LD = 15 maka panjang rotary kiln L = 15 x 6 = 90 ft

B. Penetapan putaran rotary kiln

N = Dimana : N = putaran rotary kiln , rpm V = kecepatan pheripheral dari putaran kiln 0,25-0,5 mdt Diambil V = 0,35 mdt = 68,897 ftmin Perry 6 th ed.:1984 D = Diameter luar rotary kiln, ft = 5,0313 ft Maka : Kecepatan putar N = = 4,3589 rpm; dipakai N= 4 rpm

C. Penentuan waktu tinggal

θ = Perry 6 th ed.:1984 Dimana : θ = waktu tinggal, menit L = panjang rotary kiln, ft D = Diameter rotary kiln, ft S = Slope , 0-8 cmm diambil slope = 5 cmm = 0,05 ftft Perry 6 th ed.:1984 2900 4 0168 , 73204  xD V  0313 , 5 1416 , 3 8976 , 68 x F xBxLxG xD SxN xL 6 , 23 , 49 ,  Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 10 N = Kecepatan putaran, rpm G = kecepatan flue gas, lbjam.ft 2 B = Konstanta material F = Feed rate, lbjam.ft 2 B = 5 x D ρ -0,5 Perry 6 th ed.,1984 Dimana : B = konstanta material D ρ = Diameter partikel rata-rata, mikrometer Diameter partikel 200 mesh = 0,139 min = 139 mikrometer Maka: B = 4 x 139 -0,5 = 0,3393 F = lbjam ft 2 Maka : θ = = 113,9186 menit Diambil waktu tinggal = 2,5 jam

D. Perhitungan tebal shell drum

Rotary drum memakai shell dari carbon steel SA 515 grade 55 dengan stress all owable = 13700 psi Perry 5 th ed.:1973. Untuk las dipakai double welded but joint ; dengan efisiensi : 80, faktor korosi C = 18 HD = 1 Perry 6 th ed.:1984 H = 1x D H = 1x 6 = 6 ft ρ = 104,5954 lbcuft Tekanan vertikal pada tangki: 9993 , 660 6 7854 , 3595 , 18689 4 _ 2 2    x xD Feed Rate 9993 , 660 2900 75 3393 , 6 , 5 6 05 , 75 23 , 49 , x x x x x x  Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 11 P B = Dimana : P B = tekanan vertikal pada dasar, psi ρ B = Bulk density bahan, lbcuft µ’ = Koefisien gesek 0,35-0,55 diambil 0,45 Mc. Cabe 5 th ed.:1956 k’ = ratio tekanan normal = 0,35-0,6 diambil 0,4 Mc. Cabe 5 th ed.:1956 k’ = 0,4 = α = 25 Z T = tinggi total material dalam tangki, ft asumsi tinggi bahan = 15 dari Tinggi drum = 15 x 6 = 0,9 ft Ulrich:1984 r = jari-jari tangki, ft D2 = 62 = 3 ft Maka : P B = = 88,7721 lbft 2 = 0,6165 psi Tekanan latelar P L = k’ x P B = 0,4 x 0,6165 = 0,2466 psi P design = P B + P L P design = 0,6165 + 0,2466 = 0,8631 psi Untuk faktor keamanan 10 digunakan tekanan = 110 x 0,8631 = 0,9494 psi Maka: Tebal shell ; ts =   r xZ x k c B t K e x g g r 2 1 2            sin 1 sin 1     sin 1 sin 1               3 9 , 45 , 2 1 4 , 45 , 2 174 , 32 32 5954 , 104 3 x x e x x x x x     C Pd e f r Pd   6 ., . . Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 12 Dipakai double welded but joint, e = 80 ts = = 0,1281 in ¼ in

E. Perhitungan drum area

ms = ρs x Vs x As dimana : ms = rate feed = 8477,3513 kgjam = 18689,3595 lbjam = 5,1919 lbs ρs = Densitas solid, lbcuft Vs = kecepatan solid = 5x 10 -5 x 90 = 0,00450 fts Ulrich:1984 As = = 11,0307 ft 2 At = ft 2 A rata-rata = 19,6525 ft 2

F. Isolasi

Batu isolasi dipakai setebal 12 in Diameter luar rotary = 6 + 2 x 12 = 6,0313 ft Maka diameter rotary terisolasi = 6,0313 + = 8,0313 ft

G. Perhitungan Power rotary

Hp = Dimana : N = kecepatan putaran, rpm d = Diameter luar kiln, ft D = Diameter Shell = d + 2, ft w = Berat bahan, lb 125 , 6 , 9494 , 8 , 13700 12 3 9494 ,   x x x x 0450 , 5954 , 104 1919 , 5 x sxVs ms   2744 , 28 4 6 1416 , 3 4 2 2    x D       16 3        12 12 2x   100000 33 , 1925 , 75 , 4 W Dw dw Nx   Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 13 W = Berat total, lb Perhitungan berat total: Berat Shell Wc = Dimana : Do = Diameter luar shell = 0,0313 ft D i = Diameter dalam shell = 6 ft L = panjang drum = 90 ft ρ = densitas shell = 490 lbcuft Perry 6 th ed.:1984 maka Wc = = 13022,3769 lb Berat isolasi Wc = Dimana : Do = Diameter luar shell = 8,0313 ft D i = Diameter dalam shell = 6,0313 ft L = panjang drum = 90 ft ρ = densitas shell = 103 lbcuft Perry 6 th ed.:1984 maka Wc = = 204768,5063 lb Berat bahan dalam drum. Untuk hold up = 15 Ulrich:1984 Rate massa = 18689,3595 lbjam Berat bahan = 115 x 18689,3595 = 21492,7634 lb Maka : Berat total = 13022,3769 + 204768,5063+21492,7634 = 239283,6465 lb Berat lain diasumsikan 10 = 110 + 239283,6465    . 4 2 2 L Di Do     490 90 6 0313 , 6 4 2 2 x x     103 90 0313 , 6 0313 , 8 4 2 2 x x      . 4 2 2 L Di Do   Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VI- 14 = 263212,0112 lb Hp = = 66,3800 hp Efisiensi motor = 75 Power = = 88,5067 = 89 hp Spesifikasi : Fungsi : untuk kalsinasi orthophosphate serta untuk menghilangkan gas yang terkandung dalam orthophosphate Tipe : Direct rotary kiln Ukuran : diameter shell = 6 ft diameter Total = 8,0313 ft Panjang shell = 90 ft Tebal shell plate = 14 ft Efisiensi motor : 75 Power : 89 hp Kapasitas : 8477,3513 kgjam Jumlah : 1 buah   100000 0112 , 263212 33 , 0112 , 263212 0313 , 8 1921 , 7634 , 21492 6 75 , 4 6 x x x x x   75 3800 , 66 Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber. Pra Rencana Pabrik Penta Sodium Triphosphate VII - 1

BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA