Diameter dan tinggi shell Tebal shell tangki dan tutup tangki

Konstanta gas R = 8,31434 kPa.m 3 kgmol -1 K -1 Faktor kelonggaran = 20 Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tangki V CO2 = nRTP V CO2 = kPa 20000 hari jam 24 hari 7 303,15K K kgmol m kPa 8,31434 jam kgmol 0,5384 3       = 11,3996 m 3 Volume tangki, V t = 1,2 × 11,3996 m 3 = 13,6796 m 3

2. Diameter dan tinggi shell

Direncanakan: Tinggi shell tangki : diameter tangki H s : D = 5 : 4 Tinggi tutup tangki : diameter tangki H h : D = 1 : 4 Volume shell tangki V s V s = ¼ π D 2 H s V s = 3 16 5 D  Volume tutup tangki V h spherical V h = 3 6 1 D  Volume tangki V V = V s + 2V h V = 3 16 5 D  + 3 3 D  13,6796 = 3 48 31 D  Maka diameter tangki, D = 1,8889 m = 74,3660 in Tinggi shell tangki, H s = 3611 , 2         D D H s m Universitas Sumatera Utara Tinggi tutup tangki, H h = 47221 ,         D D H h m Tinggi tangki, H t = H s + 2H h = 3,3056 m

3. Tebal shell tangki dan tutup tangki

Untuk tutup atas tangki: Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20: P operasi = 20000 kPa P desain = 1,2 × 20000 kPa = 24000 kPa Joint efficiency , E = 0,85 Peters, dkk., 2004 Allowable stress , S = 146170 kPa Peters, dkk., 2004 Faktor korosi, C = 180 in Peters, dkk., 2004 Umur alat, n = 10 tahun Tebal shell tangki : t = nC P SE D P    2 , 1 2 Peters, dkk., 2004 t = 80 1 10 4000 2 2 , 1 85 , 46170 1 2 1,8889 24000        t = 0,3315 in tebal shell standar yang digunakan = 716in. Tebal tutup tangki bawah dan atas : Tutup tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell tangki dan mempunyai ketebalan yang sama pula. tebal shell standar yang digunakan = 716 in. C.8 Tangki Mixer II M-201 Fungsi : mencampurkan CaOH 2 dengan air sehingga menghasilkan larutan CaOH 2 0,1 Jenis : Tangki berpengaduk Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : carbon steel SA-285 Grade C Universitas Sumatera Utara Jumlah : 1 unit Kondisi Penyimapanan : Suhu : 30 o C Tekanan : 1 atm = 14,696 psia Kebutuhan : 1 jam Faktor kelonggaran : 20 Laju alir : 530,8010 kgjam Tabel C.6 Komposisi Bahan Pada Tangki Mixer II M-201 Bahan F kgjam ρ kgm 3 V m 3 jam CaOH 2 0,5308 2240 0,0002 Air 530,2702 995,68 0,5326 Total 530,8010 0,5328 Densitas campuran, ρ campuran = 530,80100,5328 = 996,2334 kgm 3 = 62,1951 lbft 3 a. Volume larutan, V l V l = 3 kgm 996,2334 jam 1 kgjam 530,8010  = 0,5328 m 3 Volume Tangki, V t V t = 1+0,2 × 0,5328 = 0,6394 m 3 b. Spesifikasi Tangki Direncanakan tangki beralas datar dan bertutup ellipsoidal dengan perbandingan: Tinggi silinder : diameter H s : D s = 4 : 3 Tinggi head : diameter H h : D s = 1 : 4 - Volume shell tangki V s s 2 s s H D 4 π V  3 s s D 3 π V  Perry, 1999 - Volume tutup tangki V h h 2 s h H D 6 π V  3 s h D 24 π V  Brownell, 1959  Volume Tangki V Universitas Sumatera Utara 3 s 3 s h s t D 24 π D 3 π V V V     3 s 3 D 24 9 π m 6394 ,  D s = 0,8156 m; H s = 1,0874 m c. Diameter dan tutup tangki diameter tutup = diameter tangki = 0,8156 m direncanakan Tinggi head : diameter H h : D s = 1 : 4 maka tinggi tutup, H h = m 2039 , m 0,8156 4 1  Tinggi total tangki, H t = H s + 2 H h = 1,4952 m d. Tebal shell tangki nC 0,6P 2SE PD t    Perry, 1999 di mana: t = tebal shell tangki in P = tekanan desain psia D = diameter dalam tangki in S = allowable stress psia E = joint efficiency C = factor korosi intahun n = umur alat tahun V l =0,5328 m 3 V t = 0,6394 m 3 Tinggi larutan dalam tangki, h = m 2460 , 1 m 4952 , 1 m 6394 , m 5328 , 3 3   Tekanan hidrostatik P = ρ × g × h = 996,2334 kgm 3 × 9,8 ms 2 × 1,2460 m = 12173,2707 Pa Universitas Sumatera Utara Faktor kelonggaran 20, Maka tekanan desain, P desain = 1+0,2 × P operasi = 1+0,2 × 101325 + 12173,2707 = 136197,9248 Pa = 19,7538 psi Direncanakan bahan konstruksi carbon steel SA-285 Grade C Dari Tabel 13.1, Brownell, 1959, diperoleh data Allowable stress S : 13700 psia Joint efficiency E : 0,80 Faktor korosi C : 0,0125 intahun Umur alat n : 10 tahun Tebal shell tangki:   intahun 0,0125 10 psia 7358 , 9 1 0,6 0,8 213700 in 093 psia32,1 7358 , 9 1 t      t = 0,1540 in digunakan shell standar 316 in Brownell, 1959 e. Tebal tutup tangki Tutup tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell tangki dan mempunyai ketebalan yang sama pula. Tebal tutup tangki digunakan 14 in Brownell, 1959 Perancangan sistem pengaduk Jenis Pengaduk : flat 6 blade turbine impeller Jumlah baffle : 4 unit Untuk turbin standar McCabe, 1999, diperoleh: D a D t = 13  D a = 13 × 0,8156 m = 0,2719 m ED a = 1  E = 0,2719 m LD a = ¼  L = ¼ × 0,2719 m = 0,0680 m WD a = 15  W = 15 × 0,2719 m = 0,0544 m JD t = 112  J = 112 × 0,8156 m = 0,0680 m Universitas Sumatera Utara di mana: D t = diameter tangki D a = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle Kecepatan pengadukan, N = 1 putarandetik D a = 0,2719 m =0,8919 ft Dari halaman LC- 23, diperoleh ρ campuran = 996,92 kgm 3 = 62,2383 lb m ft 3 g c = 32,17 lb m .ftlb f .detik 2 McCabe, 1999 = 1,06 cP = 0,0007 lb m ft.detik Othmer, 1998 bilangan reynold, N Re    69462 0,0007 62,1951 1 8919 , N ρ D N 2 2 a Re    N Re 10.000, maka perhitungan daya pengadukan menggunakan rumus: c 5 a 3 T g ρ D n K P  McCabe, 1999 Untuk flat 6 blade turbin impeller, nilai K T = 6,3 McCabe, 1999 Maka daya yang dibutuhkan adalah:      hp 0125 , detik lb ft 8749 , 6 32,17 62,1951 8919 , 1 6,3 P f 5 3     Efisiensi motor 80 Daya motor = 0,01250,80 = 0,0156 hp Dipilih motor standard 14 hp C.9 Tangki Koagulasi M-203 Fungsi : tempat mereaksikan CaOH 2 dengan impurities Jenis : Tangki berpengaduk dengan jaket pemanas Bentuk : silinder vertikal dengan tutup datar dan alas kerucut Bahan konstruksi : carbon steel SA-285 Grade C Kondisi operasi : suhu : 85 o C Universitas Sumatera Utara Tekanan : 1 atm Tabel C.7 Komposisi Bahan Pada Tangki Koagulasi M-203 Bahan F kgjam ρ kgm 3 V m 3 jam Air 1285,6035 968,45 1,3275 Kalsium laktat 117,4912 1494 0,0786 Monosakarida 5,1504 1540 0,0033 Maltsprout 2,5228 4761 0,0005 Kalsium fosfat 0,7421 3140 0,0002 Kalsium hidroksida 0,5308 1120,13 0,0005 Total 1411,9959 1,4107 Densitas campuran, 3 3 camp. kgm 1000,9336 jam m 1,4107 kgjam 1411,9959 ρ   Waktu tinggal : 1 jam a. Volume larutan, V l V l = 1,4107 m 3 Volume Tangki, V t V t = 1+0,2×1,4107 = 1,6928 m 3 b. Spesifikasi Tangki Direncanakan tangki dengan tutup datar dan alas kerucut - Volume shell tangki V s s 2 s s H D 4 π V  Diambil D s = H s 3 s s D 4 π V  Perry, 1999 - Volume kerucut V k V k = 0,262 H h D 2 + Dd m + d m 2 Walas, 1988 Dimana : d m = flat spot diameter diambil α = 45 o jika α = 45 o , d m = 0,25 m H h = 0,5 D-d m V k = 0,131 D 3 – 0,000204 Walas, 1988 Universitas Sumatera Utara  Volume Tangki V 0,00204 D 0,131 D 4 π Vk V V 3 s 3 s s t      00204 , D 9167 , m 6928 , 1 3 s 3   D s = 1,1923 m; H s = 1,1923 m H h = 0,4712 m; H t = 1,6635 m c. Tebal shell tangki nC 0,6P 2SE PD t    Perry, 1999 di mana: t = tebal shell tangki in P = tekanan desain psia D = diameter dalam tangki in S = allowable stress psia E = joint efficiency C = factor korosi intahun n = umur alat tahun V l =1,4107 m 3 V t = 1,6928 m 3 Tinggi larutan dalam tangki, h = m 3862 , 1 m 6635 , 1 m 6928 , 1 m 4107 , 1 3 3   Tekanan hidrostatik P = ρ × g × h = 1000,9336 kgm 3 × 9,8 ms 2 × 1,3862 m = 13607,0136 Pa Faktor kelonggaran 20, Maka tekanan desain, P desain = 1+0,2 × P operasi = 1+0,2 × 101325 + 13607,0136 = 137918,4163 Pa = 20,0034 psi Universitas Sumatera Utara Direncanakan bahan konstruksi carbon steel SA-285 Grade C Dari Tabel 13.1, Brownell, 1959, diperoleh data Allowable stress S : 13700 psia Joint efficiency E : 0,80 Faktor korosi C : 0,0125 intahun Umur alat n : 10 tahun Tebal shell tangki:   intahun 0,0125 1 0034 , 20 0,6 8 , 213700 in 417 psia46,9 20,0034 t      psia t = 0,1679 in digunakan shell standar 316 in Brownell, 1959 e. Tebal kerucut Kerucut terbuat dari bahan yang sama dengan shell tangki dan mempunyai ketebalan yang sama pula. Tebal kerucut digunakan 316 in Brownell, 1959 Perancangan sistem pengaduk Jenis Pengaduk : flat 6 blade turbine impeller Jumlah baffle : 4 unit Untuk turbin standar McCabe, 1999, diperoleh: D a D t = 13  D a = 13 × 1,1923 m = 0,3974 m ED a = 1  E = 0,3974m LD a = ¼  L = ¼ × 0,3974 m = 0,0994 m WD a = 15  W = 15 × 0,3974 m = 0,0795 m JD t = 112  J = 112 × 1,1923 m = 0,0994 m di mana: D t = diameter tangki D a = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle Universitas Sumatera Utara Kecepatan pengadukan, N = 1 putarandetik D a = 0,3974 m =1,3039 ft Dari halaman LC- 27 diperoleh ρ campuran = 1000,9336 kgm 3 = 62,4886 lb m ft 3 g c = 32,17 lb m .ftlb f .detik 2 = 1,06 cP = 0,0007 lb m ft.detik Othmer, 1998 bilangan reynold, N Re    149159 0,0007 62,4886 1 3039 , 1 N ρ D N 2 2 a Re    N Re 10.000, maka perhitungan daya pengadukan menggunakan rumus: c 5 a 3 T g ρ D n K P  McCabe, 1999 Untuk flat 6 blade turbin impeller, nilai K T = 6,3 McCabe, 1999 Maka daya yang dibutuhkan adalah:      hp 0839 , detik lb ft 1263 , 46 32,17 62,4886 3039 , 1 1 6,3 P f 5 3     Efisiensi motor 80 Daya motor = 0,08390,80 = 0,1048 hp Dipilih motor standard ¼ hp Jaket pemanas Jumlah steam 110 o C, 1,43 atm = 121,9770 kgjam Diameter luar tangki = D s + 2 × t = 47,3167 in Tinggi jaket = tinggi tangki = 1,1923 m = 46,9417 in Asumsi jarak jaket = 5 in Diameter luar tangki dengan jaket D = 47,3167 in + 2 × 5 in = 57,3167 in Luas perpindahan panas jaket, A= π.D.h = π 46,9417 57,3167 = 8455,9903 in 2 Luas perpindahan panas yang dibutuhkan, Panas yang dipindahkan oleh steam,Q= 272033 kJjam = 257836 Btujam Suhu awal steam, T 1 = 110 o C = 230 o F Universitas Sumatera Utara Suhu akhir steam, T 2 = 110 o C = 230 o F Dari Tabel 8. Kern, 1965, diperoleh U D = 250 – 500 Diambil U D = 375 Btujam.ft 2 . o F ΔT U Q A D    2 2 in 5500 ft 198 , 38 230 375 257836 A    Luas perpindahan panas jaket luas perpindahan panas yang dibutuhkan, maka rancangan jaket tangki sudah layak. Tebal dinding jaket t j Bahan Carbon steel, SA-285 grade C Tekanan maksimum diambil sebesar 25 Psi lebih besar dari tekanan normal sehingga: P desain = 14,696 + 25 = 39,696 psi nC 0,6P 2SE PD t j         in 0,2290 0,0125 10 39,696 0,6 0,8 213700 57,3167 39,696 t j       Dipilih tebal ¼ in. C.10 Filter Press I F-205 Fungsi : memisahkan endapan kalsium fosfat dan impuritis dari kalsium laktat Tipe : plate and frame Bahan konstruksi : carbon steel, SA-36 Jumlah : 1 unit Waktu : 1 jam Data berikut diperoleh dari Lampiran A, Tabel A-7 halaman LA-14 Tabel C.8 Komposisi Bahan pada Filtrat Bahan F kgjam ρ kgm 3 V m 3 jam Air 1260,1441 968,45 1,3012 Kalsium laktat 115,1414 1494 0,0771 Total 1375,2855 1,3783 Densitas filtrat : 1375,28551,3783=997,8404 kgm 3 Universitas Sumatera Utara Tabel C.9 Komposisi Bahan pada Cake Bahan F kgjam ρ kgm 3 V m 3 jam Kalsium fosfat 0,7421 3140 0,0002 glukosa 5,1054 1540 0,0033 maltsprout 2,5228 4761 0,0005 Air 25,7172 968,45 0,0266 Kalsium laktat 2,3498 1494 0,0016 Total 36,4374 0,0322 Densitas cake : 36,43740,0322 = 1131,2725 kgm 3 Jumlah umpan : 1375,2855 + 36,4374 = 1411,7230 kgjam Luas penyaringan efektif dihitung degnan persamaan L∙A1-Eρ s = ρ[V+E∙L∙A]-[W1-W] Foust, 1979 L = tebal cake pada frame A = luas penyaringan efektif W = fraksi massa cake dalam umpan V = volume filtrat ρ = densitas filtrat ρ s = densitas cake E = porositas partikel = 0,1386 Foust, 1979 umpan massa alir laju cake massa alir laju W  0258 , 1411,7230 36,4374 W   Tebal cake diasumsi 3 cm = 0,03 m Bila direncanakan tiap plate mempunyai luas 1 m 2 , maka luas penyaringan efektif 0,03A1-0,1386 1131,2725 = 997,8404[1,3783+0,13860,03A]-[0,02581-0,0258] A = 41,1959 m 2 Jumlah plate n = 41,1959 m 2 1m 2 = 41,1959 unit Faktor keamanan = 10 Plate yang dibutuhkan = 1+0,1 41,1959 = 45,3155 unit ≈ 46 unit C.11 Bak penampung filtrat I T-207 Universitas Sumatera Utara Fungsi : menampung filtrat dari Filter Press I Bentuk : persegi panjang Bahan konstruksi : beton kedap air Waktu tinggal : 1 jam Data : Tabel C.10 Komposisi Bahan Pada Bak Penampung Filtrat T-207 Bahan F kgjam ρ kgm 3 V m 3 jam Air 1260,1441 968,45 1,3012 Kalsium laktat 115,1414 1494 0,0771 Total 1375,2855 1,3783 Densitas campuran : 1375,28551,3783 = 997,8404 kgm 3 Faktor kelonggaran 20 Volume bak Volume filtrate, V l = 1,3783 m 3 Volume bak, V b = 1+0,2 1,3783 = 1,6539 m 3 Ukuran bak penampung direncanakan: P:L:T = 1:1:23 V b = P.L.T V b = x 2 23 1,6539 m 3 = x 2 23 x = 1,5751 m panjang = 1,5751 m lebar = 1,5751 m tinggi = 1,0501 m C.12 Evaporator I FE-209 Fungsi : memekatkan kalsium laktat hingga 32 Jenis : single effect, vertical tube Kondisi operasi : suhu operasi : 100,218 o C = 212,39 o F suhu umpan masuk : 85 o C suhu steam : 110 o C = 230 o F Data: Universitas Sumatera Utara Massa steam = 1034,8140 kgjam = 2281,3150 lbjam Entalpi steam = 261,95 kJkg = 1157,1440 Btulb Entalpi kondensat= 461,3 kJkg = 198,3246 Btulb Overall heat transfer coefficient = 100 Btuft 2 .jam. o F Kern, 1965 Perhitungan luas permukaan pemanasan A Q = U.A.ΔT McCabe, 1999 Q = m H steam – H liquid     2 ft 0951 , 32 6 212,39 230 100 98,3246 1 - 1157,1440 2281,3150 A    Diambil panjang pipa 16 ft. OD 1¼ in BWG 14 Untuk OD 1¼ in BWG 14 diperoleh surface per linear ft = 0,3925 ft 2 ft Kern, 1965 Jumlah Tube = 632,09510,3925×16 = 100,65 buah ≈ 101 buah C.13 Tangki Amonia NH 3 T-212 Fungsi : Menyimpan Amonia dari Tangki Koagulasi Bahan Konstruksi : carbon steel SA-285 Grade C Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup spherical Jenis Sambungan : Double welded butt joints Jumlah : 1 unit Data Perhitungan: Temperatur, T = 30 o C = 273,15 K Tekanan, P = 114 psi = 786,0026 kPa Kebutuhan perancangan, t = 7 hari Laju alir massa, F = 0,1624 kgjam Laju alir mol n = 0,0096 kgmoljam Konstanta gas R = 8,31434 kPa.m 3 kgmol -1 K -1 Faktor kelonggaran = 20 Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tangki V NH3 = nRTP Universitas Sumatera Utara V NH2 = kPa 0026 , 86 7 hari jam 24 hari 7 303,15K K kgmol m kPa 8,31434 jam kgmol 0,0096 3       = 5,1454 m 3 Volume tangki, V t = 1,2 × 5,1454 m 3 = 6,1745 m 3

2. Diameter dan tinggi shell