VI - 1 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat
BAB VI PERENCANAAN ALAT UTAMA
CARBONATOR R-310
Fungsi : Karbonasi MgOH
2
menjadi MgCO
3
Type : Silinder tegak, tutup atas dished dan tutup bawah conis dilengkapi
pengaduk, sparger dan jaket. Operasi :
Batch
Kondisi Operasi :
Tekanan operasi = 1 atm
Atmospheric pressure Suhu operasi
= 90 C
Us. Patent
Waktu tinggal = 20 menit = 13 jam Us. Patent
Waktu 1 cycle operasi : 13 jam untuk 1 batch
Kondisi feed : 1.
Feed magnesium hydroxide dan calcium hydroxide dari J-340 :
Komponen Beratkg Fraksi berat
ρgrcc [Perry 7
ed
; T.2-1]
CaOH
2
MgOH
2
MgO 179,5313
0,0003 5796,1023
0,0296 5,45x10
-8
0,9567 2,2000
2,4000 3,6500
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 2 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat
SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
H
2
O 17,5223
7,5095 3,7548
53,9193 0,0029
0,0012 0,0006
0,0089 2,3200
3,9900 5,1200
1,0000 Total 6058,3398
1,0000
Rate massa = 6058,3398 kgjam = 13358,6392 lbjam
ρ campuran = = 228,9396 lbcuft
Rate volumetrik = =
= 58,3501 cuftjam
2. Feed air proses dari utilitas :
Rate massa = 9351118,4958 kgjam = 20619216,2832 lbjam
ρ campuran = = 62,4300 lbcuft
Rate volumetrik = =
= 330277,3712 cuftjam
Tahap-Tahap Perencanaan 1.
Perencanaan Dimensi Reaktor 2.
Perencanaan Sistem Pengaduk 3.
Perencanaan Sistem Pendingin 4.
Perencanaan Sistem Sparger 1.
PERENCANAAN DIMENSI REAKTOR
Total rate volumetrik bahan masuk :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 3 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat Rate volumetrik = Rate magnesium hydroxide + rate air proses
= 58,3501 cuftjam + 330277,3712 cuftjam = 330335,7212 cuftjam
ρ campuran = 63,5000 lbcuft Batch operasi = 13 jam
Volume bahan = Rate volumetrik x waktu proses = 330335,7212 cuftjam x 13 jam = 82583,9303 cuft
Asumsi volume liquid mengisi 70 volume tangki sedangkan 30 untuk gas CO
2
untuk proses karbonasi. Dan direncanakan digunakan 10 buah tangki. Maka volume bahan menjadi =
= 8258,3930 cuft tiap tangki Volume tiap tangki = 8258,393070 = 11797,7043 cuft
Menentukan ukuran tangki dan ketebalannya
Diambil dimension ratio = 5 Ulrich; T.4-27 : 248 Dengan mengabaikan volume dished head.
Volume tangki = . D
2
.H 11797,7043 = . D
2
.5D D
= 14 ft = 173 in = 4 m D
maksimum
= 4 m; Ulrich; T.4-18 H
= 72 ft = 765 in = 8 m
Penentuan tebal shell :
Tebal shell berdasarkan ASME Code untuk cylindrical tank :
t
min
= Brownell, pers. 13-1, hal.254
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 4 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat dengan :
t
min
= tebal shell minimum ; in P
= tekanan tangki ; psi
ri = jari-jari tangki
; in D C
= faktor korosi ; in digunakan 18 in
E = faktor pengelasan, digunakan double welded butt joint,
faktor pengelasan, E = 0,8 f
= stress allowable, bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C, maka f = 12650 psi [Brownell,T.13-1]
P
operasi
= P
hidrostatis
P
hidrostatis
= =
= 14 psi P
desain
diambil 10 lebih besar dari P
operasi
untuk faktor keamanan. P
desain
= 1,1 x 14 = 14,4 psi
r = D = x 173 in
= 87 in
t
min
= = 0,4251 in digunakan t = 12 in
Dimensi tutup atas, standard dished :
Untuk D = 296,4000 in, didapat rc = 180 in, icr = 14 Brownell
Young, T.5-7
Digunakan persamaan 13.12 dari Brownell Young.
Tebal standard torispherical dished atas :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 5 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat t
h
= keterangan :
th = tebal dished minimum
; in P
= tekanan tangki ; psi
rc = crown radius
; in B Y, T.5-7 E
= faktor pengelasan, digunakan double welded butt joint, faktor pengelasan, E = 0,8
f = stess allowable, bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C, maka f
= 12650 psi Brownell Young, T.13-1 P
desain
= 14,4 psi
th = , digunakan t = in
Penentuan dimensi tutup atas, dished :
ID = ID shell
= 173 in a =
= 87 in Untuk D = 296,4000 in, didapat rc = 180 in, icr = 14,4375 in
C
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 6 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat Brownell Young, T.5-7
Rcr = radius of dish = 180 in
icrrc = inside crown radius = 14 in = 14,4375 in
AB = = 1732-14,4375
= 72,1531 in BC
= rc - icr = 180 - 14,4375
= 165,5625 in AC =
= 149,0130 in
b = rc-
= 180 – 149,0130 = 30,9870 in
sf = straight flange
= dipilih 2,5 in Brownell, T. 5-6
t = tebal dished
= 38 in = 0,4375 in
OA = t+b+sf
= 0,4375 + 30,9870 + 2,5 = 33,9245 in
Tutup bawah, conis :
Tebal conical = Brownell, hal.118 ; ASME Code
Dengan α = sudut conis = 30
2 = 15
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 7 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat tc =
= 12 in
Tinggi conical :
h = Hesse,hal.91-92
Keterangan : α
= cone angle ; 30
D = diameter tangki
; ft
Maka h = = 12,5059 ft
2. PERENCANAAN SISTEM PENGADUK
Dipakai impeller jenis turbin dengan 6 buah flat blade. Perry 6
ed
; P.19-9 : Diameter impeller Da
= 13 diameter shell = 13 x 14 = 4,8106 ft =
1,4663 m Lebar blade
w = 0,2 diameter impeller
= 0,2 x 4,8106 = 0,9621 ft
Panjang blade L = 0,25 x diameter impeller
= 0,25 x 4,8106 = 1,2026 ft
Penentuan putaran pengaduk :
V =
π x Da x N Joshi ; hal.389
Da E
J H
Dt L
W
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 8 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat Dengan :
V = peripheral speed
; mmenit Untuk pengaduk jenis turbin: peripheral speed =
200-250 mmenit Joshi;hal.389 Da
= diameter pengaduk ; m N
= putaran pengaduk ; rpm Diambil putaran pengaduk, N = 50 rpm = 0,8333 rps
Da = 4,8106 ft = 1,4663 m
V = π x 1,4663 x 50 = 230,2039 mmenit memenuhi range 200-250
mmenit
Penentuan Jumlah Pengaduk :
Jumlah pengaduk =
=
Bilangan Reynolds ; N
Re
:
Putaran pengaduk, N = 50 rpm = 0,8333 rps sg bahan = 1,0170
µ campuran = 0,0009 lbft.dt
berdasarkan sg bahan ρ campuran = 63,5000 lbcuft
N
Re
= 4
Karena N
Re
10000, maka digunakan baffle. Perry 6
ed
; hal. 19-8 Untuk N
Re
10000 diperlukan 4 buah baffle, sudut 90 Perry 6
ed
; hal. 19-8 Lebar baffle, J = LDt = 112
Lebar baffle, L = 112 x Dt = 112 x 14 = 1,2026 ft
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 9 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat Untuk N
Re
10000 perhitungan power digunakan Ludwig, Vol-1, pers. 5.5, halaman 190.
Power pengaduk :
P = Ludwig, Vol-1, pers. 5.5, hal. 190
Dengan :
P = power
; hp K
3
= faktor moxer turbin = 6,3 Ludwig, Vol-1, T.5.1, hal. 192 g
= konstanta gravitasi ; 32,2 ftdt
2
x lbmlbf ρ
= densitas ; lbcuft
N = kecepatan putaran impeller ; rps
D = diameter impeller ; ft
P = = 18520 lb.ftdt = 34 hp 1 lb.ftdt =
1550 hp Perhitungan losses pengaduk :
Gland losses kebocoran tenaga akibat poros dan bearing = 10 Joshi: 399 Gland losses 10
= 10 x 34 ≈ 3,3674 hp
Power input dengan gland losses = 34 + 3,3674 = 37,0410 hp
Transmission system losses = 20 Joshi: 399 Transmission system losses 20
= 20 x 37,0410 ≈ 7,4082 hp
Power input dengan transmission system losses = 37,0410 + 7,4082 = 44,4492 hp Digunakan power motor
= 45 hp
3. PERENCANAAN SISTEM PENDINGIN
Perhitungan Jaket :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 10 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat Perhitungan sistem penjaga suhu : Kern, hal 719
Dari neraca panas : suhu yang dijaga = 30 C
Q = 3578595,2372 kkaljam
= 14201000 Btujam Suhu masuk rata-rata = 60
C = 140 F
Suhu reaksi = 30
C = 86 F
∆T = 140-86
= 54 F
Kebutuhan media = 114259,1072 kgjam
= 251941 lbjam Densitas
brine = 74,6638 lbcuft Obin : table 2.2
Rate volumetrik =
= 3374,3438 cuftjam = 0,9373 cuftdt Asumsi kecepatan aliran
= 3 ftdt Kern, T.12, hal. 845
Luas penampang =
= 0,93733 = 0,3124 ft
2
Luas penampang =
π4 D
2 2
– D
1 2
Dengan : D
2
= diameter dalam jaket D
1
= diameter luar bejana = di bejana + 2 x tebal = 14 + 2 12 in = 0,4251 ft = 15,2820 ft
Luas penampang =
π4 D
2 2
– D
1 2
0,3124 =
π4 D
2 2
– 15,2820
2
D
2
= 15,2950 ft
Spasi = = 0,0065 ft = 0,0781 in
≈ 316 in
Penentuan tabal Jaket :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 11 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat Tebal jaket berdasarkan ASME Code untuk cylindrical :
t
min
= Brownell, pers. 13-1, hal.254
dengan : t
min
= tebal shell minimum ; in P
= tekanan tangki ; psi
ri = jari-jari tangki
; in D C
= faktor korosi ; in digunakan 18 in
E =
faktor pengelasan,
digunakan double welded, E = 0,8 f
= stress allowable, bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C, maka f = 12650 psi [Brownell,T.13-1]
P desain = 14,4 psi
R = D = 0,5 x 15,2950 ft
= 7,6475 ft
t
min
= = 0,3790 in
≈ 12 in
Perhitungan Tinggi Jaket :
U
D
= 250 Kern, Tabel 8
A = A
jaket
= A
shell
+ A
conis
A
shell
= π D h silinder
A
conis
= 0,785 D x m + 0,785 d
2
Hesse: pers. 4- 16 m
= 12 in = 1 ft Hesse : 85 h
: tinggi conical = 12,5059 ft
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 12 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat d
: Inside diameter jaket = 15,2820 ft D
: outside diameter jaket = OD + 2 x tebal jaket = 16,0401 ft
A
conis
= 0,785 D x m + 0,785 d
2
= 502,3374 ft
2
A
jaket
= A
shell
+ A
conis
1051,9259 = π.15,2950.h + 502,3374
h
jaket
= 11,4435 ft Tinggi jaket = 12 ft
4. PERHITUNGAN SISTEM SPARGER Perforated Pipe
Rate gas CO
2
= 6482,4611 kgjam = 14294 lbjam
MB campuran = ՎBMi .Xi = 44
Suhu CO
2
= 31
C 87,8 F
Tekanan CO
2
= 2 atm ρ campuran pada P = 2 atm, T = 31
C = 547,47 R ; suhu udara STP = 492
R ρ =
Himmelblau :249
Rate volumetrik = =
1081,4446 cuftmenit
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 13 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat Berdasarkan Peter 4
ed
, fig. 14-2, halaman 498, dengan asumsi aliran turbulen Diameter optimum
= 12 in Digunakan pipa ukuran 12 in sch.40
Dari Foust, App. C-6a, diperoleh : OD
= 12,750 in ID
= 11, 938 in = 0,995 ft A
= 111,875 in
2
= 0,7770 ft
2
Kecepatan aliran, V = = 23,1970 ftdt
Dengan : µ = 0,0019 cp = 0,00000126 lbft.dt
N
Re
= = 4035315,79072100
Dengan N
Re
2100 untuk menentukan diameter sparger digunakan persamaan 6.5 dari Treybal halaman 141 : dp = 0,0233 x N
Re -0,05
Dengan : dp = diameter sparger ; ft dp = 0,0233 x 4035315,79
-0,05
= 0,0109 ft = 3,3220 mm 1 ft = 304,8 mm dipilih ukuran diameter = 3,3220 mm = 0,0109 ft
Untuk pemasangan sejajar atau segaris pada pipa, jarak interface C dianjurkan minimal menggunakan jarak 3 dp. Maka C = 3 x 0,0109 ft = 0,0327 ft
Panjang pipa direncanakan 0,75 diameter shell = 0,75 x 14 ft = 10,8238 ft Posisi sparger direncanakan disusun bercabang 40.
Maka banyaknya lubang =
= 13251 lubang
Jumlah lubang tiap cabang =
= 332 lubang tiap cabang
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 14 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat
Spesifikasi :
Fungsi : Karbonasi MgCO
2
menjadi MgCO
3
Type : Silinder tegak, tutup atas dished dan tutup bawah conis dilengkapi
pengaduk, sparger dan jaket. Operasi :
Batch
Dimensi Shell :
Diameter shell, inside : 14 ft
Tinggi shell : 72 ft
Tebal shell : ½ in
Dimensi tutup :
Tebal tutup atas dished : ½ in
Tinggi tutup atas : ½ in
Tebal tutup bawah conis : ½ in
Tinggi tutup bawah : 12,5059 ft
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C Brownell :253
Jumlah reaktor : 10 buah
Sistem Pengaduk
Dipakai impeller jenis turbin dengan 6 buah flat blade dengan 3 buah impeller. Diameter impeller
: 4,8106 ft Panjang blade
: 1,2026 ft Lebar blade
: 1,2026 ft Power
motor :
45 hp
Sistem Pendingin
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 15 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Magnesium Karbonat Diameter jaket
: 15,2950 ft Tinggi jaket
: 11,4435 ft Jaket spacing
: 316 in Tebal jaket
: ½ in
Sistem Sparger
Type :
Standard Perforated
Pipe Bahan konstruksi
: Commercial steel Diameter
: 3,3220
mm Jumlah cabang
: 40 buah Jumlah lubang tiap cabang
: 331 buah
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VII - 1 Instrumentasi Keselamatan Kerja
Pabrik Magnesium Karbonat
BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
Kategori