V I -1
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
BAB VI PERENCANAAN ALAT UTAMA
VI.A. Keterangan Alat
Nama alat : Reaktor R – 210
Fungsi : Mereaksikan limestone dengan HCl 36 membentuk CaCl
2
Type : Silinder tegak, tutup atas dished, dan tutup bawah conical
dilengkapi pengaduk dan jaket Jenis
: Batch
VI.B. Prinsip Kerja
Berdasarkan pertimbangan atas fase zat yang bereaksi, dan kapasitas produksi, maka reaktor dapat dibedakan jenisnya, yaitu :
reaktor berpengaduk mixed flow dan reaktor pipa alir plug flow . Pada reaktor ini, limestone merupakan fase solid, sedangkan
hydrochloric acid merupakan fase liquid, maka dipilih jenis reaktor
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -2
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
tangki berpengaduk mixed flow untuk memudahkan dan mempercepat kontak reaksi.
Reaktor reaktor tangki berpengaduk mixed flow ini berupa silinder tegak dengan tutup atas dished head dan tutup bawah conical
yang dilengkapi dengan pengaduk dan jaket sebagai penjaga suhu.
VI.C. Kondisi Operasi
Tekanan operasi : 1 atm
Tekanan atmospheric Suhu operasi
: 40
o
C Waktu tinggal
: 1 jam Proses Kontinyu
Kondisi bahan baku : Limestone :
Komponen Berat kg
fraksi berat ρ grcc
CaCO3 2981,944 0,9944
2,711 MgCO3 5,3977
0,0018 3,037
Fe2CO3 5,3977 0,0018
5,120 Al2O3 0,8996
0,0003 3,990
SiO2 2,6989 0,0009
2,320 H2O 2,3990
0,0008 1,000
2998,7374 1,0000
Rate massa = 2998,7374 kg jam = 6611,0164 lb jam
ρ campuran =
i 1
Xi
x 62,43 = 169,2 lb cuft
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -3
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
Rate Volumetrik = Densitas
massa Rate
cuft lb
jam lb
= 2
, 169
2197 ,
7933 = 39,07 cuft jam
Hydrochloric Acid : Komponen Beratkg
fraksi berat
ρgrcc
HCl 2290,5858 0,25
1,268 H2O 4072,1526
0,75 1
6362,7385 1
Rate massa = 6362,7385 kg jam = 14027,2932 lb jam
ρ campuran =
i 1
Xi
x 62,43 = 66 lb cuft
Rate Volumetrik = Densitas
massa Rate
cuft lb
jam lb
= 66
2932 ,
14027 = 212.53 cuft jam
VI.D. Dasar Perencanaan
Tekanan operasi : 1 atm
Tekanan atmospheric Suhu operasi
: 40
o
C Waktu tinggal
: 1 jam Proses Kontinyu
VI.E. Tahap – Tahap Perencanaan
1. Perencanaan Dimensi Reaktor
2. Perencanaan Sistem Pengaduk
3. Perencanaan Sistem Pendingin.
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -4
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
VI.E.1.Perencanaan Dimensi Reaktor
Bentuk Reaktor : Silinder tegak dengan tutup atas dished
head dan tutup bawah conical Waktu Tinggal
: 1 jam Total Rate Volumetrik
: 39,07 + 212.53 = 251,61 cuft jam ρ campuran =
i 1
Xi
x 62,43 = 91,5 lb cuft
Dengan waktu tinggal 1 jam dimana volume bahan mengisi 80 Volume tangki dan digunakan 1 buah tangki.
Volume bahan = [251,61 cuft jam x 1 jam ] 1 tangki = 251,61 cuft Volume tangki = 251,61 80 = 314,51 cuft
Menentukan ukuran tangki dan ketebalannya Diambil dimention ratio :
D H
= 2 Ulrich, T. 4 – 27, 248
Volume tangki = π 4 x D
2
x H 314,51
= π 4 x D
2
x 2D D
3
= 200,32 ft D
= 5,85 ft = 70,21 in
H = 11,70 ft
= 140,43 in
Penentuan tebal shell :
Tebal shell berdasarkan ASME Code untuk cylindrical tank :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -5
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
t
min
= P
fE ri
x P
6 ,
+ C
B Y, pers. 13 – 1, 254
dengan : t
min
= tebal shell minimum ; in
P = tekanan tangki
; psi ri
= jari – jari tangki ; in ½ D
C = faktor korosi
; in digunakan ⅛ 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 operasi = P hydrostatic =
144 PxH
= 144
70 ,
11 80
5 ,
91 x
x = 5,95 psi
P design diambil 10 lebih besar dari P operasi untuk faktor keamanan. P design = 1,1 x 5,95 = 6,54 psi
R = ½ D = ½ x 74,61 in = 35,11 in t
min
=
54 ,
6 6
, 8
, 12650
11 ,
35 54
, 6
x x
x
+ 0,125 = 0,148 in, digunakan t = 3 16 in
Dimensi tutup atas, standar dished :
Untuk D = 70,21 in dengan ts = 3 16 in, dari Brownell tabel 5.7 didapat :
icr = 5 18 in dan rc = 70,21 in
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -6
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
Tebal standar torispherical dished atas :
th = P
fE rc
x P
x 1
, 885
,
+ C Brownell, pers. 13 – 12
dengan : th = tebal dished minimum
; in P
= tekanan tangki ; psi
rc = knuckle radius
; in B Y, T. 5.7 C
= faktor korosi ; in digunakan
⅛ 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 th =
54 ,
6 1
, 8
, 12650
21 ,
70 54
, 6
885 ,
x x
x x
+ 0,125 = 0,165 in, digunakan t = ¼ in
h = Rc - 4
2 2
D Rc
= 9,41 in = 0,78 ft
Penentuan dimensi tutup atas, dished :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -7
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
Dimana : ID
= ID shell = 70,21 in
a = 2
ID =
35,11 in
Untuk D = 70,21 in dengan ts = 3 16 in, dari Brownell tabel 5.7 didapat :
Rc r = radius of dish = 70,21 in
icr rc = inside crown radius = 5 18 in = 5,125 in
AB = 2
ID - icr
= 35,11 – 5,125 = 29,98 in
BC = r – icr
= 70,21 – 5,125 = 65,09 in
AC =
2 2
AB BC
= 57,77 in
b = r -
2 2
AB BC
= 70,21 – 57,77
= 12,44 in sf
= straight flange = dipilih 2 in = 2 in Brownell, T 5.6
t = tebal dished =
¼
in = 0,25 in
OA = t + b + sf
= 0,25 + 12,44 + 2 = 14,69 in
Tutup bawah conis :
Tebal conical = 6
, cos
2 P
fE D
x P
+ C Brownell, 118, ASME Code
Dengan α = ½ sudut conis = 30 2 = 15
o
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -8
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
tc = 5
, 6
6 ,
8 ,
12650 cos
2 12
85 ,
5 54
, 6
x x
x x
+ 0,125 = 0,148 in = 3 16 in
Tinggi conical :
h = 2
m D
x tg
Hesse, pers. 4 – 17 Keterangan :
α = cone angle
; 30
o
D = diameter tangki
; ft m
= flat spot center ; 12 in = 1 ft
maka h = 2
1 30
D
x tg
o
= 2
85 ,
5 577
, x
= 1,4 ft
VI.E.3.Perhitungan Sistem Pengaduk
Dipakai impeller jenis turbin dengan 6 buah flat blade. Dari Perry 6
ed
; p. 19 – 9 :
Diameter impeller Da = ⅓ diameter shell
=
⅓
x 5,8 = 1,950 ft
Lebar blade w = 0,2 diameter impeller = 0,2 x 1,950 = 0,390 ft Panjang blade
= 0,25 x diameter impeller = 0,25 x 1,950 = 0,488 ft
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -9
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
Penentuan putaran pengaduk :
V = π x Da x N
Joshi, 389 Keterangan :
V = peripheral speed
; m mnt Untuk pengaduk jenis turbin :
Peripheral speed = 150 – 200 m mnt Joshi, 389
Da = diameter pengaduk ; m
N = putaran pengaduk ; rpm
Diambil putaran pengaduk, N = 90 rpm = 1,5 rps Da = 1,950 ft = 0,595 m
N = π x 0,595 x 90 = 168,1106 m mnt memenuhi range 150 – 200 m mnt
Penentuan jumlah pengaduk :
Jumlah pengaduk = gki
Diameter sg
x liquid
Tinggi tan
Joshi, 389
= 8
, 5
243 ,
1 7
, 11
80 x
x
= 2
buah Jarak antar pengaduk = 1 – 1,5 diameter pengaduk Joshi, 389
= 1,5 x 1,950 = 2,926 ft
Bilangan Reynold, N
Re
:
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -10
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
Putaran pengaduk, N = 90 rpm = 1,5 rps μ campuran
= 0,00107 lb ft . dt Berdasarkan sg bahan ρ campuran
= 91,5 lb cuft
N
Re
=
N x
D x
2
=
00107 ,
5 ,
1 1,950
5 ,
91
2
x x
= 487949 Karena N
Re
10000, maka digunakan baffle Perry 6
ed
, hal 19 – 8 Untuk N
Re
10000 diperlukan 4 buah baffle, sudut 90
o
Perry 6
ed
, hal 19– 8 Lebar baffle, J = J Dt = 1 12
Lebar baffle, J = 1 12 x Dt = 1 12 x 5,85 = 0,584 ft Untuk N
Re
10000 perhitungan power digunakan Ludwig, Vol 1 – 1, pers.5.5, hal 190.
P =
5 3
3
D N
x x
g K
Ludwig, Vol 1 – 1, pers. 5.5, hal 190
dengan : P = power ; hp
K
3
= faktor mixer turbin = 6,3 Ludwig, Vol 1, T. 5.1, 192 g
= konstanta gravitasi ; lb dt
2
ρ = densitas
; lb cuft N
= kecepatan putaran impeller ; rps D
= diameter impeller ; ft
P =
5 3
1,950 5
, 1
5 ,
91 2
, 32
3 ,
6 x
x
= 1705,3 lb.ft dt = 3,1 hp 1 lb.ft dt = 1550 hp Untuk 2 buah impeller, maka power input = 2 x 3,1= 6,2 hp
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -11
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
Perhitungan losses pengaduk :
Gland losses kebocoran tenaga akibat poros dan bearing = 10 Joshi,399 Gland losses 10 = 10 x 6,2 = 0,62 hp
Power input dengan gland losses = 6,2 + 0,62 = 6,82 hp Transmission system losses = 20 Joshi, 399
Transmission system losses 20 = 20 x 6,82 = 1,36 hp Power input dengan transmission system losses = 6,82 + 1,36 = 8,19 hp
Digunakan power motor = 9 hp
VI.E.4. Perhitungan Sistem Pendinginan Perhitungan jaket
: Perhitungan sistem penjaga suhu :
Kern, 719 Dari neraca panas : suhu yang dijaga 40
o
C Penentuan jaket berdasarkan rate terbesar : 1BTU=0,252 kkal
Q = 332472,9502 kkal jam = 1319337,1040 BTU jam
Suhu masuk bahan rata – rata = 30
o
C = 86
o
F Suhu keluar bahan
= 40
o
C = 104
o
F ∆T =
104 –
86 =
18
o
F Kebutuhan media
= 22164,8633 kg jam =48864,6577 lb jam Densitas media
= 12,43 lb cuft Rate Volumetrik =
Densitas massa
Rate cuft
lb jam
lb = 3931,1873 cuft jam
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -12
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
= 1,092 cuft dt Asumsi kec. Aliran = 10 ft dt Kern, T. 12, hal 845
Luas penampang = aliran
Kec volumetrik
Rate .
dt ft
dt cuft
= 10
092 ,
1 = 0,11 ft
2
Luas penampang =
π 4 D
2 2
– D
1 2
Dengan : D
2
= diameter dalam jaket D
1
= diameter luar bejana = Di bejana + 2 x tebal
= 5,85 + 2 3 16 in = 0,02 ft = 5,89 ft Luas penampang
= π 4 D
2 2
– D
1 2
0,11 =
π 4 D
2 2
– 5,89
2
D
2
= 7,08
ft Spasi =
2 89
, 5
08 ,
7 2
1 2
D D
= 0,593 ft = 7,12 in Maka digunakan spasi jaket = 3 16 in
Penentuan tebal jaket :
Tebal shell berdasarkan ASME Code untuk cylindrical tank : t
min
= P
fE ri
x P
6 ,
+ C
B Y, pers. 13 – 1, 254
dengan : t
min
= tebal shell minimum ; in
P = tekanan tangki
; psi ri
= jari – jari tangki ; in ½ D
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -13
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
C = faktor korosi
; in digunakan ⅛ 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 R = ½ D = 0,5 x 7,08 ft = 3,54 ft
t
min
= 9
6 ,
8 ,
12650 12
3,54 54
, 6
x x
x x
+ 0,125 = 0,1525
≈ 3 16 in
Penentuan tinggi jaket :
U
D
= 300 BTU jam.ft
2
.
o
F Kern, tabel 8
A =
T x
U Q
D
= 18
300 1040
, 1319337
x = 244,32 ft
2
A jaket = A shell + A conis A shell =
π x D x h silinder A conis= 0,785 D x m
4
2
m D
h
+ 0,785d
2
Hesse, pers. 4 – 19 Untuk diameter
≤ 114 in, m = 12 in = 1 ft Hesse, 85 d = inside diameter jaket
= 7,08 ft D= outside diameter jaket
= OD + 2 x tebal jaket = 7,118 ft A conis= 0,785 D x m
4
2
m D
h
+ 0,785d
2
= 50,11 ft
2
A jaket = A shell + A conis 244,32 =
π x 7,08 x h + 50,11 h jaket = 8,14 ft
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -14
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
Tinggi tangki = 11,70 ft
Spesifikasi :
Nama alat: Reaktor R – 210 Fungsi
: Mereaksikan limestone dengan HCl 36 membentuk CaCl
2
Type : Silinder tegak, tutup atas dished, dan tutup bawah conical
dilengkapi pengaduk dan jaket Jenis
: Batch
Dimensi shell :
Diameter shell, inside : 5,85 ft = 70,21 m
Tinggi shell : 11,70 ft =140,43 m
Tebal shell : 3 16 in
Dimensi tutup :
Tebal tutup atas dished :
¼
in Tinggi tutup atas
: 0,78 ft Tebal tutp bawah
: 3 16 in Tinggi tutup bawah
: 1,4 ft Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA–283 grade C Brownell,253 Jumlah
: 1
buah
Sistem pengaduk :
Dipakai impeller jenis turbin dengan 6 buah flat blade dengan 2 buah impeller
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I -15
Perencanaan Alat U t ama
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
Diameter impeller : 1,950 ft
Panjang blade : 0,488 ft
Lebar blade : 0,390 ft
Power motor
: 9
hp
Sistem pendingin :
Diameter jaket : 7,08 ft
Tinggi jaket : 8,14 ft
Jaket spacing : 3 16 in
Tebal jaket : 3 16 in
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
V I I -1
I nst rument asi dan K eselamat an K erja
Pra Rencana Pabrik Calcium Chloride
BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
Kategori