PRARANCANGAN PABRIK METIL SALISILAT DARI ASAM SALISILAT DAN METANOL KAPASITAS 12000 TON/TAHUN

ABSTRAK

PRARANCANGAN PABRIK METIL SALISILAT
DARI ASAM SALISILAT DAN METANOL
KAPASITAS 12000 TON/TAHUN

Oleh
AHMAD FAUZI

Pabrik metil salisilat berbahan baku asam salisilat dan metanol, akan
didirikan di Bontang, Kalimantan Timur. Pabrik ini berdiri dengan
mempertimbangkan ketersediaan bahan baku, daerah pemasaran, sarana
transportasi yang memadai, tenaga kerja yang mudah didapatkan dan kondisi
lingkungan.
Pabrik direncanakan memproduksi metil salisilat sebanyak 12000
ton/tahun, dengan waktu operasi 24 jam/hari, 330 hari/tahun. Bahan baku yang
digunakan adalah asam salisilat sebanyak 1386,426 kg/jam dan metanol sebanyak
2849,761 kg/jam.
Penyediaan kebutuhan utilitas pabrik metil salisilat berupa pengadaan air,
pengadaan steam, pengadaan listrik, kebutuhan bahan bakar, dan pengadaan air
pendingin.

Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) menggunakan struktur
organisasi line dan staff dengan jumlah karyawan sebanyak 125 orang.
Dari analisis ekonomi diperoleh:
Fixed Capital Investment
(FCI)
= Rp 326.524.656.029,45
Working Capital Investment
(WCI)
= Rp 76.829.330.830,31
Total Capital Investment
(TCI)
= Rp 384.146.654.152,76
Break Even Point
(BEP)
= 48,79 %
Shut Down Point
(SDP)
= 23,17 %
Pay Out Time before taxes
(POT)b

= 1,63 tahun
Pay Out Time after taxes
(POT)a
= 1,95 tahun
Return on Investment before taxes
(ROI)b
= 43,59 %
Return on Investment after taxes
(ROI)a
= 34,88 %
Discounted cash flow
(DCF)
= 39,26 %
Mempertimbangkan paparan di atas, sudah selayaknya pendirian pabrik
metil salisilat ini dikaji lebih lanjut, karena merupakan pabrik yang
menguntungkan dan mempunyai masa depan yang baik.

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK
DAFTAR ISI ....................................................................................................... i
DAFTAR TABEL .............................................................................................. iii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vii
DAFTAR GRAFIK ............................................................................................ viii

I. PENDAHULUAN
A.
B.
C.
D.

Latar Belakang Pendirian Pabrik .................................................................
Kegunaan Produk .........................................................................................
Analisa Pasar ...............................................................................................
1. Harga Bahan Baku & Produk .................................................................
2. Kebutuhan Pasar ......................................................................................
Lokasi Pabrik ...............................................................................................

1

2
3
3
3
5

II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES
A. Proses Pembuatan Metil Salisilat ...................................................................
B. Pemilihan Proses ...........................................................................................
1. Kelayakan Ekonomi ...................................................................................
2. Kelayakan Teknis ........................................................................................
C. Deskripsi Proses ..............................................................................................

8
12
13
15
22

III. SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK

A. Bahan Baku .................................................................................................
B. Produk
.....................................................................................................
1. Produk Utama ............................................................................................
2. Produk Samping .........................................................................................

27
28
28
29

IV. NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI
A. Neraca Massa ................................................................................................. 30
B. Neraca Energi ................................................................................................. 48
i

V. SPESIFIKASI PERALATAN
A. Peralatan Proses .............................................................................................. 65
B. Peralatan Utilitas ............................................................................................ 89
VI. UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH

A. Unit Pendukug Proses (Utilitas) ....................................................................... 117
B. Pengolahan Limbah .......................................................................................... 140
C. Laboratorium ................................................................................................... 143
D. Instrumentasi dan Pengendalian Proses .......................................................... 147

VII. LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK
A. Lokasi Pabrik ................................................................................................. 150
B. Tata Letak Pabrik ........................................................................................... 153
C. Tata Letak Alat Proses .................................................................................... 158

VIII. SISTEM MANAJEMEN DAN OPERASI PERUSAHAAN
A. Bentuk Perusahaan .......................................................................................... 160
B. Struktur Organisasi Perusahaan ........................................................................ 163
C. Tugas dan Wewenang....................................................................................... 165
D. Status Karyawan dan Sistem Penggajian ......................................................... 173
E. Pembagian Jam Kerja Karyawan ..................................................................... 174
F. Penggolongan Jabatan dan Jumlah Karyawan .................................................. 176
G. Kesejahteraan Karyawan .................................................................................. 180
IX. INVESTASI DAN EVALUASI EKONOMI
A. Investasi ............................................................................................................ 184

B. Evaluasi Ekonomi ............................................................................................. 188
C. Angsuran Pinjaman .......................................................................................... 190
D. Discounted Cash Flow ..................................................................................... 191
X. KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... 192
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

ii

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Pendirian Pabrik
Sebagai negara yang sedang berkembang, bangsa Indonesia memiliki peran
untuk melaksanakan pembangunan di segala bidang. Salah satunya adalah
pembangunan di sektor ekonomi, untuk mencapai tujuan ini dilakukan
pembangunan pada sektor industri. Pembangunan industri ditujukan untuk
memperkokoh struktur ekonomi nasional dengan keterkaitan yang kuat dan
saling mendukung antar sektor, meningkatkan daya tahan perekonomian
nasional, memperluas lapangan kerja dan kesempatan usaha sekaligus
mendorong berkembangnya kegiatan berbagai sektor pembangunan lainnya

(Ceic Data, 2013; Suara Pembaruan, 2013).
Kebutuhan produk-produk kimia di Indonesia, belum seluruhnya dapat
dihasilkan sendiri. Sebagian atau seluruhnya masih diimpor dari berbagai
negara, terutama bahan-bahan yang merupakan produk antara untuk diolah
kembali menjadi berbagai macam

produk jadi. Salah satu produk yang

dibutuhkan di Indonesia adalah metil salisilat (MeSA, C8H8O3). Kebutuhan
MeSA di Indonesia cenderung meningkat dari tahun ke tahun. Sampai saat
ini, Indonesia dalam memenuhi kebutuhan MeSA masih bergantung pada
negara lain dengan cara mengimpor. Untuk mengatasi ketergantungan
tersebut, sangat tepat untuk mendirikan pabrik MeSA di Indonesia, yang

2

mempunyai peluang investasi menjanjikan, profitabilitas yang tinggi dan
tujuan pembangunan industri juga tercapai.
MeSA merupakan senyawa ester yang pada keadaan normal merupakan
cairan yang tidak berwarna, mempunyai aroma yang khas, sedikit larut dalam

air dan larut dalam etanol, etil eter dan asam asetat. Metil salisilat sering
dikenal

sebagai

Benzoic

acid,2-hydroxy-,methyl

ester;

2-

carbomethoxyphenol; 2-hydroxybenzoic acid, methyl ester; methyl 2hydroxybenozate; salicylic acid,methyl ester; synthetic sweet birch oil;
synthetic teaberry oil atau synthetic wintergreen oil (Lapczynski, 2007).
MeSA secara alami dapat ditemukan pada tanaman seperti wintergreen dan
juga birch, juga terdapat pada minyak ylang-ylang, cassia, Polianthes
tuberose dan pada buah-buahan seperti peach dan strawberry. Selain dari
sumber tersebut MeSA juga didapatkan dari sintesis kimia organik. MeSA
digunakan pada kosmetik, perasa, parfum juga farmasi atau obat-obatan.

B. Kegunaan Produk
Kegunaan MeSA diantaranya sebagai berikut (Lapczynski, 2007) :
1.

Sebagai flavouring, MeSA digunakan dalam perawatan mulut yaitu untuk
pasta gigi juga mouth wash, permen serta minuman.

2.

Sebagai pewangi, MeSA digunakan dalam parfum untuk memberikan
aroma yang kuat dan juga digunakan dalam pewangi ruangan.

3.

MeSA dapat diformulasikan dalam essential oil, kosmetik dan juga
produk perawatan pribadi.

3

4.

MeSA digunakan sebagai bahan baku untuk sintesis bahan farmasi,
terutama digunakan untuk penghilang rasa sakit. MeSA

akan

mengahasilkan produk akhir seperti balsam, cream, salep, lotion dan
produk-produk industri farmasi lainnya.

C. Analisa Pasar
1. Harga Bahan Baku dan Produk
Berikut ini harga bahan baku dan produk metil salisilat
Tabel 1.1 Harga Bahan Kimia
No.
1
2
3
4

Bahan
Asam Salisilat
Metanol
Metil Salisilat
Asam Sulfat

Harga (US$/kg)
3,8
0,8
8
0,27

Harga (Rp/kg)*
43.551,80
9.168,80
91.688,00
3.094,47

Sumber: www.alibaba.com (diakses pada tanggal 8 November 2013)
*1 US $= Rp11.461,00 (Bank Indonesia, 2013)

2. Kebutuhan Pasar
Data statistik yang diperoleh dari Biro Pusat Statistik (BPS) menunjukkan
bahwa kebutuhan metil salisilat di Indonesia dari tahun ke tahun
cenderung meningkat seperti terlihat pada tabel berikut:
Tabel.1.2. Perkembangan Impor Metil Salisilat Periode tahun 2004 - 2011
Tahun
Jumlah (Ton)
2004
765,12
2005
1069,18
2006
1490,58
2007
1651,27
2008
1937,78
2009
2357,74
2010
2773,85
Sumber : Badan Pusat Statistik, Data Impor 2004–2010

4

Dari Tabel 1.2 terlihat bahwa kebutuhan metil salisilat dalam negeri
mengalami peningkatan. Hal ini disebabkan karena bertambahnya
kebutuhan dan di Indonesia belum terdapat pabrik ester salisilat jenis metil
salisilat, sehingga untuk memenuhi kebutuhan metil salisilat diperoleh
dari impor.
Untuk menentukan kapasitas pabrik yang akan dibangun, dapat dilakukan
pendekatan, berdasarkan proyeksi data impor metal salisilat di Indonesia
sebagai berikut :
3500.000

Impor Metil Salisilat (Ton)

3000.000

y = 702.82e0.2039x y = 323.23x + 427.86 y = 973.3ln(x) + 535.42
R² = 0.9679
R² = 0.9892
R² = 0.9013
y = 9.5791x2 + 246.6x + 542.81
R² = 0.9918

2500.000
y = 7.5825x3 - 81.411x2 + 557.48x + 269.84
R² = 0.996
2000.000
Series1
1500.000

Expon. (Series1)
Linear (Series1)

1000.000

Log. (Series1)
Poly. (Series1)

500.000

Poly. (Series1)
0.000
0

2

4
Tahun ke-

6

Gambar 1.1 Grafik Impor Metil Salisilat di Indonesia
Berdasarkan data kebutuhan impor metil salisilat dari Tabel 1.2, diperoleh
persamaan regresi polynomial orde 3 yang memiliki nilai R tertinggi
(Gambar 1.1). Apabila diproyeksikan pada tahun 2017 (tahun ke-14)
diperkirakan kebutuhan metil salisilat sebesar:

8

5

Kebutuhan MeSA (y) = 7.582x3 - 81.41x2 + 557.4x + 269.8
= 12.922,05 ton
Berdasarkan hasil pendekatan di atas kapasitas produksi pabrik metil
salisilat didirikan sebesar 12.000 ton/tahun. Dengan pertimbangan dapat
mengurangi impor metil salisilat dari negara lain yang terus mengalami
peningkatan, sehingga kebutuhan dalam negeri dapat terpenuhi dengan
hasil produksi industri pabrik lokal.

D. Lokasi Pabrik
Penentuan lokasi pabrik sangat penting pada suatu perancangan karena akan
berpengaruh secara langsung terhadap kelangsungan hidup pabrik. Secara
singkat dapat dikatakan bahwa orientasi perusahaan dalam menentukan lokasi
pabrik yaitu untuk mendapatkan keuntungan teknis dan ekonomis yang
seoptimal mungkin. Berdasarkan faktor-faktor di bawah ini maka pabrik yang
akan didirikan berlokasi di Kawasan Industri Bontang, Kalimantan Timur,
dengan pertimbangan sebagai berikut :
1. Ketersediaan Bahan Baku
Lokasi pabrik sebaiknya dekat dengan penyediaan bahan baku, untuk
menghemat biaya transportasi. Bahan baku yang digunakan dalam
pembuatan metil salisilat adalah metanol (CH3OH) dan asam salisilat
(C6H4(OH)COOH). Asam salisilat didapatkan dari negara lain, yaitu
dengan cara impor dari Qingdao Sunrise Trading Co.,Ltd, Cina (kapasitas
produksi 500 ton/bulan), sehingga harus dekat dengan fasilitas pelabuhan.

6

Langkah tersebut dilakukan karena produsen asam salisilat di Indonesia
belum tersedia hingga saat ini. Bahan baku metanol didapatkan dari pabrik
PT. Kaltim Methanol Industri, Kalimantan Timur (kapasitas

660.000

ton/tahun) dan Marine Jasrum Medco Methanol Bunyu (MMB),
Kalimantan Timur (kapasitas 850.000 ton/tahun). Asam sulfat diperoleh
dari PT. Petrokimia Gresik, Surabaya (600.000 ton/tahun).
2. Daerah Pemasaran
Produk Metil Salisilat merupakan produk antara artinya produk tersebut
tidak dapat digunakan secara langsung oleh masyarakat. Produk metil
salisilat biasanya banyak digunakan oleh kosmetik, pasta gigi, flavouring,
industri farmasi, umummnya industri tersebut berlokasi di Pulau Jawa.
Sehingga lokasi pabrik yang dekat dengan pelabuhan dapat digunakan
sebagai jalur transportasi untuk pemasaran.
3. Penyediaan Utilitas
Untuk menjalankan proses produksi pabrik diperlukan sarana pendukung
seperti pembangkit tenaga listrik dan penyediaan air. Air untuk keperluan
pabrik, baik untuk proses maupun untuk keperluan sanitasi dan lainnya
perlu diperhatikan. Untuk penggunaannya, air ini harus diolah terlebih
dahulu agar memenuhi persyaratan terutama untuk keperluan proses dan
steam. Sumber air diperoleh dari sungai yang berada disekitar pabrik.

7

4. Tenaga Kerja
Tenaga kerja yang terampil dan terdidik dibutuhkan dalam proses suatu
pabrik. Tenaga kerja dapat dipenuhi karena banyak sekolah-sekolah
kejuruan yang mendidik tenaga-tenaga terampil yang siap pakai.
5. Faktor-faktor lain
Daerah Bontang merupakan kawasan industri sehingga hal-hal yang sangat
dibutuhkan bagi kelangsungan proses produksi suatu pabrik telah tersedia
dengan baik, seperti: sarana transportasi, energi dan keamanan,
lingkungan, serta faktor sosial.

X. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan
Berdasarkan hasil analisis ekonomi yang telah dilakukan terhadap pabrik metil
salisilat dengan kapasitas 12000 ton per tahun dapat diambil kesimpulan
sebagai berikut:
1. Percent Return on Investment (ROI) sesudah pajak sebesar 34.88 %.
2. Pay Out Time (POT) sesudah pajak 1.95 tahun.
3. Break Even Point (BEP) sebesar 48.79 % dan Shut Down Point (SDP)
sebesar 23.17 %, yakni batasan kapasitas produksi sehingga pabrik harus
berhenti berproduksi karena merugi.
4. Discounted Cash Flow Rate of Return (DCF) sebesar 39.26 %, lebih besar
dari suku bunga bank saat ini, sehingga investor akan lebih memilih untuk
menanamkan modalnya ke pabrik ini daripada ke bank.
5. Proses yang digunakan dalam pabrik ini adalah proses continue

B. Saran
Berdasarkan pertimbangan hasil analisis ekonomi disarankan:
1. Pabrik metil salisilat dengan kapasitas 12.000 ton per tahun sebaiknya
dikaji lebih lanjut baik dari segi proses, maupun ekonomi untuk didirikan.

193
2. Sebaiknya dalam penentuan kapasitas produksi pabrik menggunakan
metode persamaan garis linier karena permintaan produk metil salisilat ini
kenaikan setiap tahunnya konstan.
3. Bahan baku berupa asam salisilat sebaiknya diproduksi sendiri, agar tidak
ketergantungan pada negara lain sehingga tidak ada impor asam salisilat.

DAFTAR PUSTAKA

Banchero, B. 1955. Chemical Engineering Series. Mc Graw Hill in Chemical
Engineering. New York.
Biegler, T. 1997. Systematic Methods of Chemical Process Design. Prentice Hall
International. London.
Brown, G. 1950. Unit Operations.John Wiley and Sons. New York.
Brownell, L.E., Edwin, H.,Y. 1959. Process Equipment Design. Wiley Eastern
Limited. India.
Chandavasu, C. 1997. Pervaporation-Assisted Esterification of Salicylic Acid,
New Jersey’s Science & Technology University. New Jersey.
Coulson, J.M., Ricardson, J.,F. 1983. Chemical Engineering, Vol 6. Pergamon
Press Inc. New York.
Coulson, J.M., Ricardson, J.,F. 2005. Chemical Engineering, Vol 6. Elsevier. New
York.
D’Souza, J., N Nagaraju. 2007. Esterification of Salicylic Acid with
Methanol/Dimethyl Carbonate over Anion-Modified Metal Oxides. “Indian
Journal of Chemical Technology, Vol. 14, pp. 292-300”. Department of
Chemistry, St. Joseph’s College Research Centre. India.
Fieser, L.F., K.L. Williamson. 1992. Organic Experiments, Seventh Edition. D.C.
Heath and Company. USA.
Fogler, H.S. 1999. Elements of Chemical Reaction Engineering. Prentice Hall
International Inc. New Jersey.
Himmelblau, D.M. 1989. Basic Principles and Calculations in Chemical
Engineering, Fifth Edition. Prentice Hall International. London.
Hoffman, R.V. 2004. Organic Chemistry an Intermediate Text, Second Edition.
John Wiley & Sons, Inc. USA.
Kern, D.Q. 1983. Process Heat Transfer. McGraw-Hill Book Company. New
York.

Kirk, R.E., D. F. Othmer. 1998. Encyclopedia of Chemical Technology. John
Wiley & Sons, Inc. USA.
Lapczynski, A.L., Jones, D. McGinty, S.P. Bhatia, C.S. Letizia, A.M. Api. 2007.
Fragrance Material Review on Methyl Salicylate. Elsevier. USA.
Levenspiel, O. 1972. Chemical Reaction Engineering 2nd edition. John Wiley
and Sons Inc. New York.
Lide, D.R. 2001. Handbook of Chemistry and Physic. CRC Press LLC. Boca
Raton.
McCabe, W.L., Smith, J.C. 1985. Operasi Teknik Kimia. Erlangga. Jakarta.
Megyesy, E.F. 1983. Pressure Vessel Handbook. Pressure Vessel Handbook
Publishing Inc. USA.
Perry, R.H., Don W. Green. 1999. Chemical Engineers’ Handbook, Sevent
Edition. The McGraw-Hill Companies, Inc. USA.
Peter, M.S., Timmerhause, K.D. 1991. Plant Design an Economic for Chemical
Engineering 3ed. McGraww-Hill Book Company. New York.
Smith, M.B., J. March. 2007. March’s Advanced Organic Chemistry Reaction,
Mechanisms, and Structure. John Wiley $ Sons, Inc. USA.
Southern Ionics Incorporated. 2003. Material Safety Data Sheet. Southern Ionics
Incorporated. –
Treyball, R.E. 1983. Mass Transfer Operation 3ed. McGraw-Hill Book Company.
New York.
Ulmann, 2007. Ulmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. VCH
Verlagsgesell Scahft, Wanheim, Germany.
Ulrich, G.D. 1984. A Guide to Chemical Engineering Process Design and
Economics. John Wiley & Sons Inc. New York.
Wallas. S.M. 1988. Chemical Process Equipment. Butterworth Publishers.
Stoneham USA.
Yaws, C.L. 1997. Handbook of Chemical Compound Data for Process Safety.
Gulf Publishing Company. Houston. Texas.
Yaws, C.L. 2003. Yaws' Handbook of Thermodynamic and Physical Properties of
Chemical Compounds. Knovel, Norwich. New York.

Yaws, C.L. 2008. Thermophysical Properties of Chemicals and Hydrocarbons.
William Andrew. Texas. USA.
www.alibaba.com (diakses pada tanggal 17 Februari 2013)
http://www.bi.go.id/biweb/Templates/Moneter/Default_Kalkulator_ID.aspx?NR
MODE=Published&NRNODEGUID={D9969323-A57D-43C7-95B2E3E412B8C22B}&NRORIGINALURL=%2fweb%2fid%2fMoneter%2fK
alkulator%2bKurs%2f&NRCACHEHINT=Guest (diakses pada tanggal 17
Februari 2013)
http://www.bi.go.id/web/id/Moneter/Kurs+Bank+Indonesia/Kurs+Uang+Kertas+
Asing/ (diakses pada tanggal 8 November 2013)
http://www.ceicdata.com/search_campaign.html?ui_lang=EN&how_hear=110&s
page=11309&gclid=CMiM35rY6LsCFWgF4godymEAdA#page=page-1
(diakses pada tanggal 17 Februari 2013)
http://www.merckmillipore.co.id/ (diakses pada tanggal 25 Februari 2013)
http://www.suarapembaruan.com/ekonomidanbisnis/sektor-industri-masihdominasi-perekonomian-indonesia/3479 (diakses pada tanggal 17 Februari
2013)

F-0

F-1

F-2

F-3

F-4

F-5

F-6

F-7

F-8

F-9

F-10

F-11

F-12

F-13

F-14

F-15

F-16

F-17

F-18

F-19

F-20

F-21

F-22

F-23

F-24

F-25

F-26

n. Menentukan Ukuran Pipa Pemasukan dan Pengeluaran
a) Pipa feed
Tabel F.10. Densitas Liquid pada suhu umpan 344,47 K:
Feed

Komponen

ρ mix 

Σ

1
wi

ρkg/m3

wi/ρ

153,928
2528,521
1533,507
185,068
532,651

0,0350
0,5745
0,3484
0,0421
0,1210

981,3754
732,8170
974,9133
876,7311
3.565,8368

0,0000
0,0008
0,0004
0,00005
0,00003

0,0038
0,0003
0,0012
0,0004
0,0076

9,2531
1.665,6838
293,3095
94,4837
16,0054

4.401,0235

1,0000

3.565,8368

0,0012

0,0058

2.062,7301

(kg/jam)

C7H6O3
CH3OH
C8H8O3
H2O
H2SO4
Total

ρi

= 816,3169 kg/m3

x
x


B

µmix

=

µ

wi

B

= 4,8479E-04 Pa.s
= 4,8479E-01 cp

Temperatur

= 71,32 oC (344,47 K)

Laju alir massa, G

= 4.401,023 kg/jam = 1,2225 kg/s

Diameter optimum ( Di ,optimum ) :
0,53 0,03
-0,37
Di ,optimum = 366 G .μ . ρ

(Coulson 5.13 Vol. 6., 1983)

= 366 1,22250,53 x(4,8479E - 04 )0,03 x( 816,3169 )0,37
= 27,0875 mm = 1,0664 in

(Pa.s)

Wi/µ

Dipilih spesifikasi pipa (Kern, 1965, Tabel 11, hal.844) :
Nominal pipe standar (NPS)

= 1,25 in

Schedule number

= 40 (standar)

ID

= 1,380 in

OD

= 1,660 in

A

= 1,5 in2

= 0,0351 m

= 0,0010 m

b) Pipa Gas Keluar dari Puncak Menara
ρ = (BM .P)/(R.T)
P = 1 atm
R = 0,08026 m3.atm/kmol.K
Tabel F.11. Densitas dan Viskositas Gas Keluar dari Puncak Menara
Vapor

C7H6O3
CH3OH
C8H8O3
H2O
H2SO4
Total

ρkg/m3

wi/ρ

0,0000
2.515,8782
0,0000
0,9253
0,0000

0,0000
0,9996
0,0000
0,0004
0,0000

4,9794
1,1546
5,4846
0,6495
3,5361

0,0000
0,8657
0,0000
0,0006
0,0000

0,00378
0,00034
0,00119
0,00045
0,00756

0,0000
2.898,1443
0,0000
0,8261
0,0000

2.516,8036

1,0000

12,2681

0,8663

0,0058

2.898,9704

(kg/jam)

Temperatur

= 64,5952 oC (337,7452 K)

Laju alir massa, G

= 2.516,8036 kg/jam = 0,6991 kg/s

Densitas gas campuran (  v )

ρ mix 

Σ

1
wi

µ

Wi

Komponen

(Coulson, 1983, pers.8.2)

ρi

= 1,1543 kg/m3

(Pa.s)

Wi/µ

F-27

Keterangan :

 v = Densitas uap campuran (kg/m3)
P = Tekanan (atm)
R = Konstanta gas (m3.atm/kgmol.K)
T = Temperatur (K).

μ gas

= 3,4495-04 Pa.s
= 3,4495E-01 cP

Diameter Optimum :
0,53 0,03
-0,37
Di ,optimum = 366 G .μ . ρ

(Coulson 5.13 Vol. 6., 1983)

= 366  0,6991 0,53 x3,4495 - 04 0,03 x1,1543
= 226,0285 mm = 8,8988 in

Dipilih spesifikasi pipa (Kern, 1965, Tabel 11, hal.844) :
Nominal pipe standar (NPS)

= 10 in

Schedule number

= 40 (standar)

ID

= 10,02 in = 0,2545 m

OD

= 10,75 in

A

=78 in2

0,37

F-28

c) Pipa Cairan Refluks di Puncak Menara
Tabel F.12. Densitas dan viskositas cairan refluks di puncak menara.
Refluks

C7H6O3
CH3OH
C8H8O3
H2O
H2SO4
Total

ρkg/m3

wi/ρ

0,0000
1.281,7038
0,0000
0,4714
0,0000

0,0000
0,9996
0,0000
0,0004
0,0000

1.386,9750
749,0883
1.139,4548
981,1847
1.833,1849

0,0000
0,0013
0,0000
0,0000
0,0000

0,00378
0,00034
0,00119
0,00045
0,00756

0,0000
2.898,1443
0,0000
0,8261
0,0000

1.282,1752

1,0000

0,001335

0,0058

2.898,9704

(kg/jam)

Temperatur
Laju alir massa, G

ρ mix 

Σ

1
wi

= 64,5952oC (337,7452K)
= 1282,1752 kg/jam = 0,3562 kg/s

ρi

= 749,1534kg/m3
μmix

µ

Wi

Komponen

= 3,4495E-04 Pa.s
= 0,3450 cP

Diameter optimum ( Di ,optimum ) :
0,53 0,03
-0,37
Di ,optimum = 366 G .μ . ρ

= 366  0,3562 0,53 x3,4495 E - 04 0,03 x749,1534 0,37
= 14,4011 mm = 0,5670 in
Dipilih spesifikasi pipa (Kern, 1965, Tabel 11, hal.844) :
Nominal pipe standar (NPS)

= 0,75 in

Schedule number

= 40 (standar)

ID

= 0,8240 in

OD

= 1,05in

A

= 1,1 in2

(Pa.s)

Wi/µ

F-29

d) Pipa Cairan Keluar dari Dasar Menara
Tabel F.13. Densitas dan Viskositas Cairan Keluar dari Dasar Menara
Bottom

ρkg/m3

wi/ρ

153,9278
12,6426
1.533,5069
184,1426
532,6509

0,0817
0,0067
0,8139
0,0977
0,2827

1.306,8371
680,3902
1.081,1990
929,3250
1.822,1368

0,0001
0,0000
0,0008
0,0001
0,0002

0,0004
0,0002
0,0003
0,0002
0,0012

196,0756
27,5860
2.920,5494
437,8171
243,3297

1.884,2200

1,0000

0,000930

0,0012

3.582,0282

(kg/jam)

C7H6O3
CH3OH
C8H8O3
H2O
H2SO4
Total

Temperatur

= 125,4702 oC (398,6202 K)

Laju alir massa, G

= 1.884,22 kg/jam = 0,5234 kg/s

ρ mix 

Σ

1
wi

µ

wi

Komponen

(Pa.s)

ρi

= 1074,9441 kg/m3
μmix

= 2,7917E-04 Pa.s
= 0,27917 cP

Diameter optimum ( Di ,optimum ) :
0,53 0,03
-0,37
Di ,optimum = 366 G .μ . ρ

= 366  0,52340,53 x2,7917E - 04 0,03 x1074,9441
= 14,8965 mm = 0,5865 in
Dipilih spesifikasi pipa (Kern, 1965, Tabel 11, hal.844) :
Nominal pipe standar (NPS)

= 0,75 in

Schedule number

= 40 (standar)

ID

= 0,8240 in

OD

= 1,050 in

A

= 1,1 in2

0,37

Wi/µ

F-30

e) Pipa vapor keluaran Reboiler
ρ = (BM .P)/(R.T)
P = 1,5 atm
R = 0,08026 m3.atm/kmol.K
Tabel F.14. Densitas dan Viskositas vapor keluaran Reboiler
Komponen
C7H6O3
CH3OH
C8H8O3
H2O
H2SO4
Total

vapor reboiler

ρkg/m3

wi/ρ

435,3762
35,8397
4.337,3747
521,0590
1.509,5923

0,0817
0,0067
0,8138
0,0978
0,2832

4,2190
0,9783
4,6470
0,5503
2,9961

0,0194
0,0069
0,1751
0,1777
0,0945

0,0004
0,0002
0,0003
0,0002
0,0012

196,0668
27,6471
2.920,3756
437,9840
243,8064

5.329,6495

1,0000

0,3790

0,0012

3.582,0735

(kg/jam)

Temperatur

= 125,4702 oC (398,6202 K)

Laju alir massa, G

= 5.329,6495 kg/jam = 1,4805 kg/s

Densitas gas campuran (  v )

ρ mix 

Σ

1
wi

ρi

= 2,6384 kg/m3

μ gas

µ

wi

= 2,7917E-04 Pa.s
= 0,27917 cP

Diameter optimum ( Di ,optimum ) :
0,53 0,03
-0,37
Di ,optimum = 366 G .μ . ρ

= 366  1,4805 0,53 x2,7917E - 04 0,03 x2,6384 0,37
= 236,3832 mm = 9,3064 in

(Pa.s)

Wi/µ

F-31

Dipilih spesifikasi pipa (Kern, 1965, Tabel 11, hal.844) :
Nominal pipe standar (NPS)

= 10 in

Schedule number

= 40 (standar)

ID

= 10,98 in

OD

=11,25 in

A

= 110 in2

1.) Menghitung Tebal Isolasi Distilation Column
a.) Bahan Isolator
Isolator yang digunakan adalah asbestos and bonding karena temperatur
operasi di dalam distilasi besar, memiliki konduktivitas termal yang kecil
sehingga efektif sebagai isolator. Sifat-sifat fisis (Walas,Tabel.8.20,1988) :

Konduktivitas termal (k)

= 0,053Btu/hr.ft oF

Densitas (  )

= 18 lb/ft3

Perpindahan panas yang melewati dinding menara adalah perpindahan panas
dari sinar matahari secara radiasi, panas dari udara luar secara konveksi,
kemudian melalui dinding isolasi dan dinding tangki secara konduksi.

F-32

b.) Bahan Konstruksi Distilasi
Bahan konstruksi adalah carbon steel. (Perry, 1984). Perpindahan panas
konduksi dalam silinder berlapis yang disusun seri seperti gambar berikut
adalah:

r11 r2 r3

T1

r1
r2
r3

T2
T3

Tu

Gambar F.7. Sistem isolasi menara.
Perpindahan panas melalui tiap lapis tahanan dihitung dengan hukum Fourier
dan A = 2πrL, diperoleh:
Q

2L (T1  Tu )
r
ln r2  ln 3 
r
 1    r2 
k1
k2

(Holfman, 1997, pers.2-9)

Jika perpindahan panas disertai konveksi dan radiasi, maka persamaan di atas
dapat dituliskan:
Q

2L (T1  Tu )
r
r
ln 2  ln 3 
r
1
 1    r2  
h c  h r  r3
k2
k1

(Holman, 1997, pers.2-12)

Jika diaplikasikan dalam perhitungan perancangan tangki maka diperoleh:
Q=

2L (T1  Tu )
r  x is 
ln r2  ln 2
r2 
1
 r1   

h c  h r  (r2  x is )
k is
kp

Keterangan :
xis

= Tebal isolasi (ft )

F-33

r1

= Jari–jari dalam tangki (ft)

r2

= Jari–jari luar tangki (ft)

r3

= Jari – jari luar isolasi (ft)

T1

= Temperatur permukaan tangki bagian dalam (oF)

T2

= Temperatur permukaan tangki bagian luar (oF)

T3

= Temperatur luar isolasi (oF)

Tu

= Temperature udara (oF)

kp

= Konduktivitas termal tangki (Btu/hr.ft oF)

kis

= Konduktivitas termal isolasi (Btu/hr.ft oF)

hc

= Koefisien konveksi (Btu/hr.ft2 oF)

hr

= Koefisien radiasi (Btu/hr.ft2 oF)

Untuk menghitung perpindahan panas dari luar ke dalam shell, harus dihitung
terlebih dahulu temperatur kesetimbangan radiasi pada permukaan dinding luar
yang terkena sinar matahari pada temperatur udara lingkungan sekitar shell.
Pada keadaan kesetimbangan radiasi, jumlah energi yang terabsopsi dari
matahari oleh suatu material sama dengan panjang gelombang radiasi yang
bertukar dengan udara sekelilingnya (J. P. Holman, 2002, 9th ed). Temperatur
permukaan dinding luar dihitung dengan persamaan berikut:



q
4
4
   sun   low temp .  T  Tsurr
 A  sun



(J P Holman, 1979, 6th ed)

Keterangan ;
q
 
 A  sun

= Fluks radiasi matahari (W/m2)

αsun

= Absorptivitas material untuk radiasi matahari

αlow. temp

= Absorptivitas material untuk radiasi pada 25oC

F-34

 W 

2
4
m K 

σ

= Konstanta Boltzman = 5,669 x 10-8 

Tsurr

= Temperature lingkungan (udara)

Data perhitungan :

c.)

r1

= 20 in (1,67ft)

r2

= 20,2500 in (1,6875 ft)

T1

= 398,6202 K (257,8464 oF)

Tu

= 35oC (308,15 K;

kp

= 25,7305 Btu/hr.ft2 oF

kis

= 0,0530 Btu/hr.ft2 oF

L

= 22,4436 m (73,6336 ft)

95,0000 oF)

Temperatur isolasi permukaan luar :
Isolasi yang digunakan akan di lapisi dengan cat (pigmen) berwarna putih.
Berdasarkan Tabel 8.3 (Holman,1979), diperolah data :
q
 
 A  sun

= 500 W/m2

 surya

= 0,18

 suhu rendah

= 0,8

σ

= 5,669  10-8 

 W 

2
4
m K 



W
W  4


8
4
4
 [T  303,15 ] K
 500 2  0,18  0,8  5,669  10
2
m 
m K





F-35

T3

= 323,8620 K
= 50,7120 oC
= 123,2816 oF (temperatur pemukaan luar isolasi)

d.) Panas yang hilang dari dinding isolasi ke udara:
(1) Koefisien perpindahan panas radiasi

hr 

 Ti 4  Tu4 
T1  T2

 T3 / 1004  Tu / 1004 
=  5,676

T3  Tu



(Geankoplis,pers.4.10-10,1979)

(323,8620 / 100) 4  (308,15 / 100) 4
= (0,55) (5,676)
323,8620  308,15
= 3,9429 W/m2.K
= 0,6944 Btu/hr.ft2 oF
Keterangan :
hr

= Koefisien perpindan panas secara radiasi (W/m2 oK)

ε

= Emisivitas bahan isolator

T3

= Temperatur permukaan luar isolator (oK)

Tu

= Temperatur udara (oK)

(2) Koefisein perpindahan panas konveksi
Tf

= ½ (T3 + Tu)
= ½ (323,8620 + 308,15)
= 316,0060 K

Sifat properties udara pada T = 316,0060 K (Geankoplis,Tabel.A3-3,1979)

F-36

ρf

= 1,1201 kg/m3

Cpf

= 1,0056 kJ/kg K

µ f = 1,923x10-5 kg/m.s
kf = 0,0274 W/m K
β

= 3,1714x10-5

N Gr 

1

K

L3ρ 2 gβΔT
( SI )
μ2

= 8,1909 m 1,1201kg / m
3

(Geankoplis, 1993, Pers.4.7-4)

 9,8067 m / s 3,1714.10
0,00002 kg / m.s 

3 2

5



K 1 323,8620  308,15 K
o

2

= 9,106 E+09
N Pr 

=

C p .
(Geankoplis, Pers.4.7-4.1993)

k

1,0056



kJ / kg.o K 0,00002kg / m.s 
0,0274 W / m.o K

= 0,70446

N Ra  N Gr  N Pr

(Geankoplis, Pers.4.7-4.1993)

= 9,106 E+09  0,70446
= 6,415E+09
Berdasarkan Tabel 4.7-2 (Geankoplis,1993, hal. 256), untuk silinder vertikal dan NRa = >
109 , maka koefisien perpindahan panas konveksi dirumuskan sebagai berikut :
hc  1,24 . T 1 / 3

= 1,24T3  Tu 

1/ 3

= 1,24323,8620  308,151 / 3

F-37

= 3,1057 W/m2.K = 0,5469 Btu/hr.ft2.oF
(hc + hr) = (0,5469 + 0,6944) Btu/hr.ft2.oF
= 1,2413 Btu/hr.ft2.oF

qr= (hc +hr) 2 π r3 L (T3 – Tu)
= (1,2413 Btu/hr.ft2.oF) (2) (3,14) (r3) (73,6336 ft) (123,2816 – 95)oF
= 16.234,1288 r3……………………………………………………..(1)
Panas yang keluar lewat dinding :
qc 



2L (T1  Tu )
r
r
ln 2  ln 3 
r
1
 1    r2  
h c  h r  r3
k1
k2

2 26,872 ft  (123,2816  95)o F

ln  2,0208 ft
ft 
ln  r 3
2 ft 
1
2,0208 




o
o
25,7305 btu / hr. ft . F 0,0530 btu / hr. ft . F 1,2413 btu / hr. ft 2 .o F r3





4.772,6942
r

ln  3

2
,
0208
1

0,0004  
1,2413 r3
0,0530



………………………………….(2)

Perpindahan panas konduksi sama dengan perpindahan panas konveksi dan
radiasi, sehingga :
qr = qc
13783,8236 r3 

4.772,6942
r

ln  3

2
,
0208
1

0,0004  
1,2413 r3
0,0530

Dengan substitusi pers. (1) ke (2) maka diperoleh nilai diameter isolator (r3 )
adalah 2,8646 ft
Jadi :

r3 = 2,8646 ft

F-38

Tebal isolasi (xis)
xis

= r3 – r2
= 2,8646 ft – 2,7708 ft
= 0,0937 ft = 1,125 in = 2,8575 cm

q loss

= (hr + hc)Ta.π. r3 . L . (Ti - Tu)
= 5276,6838 Btu/jam

e. Panas Hilang dari Head dan Bottom
Assumsi : * Tebal isolasi head sama dengan tebal isolasi dinding
* (hr + hc) head sama dengan (hr + hc) dinding silinder
* Luas head sama dengan luas bagian atas silinder
Persamaan panas hilang dari head menara:
q

= (hr + hc). A. (Ti – Tu)

A

= Surface of head
= 0,842 D2

(Tab 18.5, Wallas, 1990:627)

= 31,9764 ft2
Jadi panas yang hilang dari head menara distilasi adalah :
q

= (1,2413 Btu/ft2.jam.oF). (31,9764 ft2).( 28,2816oF)
= 1.122,5949Btu/jam

Panas total yang hilang ke lingkungan:
q

= Panas hilang dari dinding menara + (2 x panas hilang dari head)
= 5726,6838 Btu/jam + (2  1.122,5949 Btu/jam)
= 7.521,8737Btu/jam

F-39

2.)

Pengaruh Angin dan Gempa Terhadap Ketebalan Shell Menara
Perhitungan awal tebal shell dan head menara telah dilakukan. Menara cukup
tinggi sehingga perlu dicek pengaruh angin dan gempa,
Spesifikasi menara:
OD shell

=

Tinggi menara

= 26,8728 ft = 322,4738 in

Tekanan operasi

= 1,0 atm

Bahan konstruksi

= stainless steel SA-167 Grade 11 tipe 316

Tinggi skirt

= 10,0000 ft

Tebal isolasi

= 0,0937 ft = 1,125 in = 2,8575 cm

Diameter,d

= OD +

40 in = 3,3 ft

OD
+ 2 sf + 2 icr
3
24

= 40 + 40 + 2(2) + 2 (3,25)
24

3

= 48,5833 in

Beban head


d 2 t

=
1728
4
=

3,14  48,5833 2 x0,25 490

1728
4

= 164,19 lb

F-40

Up wind
fwx
atau
fsx

Down wind
fap

fap

fwx
atau
fsx

fdx

Gambar F.8. Kombinasi stress pada menara distilasi.
a.) Pemeriksaan tebal shell
(1) Stress pada kondisi operasi
(a) Perhitungan stress aksial dalam shell
di

= 40 in

ts

= 0,3125 in

Pdesain

= 17,6352psi

f ap 

Pd
4  t s  c 

f ap 

17,6352  40
4  0,3125  0,125

(Pers. 3.13, Brownell, 1959)

= 940,544psi

keterangan :
fap = stress aksial shell, psi
d

= diameter dalam shell, in

p

= tekanan desain, psi

ts = tebal shell menara, in
c

= corrosion allowance, in

(b) Perhitungan berat mati (dead weights)
Shell
Diketahui :

fdx

F-41

Do

= Diameter luar shell

= 3,3854 ft (tanpa isolator)

Di

= Diameter dalam shell

= 3,3 ft

ρs

= densitas shell

= 490 lb/ft3

Wshell 


4

.( Do2  Di2 ). s . X

Wshell

(Pers. 9.1, Brownell, 1959)(F.60)

= 112,8574 X (lb)

fdead wt shell = 3,4 X
X

(Pers. 9.3a, Brownell, 1959)

= jarak dari puncak ke bawah, ft

Isolator
Diketahui :
Dins

= diameter termasuk isolator = 3,4531ft

Wins

= berat isolator

ρin

= densitas isolator = 18 lb/ft3

tins

= tebal isolator
= 0,0937 ft = 1,1250 in

Wins 

 2
.Dins . X .tins .ins
12

Wins

= 63,1827X

fdead ins.

=

fdead wt ins.

= 0,75X

 ins . X .tins
144(t s  c)

(Pers. 9.2, Brownell, 1959)

(lb)

(Pers. 9.4a, Brownell, 1959)

Attachment
Wt isolasi

= π.(do2 - di2).L/4
= 3,14 x (3,3842 – 3,3 2) x

26,872
4

F-42

= 7,3819 lb/ft
Wt top head

= 164,19 lb

Wt tangga

= 25 lb per ft

(pp.157 , Brownell, 1959)

Wt over head vapor line = 28,56 lb per ft
Total Wt

(App.K, Brownell, 1959)

= 164,19+ 60,9419 X

Dari Pers. 9.6, Brownell and Young, 1959 :
Dm = diameter shell
= 3,3854ft (tanpa isolator)
ts = 0,2500 in
fdead wt attachment .

=

=

Σ Weight of attachment s
12. .D m .(t s  c)
164,19 + 60,9419X
12    3,3854  (0,2500  0,125)

= 6,8647 + 2,5480 X
Berat Tray + liquid (Dibawah X = 4 ) dihitung sebagai berikut :
 X
X 4
1
n
 1 
 2
 2

fdead wt (liquid + trays)

  .Dm 
X


  1 x 25 x
4 
(liquid  trays ) wt  2



=
12. .Dm .t s  c 
12. .Dm. t s  c 
X
= 2,7778  1

2

= 1,3889 X - 2,7778
Wt tray = 25 lb per ft

fdx
fdx

(pp.157, Brownell and Young, 1959)

= fdead st shell + fdead wt iso. + fdead wt trays + fdead wt attach.
= 8,0868 X + 4,0869

F-43

(2) Perhitungan stress karena beban angin
Pangin

= 25 lb/ft2

fwx

=

(Tabel 9.1 Brownell, 1959)

15,89 d eff . X 2
d o2 t s  c 

(Pers. 9.20, Brownell, 1959)

deff = diameter efektif shell untuk beban angin, in
= kolom yang diisolasi + tangga
= 42,8750 in
fwx = 2,2016X2

(3) Perhitungan stress gabungan pada kondisi operasi
(a) Kombinasi stress dalam pengaruh angin


Up wind side, f tensile
ft(max)

= fwx + fap - fdx

(Pers. 9.78, Brownell, 1959)

= 2,2016 X2 -8,0868 X + 936,4571
f

= 17000 psi

E

= 0,8 (double welded butt joint : Brownell & Young, 1959)

fallowable

=f x E
= 13600 psi

fallowable

= ft(max)

13600

= 2,2016X2 -8,0868 X + 936,4571
= 2,2016X2 -8,0868 X -12.663,5429

0
X2 = a

= 2,2016

X = b

= -8,0868

c

= -12.663,5429

x1 = 77,7004ft

F-44

x2 = -74,0273 ft



Down wind side, f compresi, (fc)
fc(max)

= fwx - fap + fdx

(Pers. 9.80, Brownell, 1959)

= 2,2016 X2 -8,0868 X + 936,4571
dari stabilitas elastis, dengan pers:
fc = 1,5 x 106 (t/r) < 1/3 y.p

(Pers. 2,25, Brownell, 1959)

keterangan :
t = ketebalan shell

= 0,3125 in

r1 = jari-jari dalam shell = 33,0000 in
yield point

= 50.000 psi

1/3.y.p

= 16.666,6667 psi

fc = 14.204,5455 psi

(Tab.3.2, Brownell and Young, 1959)

≤ 16.666,66667 psi

karena fc lebih kecil dari 1/3 y.p, maka digunakan

fc = 14.204,5455 psi

fc = fc(max)
14.204,5455

= 2,2016 X2 +8,0868 X + -936,4571
= 2,2016 X2 +8,0868 X + -15.141,0025

0

X2 = a

= 2,2016

X = b

= 8,0868

c

= -15.141,0025

x1 = 81,1129ft
x2 = -84,7861 ft

F-45

(4) Stress pada kondisi ereksi
Kondisi ereksi yaitu kondisi tower kosong, tanpa tray, tanpa insulasi, tanpa
tekanan, pipa uap, dan hanya dipengaruhi oleh beban angin.

(a) Perhitungan stress karena beban mati (fdw)


Upwind side,
fdead wt shell

= 3,4000 X

(Pers. 9.3a. Brownell, 1959)

beban mati lain:
Wt top head

= 164,19 lb

Wt tangga

= 25,0000 lb per ft

Wt over head vapor line = 28,5600 lb per ft
Total

(+)

= 53,5600 X + 164,19

fdeadwt attachment , =

 Weight of Attachment
12. .Dm .(ts  c)

(Pers.9.6, Brownell, 1959)(F.73)

fdead wt attachment = 6,8647+ 2,2393 X
fdw

= fdead shell + fdead attach.
= 5,6393 X + 6,8647

(b) Perhitungan stress karena angin
deff = 42,8750 in
fwx =

15,89 d eff . X 2
d t s  c 
2
o

= 2,2016X2

(c) Perhitungan stress gabungan pada kondisi ereksi parsial


Upwind side

ft(max)

= fwx - fdw

(Pers. 9.78. Brownell, 1959)

F-46

= 2,2016X2 – 2,2393 X – 6,8647
f

= 17000

E

= 0,8000

fallowable

=fxE
= 13600 psi

fallowable
13600

= ft(max) sehingga:
= 2,2016X2 – 2,2393 X – 6,8647

0

= 2,2016X2 – 2,2393 X – 13.606,8647

X2

= a = 2,2016

X

= b = – 2,2393
c

= – 13.606,8647

X1

= 79,1259 ft

X2

= -78,1087 ft

(d) Pemeriksaan terhadap stress karena gempa
Untuk ketinggian total menara (vessel + skirt ) 36,8728 ft, berat menara plus
attachment, liquids, dan lainnya dapat dihitung dengan mengalikan compressive
stress total terhadap berat dengan luas permukaan penampang menara
fdw shell

=

49,9800 psi

fdw ins

=

118,8766 psi

fdw attach

= 956,7884 psi

fdw tray + liquid =
fdw total

21,8056 psi

= 1.147,4505 psi

+

F-47

Berat menara pada kondisi operasi
ΣW = fdw(total) π d ts

(Brownell, 1959, hal,177)

= 1.147,4505 psi x 3,14 x 3,3 ft x 0,3125 ft
= 312,76 lb
Wavg = 8,4821 lb per ft



Berat menara pada kondisi ereksi
Perhitungan fdw pada saat ereksi
fdw shell

= 49,9800 psi

fdw attach

= 35,1573 psi +

fdw total

= 85,1373 psi

ΣW

= fdw(total) π d ts
= 85,1373psi x 3.14 x 3,3 ft x 0,3125 ft
= 23,2058 lb

5. Vibration
Vibrasi ditemui pada menara tinggi. Perioda dari vibrasi pada menara tinggi harus
dibatasi, karena vibrasi yang berlangsung dalam perioda yang cukup lama akan
menimbulkan suatu kerusakan pada menara.
periode vibrasi:
2

T = 2,65  10

5

1/ 2

 H   wD 

 

D  t 

= 0,0136 s
Keterangan :
T = periode vibrasi, s

(Pers. 9.68. Brownell, 1959)

F-48

H = tinggi menara total

= 36,8728 ft

D = diameter menara

= 3,4531 ft

w = berat menara

= 8,4821 lb/ft

ts = tebal shell menara (tebal shell + tebal isolator) = 1,4375 in
dari tabel 9.3 Brownell and Young untuk zone 1 & T < 0,0136s
diperoleh, C = 0,05



Momen karena gempa
Msx =

4 C WX 2 3 H  X 
H2

(Pers. 9.71. Brownell, 1959)

keterangan :
Msx = momen bending, lb
C

= koefisien seismik

H

= tinggi menara total = 36,8728 ft

W

= berat menara

X

= tinggi total menara – tinggi skirt = 26,8728 ft

Msx =

= 0,05

(Tabel 9.3. Brownell, 1959)

= 312,76 lb

4 C WX 2 3 H  X 
H2

Msx = 2.782,3842 lb



Stress karena gempa, fsx
fsx =

M sx
π r ts  c
2

= 4,3397psi

(Pers. 9.72. Brownell, 1959)

F-49



stress karena angin:
fwx = 2,7426 X2
= 0,5595 x (26,872)2 ft
= 1589,8877 psi
fwx > fsx, maka fwx yang mengontrol dan perhitungan pengecekan tinggi menara
benar.

b.) Desain Stiffening Ring
Untuk cylindrical shell
Pa 

4B
3(Do / t )

(hal 32, Megyesy, 1983)

Keterangan :
Pa = Maksimum working pressure yang diizinkan, psig
Do = diameter luar (termasuk isolasi) = 41,4375 in
L = panjang dari vessel section, in
= (panjang vessel tanpa head + 2 (tinggi dish-(tinggi dish/3))
= 327,2488 in
t

= ketebalan dinding vessel(tebal shell + tebal isolator = 1,4375 in

Menentukan nilai B, diketahui nilai dari :
P (tekanan desain luar) = 17,6352 psi
L / Do = 7,8974
Do / t = 28,82
Dari grafik hal 40 (Megyesy), A = 0,0012

F-50

toperasi berkisar antara 148,2713 oF (temperatur top) dan 257,8464 oF (temperatur
bottom)
t operasi = 203,0589 oF, grafik hal 43 (Megyesy), B =12.500
Jadi, Pa = 578,1798 psig
Karena nilai dari maximum allowable design pressure lebih besar dari design
pressure maka tidak diperlukan pemasangan stiffeners, namun untuk
mengantisipasi keadaan vacuum pada saat pengosongan kolom (biasanya saat
shut down), maka pada bagian atas menara dipasang valve yang dihubungkan
dengan alat kontrol tekanan.

3.)

Peralatan Penunjang Kolom Distilasi
a.) Desain Skirt Support
Skirt adalah penyangga yang digunakan dan paling aman untuk menyangga
vertikal vessel. Skirt disatukan dengan vessel menggunakan pengelasan
kontinyu (continous welding), ukuran pengelasan ditentukan berdasarkan

F-51

ketebalan skirt. Ketebalan dari skirt harus mampu untuk menahan berat mati
dan bending moment dari vessel. Ketebalan skirt harus lebih dari 6 mm.

Momen pada base

M  Pw .Dis .H .hl

(Megesy, 1983)

Keterangan :
Pw

= wind pressure = 25 lb/ft2 (Tabel

Dis

= diameter vessel dengan isolatornya = 3,4531ft

H

= tinggi menara total

= 26,8728 ft

hl

= lever arm = H/2

= 13,4364 ft

9.1 Brownell and Young, 1959)

Momen pada base (M) adalah= 25 lb/ft2 x 3,4531 ft x 26,8728 ft x 13,4364 ft
= 31.170,8574 ft.lb

Momen pada ketinggian tertentu (batas antara penyambungan skirt)
MT  M  h T (V  0.5.Pw .Dis .h T )

V

= total shear

= 2.319,88 lb

hT

= ketinggian skirt

= 10 ft

(Megesy, 1983)

Momen pada batas penyambungan skirt
MT = 31.170,8574 x 10 x (2.319,88 – (0,5 x 25 x 3,4531 x10)
= 12.288,4635 ft.lb

F-52

Menentukan tebal skirt
t

12  M T
W

R  π  S E D  π  S E
2

(Megesy, 1983)

Do = Diameter luar skirt, skirt dibuat bentuk cylindrical skirt = 41,4375 in
E = Effisiensi penyambungan kolom & skirt

= 0,6 (butt joint welding)

MT = Momen pada penyambungan skirt&vessel = 12.288,4635 ft.lb
R

= Radius luar dari skirt

= 20,7187 in

S = Nilai stress dari head atau material skirt menggunakan bahan stainless steel
= 15.000 psi
W = Berat kolom (pada kondisi beroprasi) 312,76 lb
t

= ketebalan skirt = 0,0124 in (digunakan t = 0,1875 in)

(memenuhi)

Butt Weld

tebal skirt

Gambar F.9. Sketsa skirt menara distilasi.

>

0,1875 in

F-53

b.) Desain Anchor Bolt
Vertikal vessel harus merekat erat pada concrete fondation, skirt atau yang lain
dengan anchor bolt dan base (bearing) ring. Jumlah anchor bolt harus 4 atau
kelipatannya untuk setiap vertikal vessel, pada vessel yang tinggi sebaiknya
menggunakan 8 buah anchor bolt. Agar merekat kuat pada concrete fondation,
anchor bolt sebaiknya tidak dipasang terlampau dekat, yakni tidak kurang dari 18
in. Pada vessel diameter kecil agar jarak minimal dari anchor bolt terpenuhi,
sebaiknya menggunakan conical skirt atau wider base ring with gussets, atau
anchor bolt chair.

Menentukan Maximum Tension
T

12M W

AB
CB

(Megesy, 1983)

keterangan :
M = Momen pada base ring berdasar tekanan angin

= 31.170,8574 ft.lb

W = Berat vessel (pada ereksi)

= 23,2058 lb

Diameter luar skirt

= 41,4375 in.

Diameter tempat bolt-bolt dipasang diassumsikan sebesar 42 in
As = Area di dalam lingkaran bolt
= 2.826,000 in2

(Megyesy, 1983)

F-54

CB = Circumference pada lingkaran bolt
= 188,4000 in
Tension maksimum pada bolt = 132,2372 lb/lin-in
Menentukan area bolt
B4 

T.CB
SB .N

(Megesy, 1983)

keterangan :
T = Maximum tension dari bolt

= 132,2372lb/lin-in

SB = Maximum allowable stress value dari material
bolt menggunakan bahan SA 307

= 15.000 psi

(Megesy, 1983)

CB = Circumference pada lingkaran bolt

= 188,4000 in

N = jumlah dari anchor bolts

= 12 buah

diperlukan bolt area

= 0,1384 in2.

Dipakai bolt area seluas

= 3,0200 in2

(dari tabel B, Megyesy, 1983)

dari tabel A (Megesy, 1983) untuk area bolt seluas = 3,0200 in2

F-55

maka : ukuran bolt

= 2,25 in

bolt root area

= 0,1384 in2

faktor korosi

= 0,1250 in2 +
0,2634 in2

Bolt area yang digunakan seluas (B4)= 3,0200 in2
sehingga digunakan 12 buah bolt berukuran 2,25 in
l3 = 2,2500 in
l2 = 2,7500 in

Desain anchor bolt chair
Pada menara distilasi, anchor bolt didesain dengan menggunakan chair agar
lebih kuat dan mampu untuk menahan menara bermuatan berat, digunakan bolt
dengan ukuran 2,25 in

maka dari tabel standar chair anchor bolt, tabel

berdasarkan Scheiman A.D. Shorts Cuts to anchor Bolting and Base Ring Sizing,
Petroleum Refiner, June 1963. (Megesy hal 76, 1983)

A = 3 in

E = 1,75

in

B = 6 in

F = 2,5

in

C = 4 in

G = 2,75

in

D =1

in

F-56

2
3
1,5

1
1
1

/4

/4
2,5

1/2

1,75

Gambar F.10. Sketsa anchor bolt chair.

Stress pada anchor bolt
SB 

T.CB
B4 .N

(Megesy, 1983)

= 687,4581
Jadi stress pada anchor bolt
= 687,4581 psi < 15.000 (memenuhi)
Berikut ini adalah gambar penyangga menara distilasi.

shell

skirt

chair
anchor
bolt
bearing
plate

Gambar F.11. Sketsa penyangga menara distilasi.

F-57

c.) Desain Base Ring / Bearing Plate
Beban yang ditopang pada skirt, dilanjutkan ke pondasi menara melalui base
ring. Base ring harus cukup lebar agar bisa mendistribusikan beban ke pondasi
secara merata, sehingga cukup kuat untuk menahan beban menara.

Menentukan maximum kompresi dari base ring
Pc 

12M W

As
Cs

(Megesy, 1983)

keterangan :
M = Momen pada base ring berdasar gempa

= 31.170,8574 ft.lb

W = Berat vessel (kondisi operasi)

= 312,76 lb

As = Area di dalam skirt

= 2.826,0000 in2

CB = Circumference pada O.D skirt

= 188,4000 in

Pc 

12 x31.170,8574
312,76

2.826,0000
188,4000

= 134,0204lb/lin-in

Menetukan lebar dari base ring
l

Pc
fb

(Megesy, 1983)

keterangan :
fb = Safe bearing load pada concrete

= 750 psi

F-58

Pc = Kompresi maksimum pada base ring
= 134,0204 lb/lin-in
l

1.618,3791
750

l = 2,1578 in

Dari tabel A (Megesy, 1983 hal 69) digunakan bolt dengan ukuran 2,25 in.
l2 = 2,75 in
l3 = 2,25 in
li

= 12 + 13 = 5 in

Menetukan ketebalan base ring
tB = 0,32.Ii

(Megesy, 1983)

tB = 0,32 x 5 in
Maka ketebalan dari base ring = 1,6 in

d.) Desain flange tutup (head dan bottom)
Data Perancangan :
Tekanan desain

= 17,6352 psi

Material flange

= SA 240 Grade C

Tegangan material flange (fa)

= 17000

Bolting steel

= SA 193 Grade B7

Tegangan material bolt (fb)

= 20000 psi

Material gasket

= Asbestos composition

Diameter luar shell

= 74,5752

psi

in

F-59

Diameter dalam shell

= 40

in

Ketebalan shell

= 0,3125

in

t

h

Gasket

W
hG
R

hT

hD

C

go

HG
HT

g1

G
g1/2

Gambar F.12. Dimensi flange.

Perhitungan lebar gasket

do

di

y  pm
y  p(m  1)

= 1,0024

(Pers. 12.2 Brownell, 1959)

keterangan :
do = diamater luar gasket, in
di = diameter dalam gasket, in
p

= internal pressure = 17,6352 lb/in2

assumsi :
digunakan gasket dengan tebal 1/16 in, dari fig 12.11 B & Y, diperoleh :
y

= yield stress (Fig. 12.11 B & Y)

M = faktor gasket (fig 12.11 B & Y)

= 3700 lb/ in2
= 2,75

F-60

assumsi :
diamater dalam gasket = diameter luar shell, do yaitu = 40 in, sehingga:
do = 1,0024  40 = 40,0969 in
jadi lebar gasket minimum = 0,0485 in = 0,1231cm
digunakan gasket dengan lebar = 0,09 in
Diameter rerata gasket,

G = do + lebar gasket.
G = 40,0969 in + 0,09 in
= 40,1869 in

Dari Fig 12.12 B & Y, kolom I, type Ia

bo 

N
2

= 0,0450 in, bo < 0,25 in
maka bo = b

= 0,0450 in

Wm2 = Hy = b  π  G  y
= 0,0450 x 3,14 x40,1869 x 3700
= 21.010,1355 lb

Beban untuk menjaga joint tight saat operasi.
Hp

=2bπGmp
= 2 x 0,0450 in x 3,14 x 40,1869 x 2,75 x 17,6352
= 550,7699 lb

F-61

beban dari tekanan internal – pers. 12.89 B & Y:

π G2
p
H =
4
=

3,14 x 40,1869 2
17,63
4

= 22.357,1022 lb

Beban operasi total – pers. 12.91 B & Y
Wm1

= H + Hp
= 22.357,1022 lb + 550,7699 lb
= 22.908,1022 lb

Wm1 lebih besar dari Wm2 sehingga Wm1 sebagai beban pengontrol.
Perhitungan luas baut minimum (minimum bolting area) – pers 12.92 B & Y
Am1 =

Wm1
fb

keterangan :
fb = tegangan material bolt = 20000 psi
Am1

=

22.908,1022
20000

= 1,1454 in2

F-62

Perhitungan ukuran baut optimum
Dari tabel 10.4, Brownell & Young Digunakan baut berukuran 2,25 in sebanyak
12 baut. Bolt cir