Distributor Perhitungan Flange, Bolt dan Gasket dari Vessel

Keterangan : Wm 1 = Beban berat bolt pada kondisi operasi lb Wm 2 = Beban berat bolt pada kondisi tanpa tekanan dalam lb H = Total joint contact surface lb d. Perhitungan luas baut minimum minimum bolting area Dihitung dengan Persamaan 12.92 Brownell Young 1959 : 2 1 1 in 20,644 20.000 83 412.885,98    b m m f W A Keterangan : Am 1 = Total luas bolt pada kondisi operasi in 2 Perhitungan ukuran baut optimum berdasarkan Tabel 10.4 BrownellYoung 1959 hal.188. Dengan menggunakan ukuran baut = 0.8750 in diperoleh data sebagai berikut : Root area = 0,419 in2 Bolt spacing standard BS = 3,00000 in Minimal radian distance R = 0,93750 in Edge distance E = 0.75000 in Jumlah baut minimum = = 49,2704 Sehingga digunakan baut dengan ukuran 0.8750 in sebanyak 50 buah. Bolt circle diameter, BC = 123,5094 in. Perhitungan diameter flange luar : Flange OD A = bolt circle diameter BC + 2 E area root Am 1 Flange OD A = 125,3844 in Cek lebar gasket : A b aktual = N bolt x Root Area = 50 x 0,419 = 20,95 in 2 Lebar gasket minimum : N min = G π y 2 f A allaw actual b = 71,9199 x 14 , 3 00 . 18 2 000 . 20 x 20,95 x x = 0,2236 in N min 0,5 in, pemilihan baut memenuhi e. Perhitungan moment : 1 Untuk bolting up condition tanpa tekanan dalam Beban desain diberikan dengan Persamaan : W = ½ A b + A m1 f a Pers. 12.94, B Y,1959:242 = ½ 152,3150 + 150,8529 .20.000 = 415.942,9941 lb Keterangan : W = Berat beban lb A m1 = Luas baut minimum in 2 A b = Luas aktual baut in 2 fa = Allowable stress psi Hubungan lever arm diberikan pada Persamaan 12.101, Brownell Young 1959 : h G = ½ C – G = ½ 123,5094 – 120,5 = 1,5047 in Keterangan : hG = Tahanan radial circle bolt in BC = Bolt circle diameter in G = Diameter gasket rata-rata in Flange moment adalah sebagai berikut B Y, 1959, Tabel 12.4 : Ma = W x h G = 415.942,9941 lb x 1,5047 in = 625.873,4284 lb-in 2 Untuk kondisi saat beroperasi Beban desain yang diberikan W = W m1 = 415.942,9941 lb Untuk hydrostatic end force pada permukaan dalam flange H D H D = 0,785 B 2 p Pers. 12.96, B Y,1959:242 = 0,785.71,41991 2 . 88,20 = 353.156,3243 lb Keterangan : H D = Hydrostatic and force pada area dalam flange lb B = Diameter dalam flange OD shell in p = Tekanan operasi psi The lever arm, h D persamaan 12.100 BrownellYoung h D = ½ BC – B = ½ 60616 in 73, – 71,41991 in = 1,09313 in The moment , M D dari persamaan 12.96 BrownellYoung : M D = H D x h D = 353.156,3243 lb x 1,09313 in = 386.045,7728 lb-in Perbedaan antara flange-desin bolt load dengan hydrostatic end force total adalah : H G = W – H = W m1 – H = 358.126,4450 lb – 252.377,5196 lb = 54.759,5433 lb Momen komponen dihitung dengan persamaan 12.98 BrownellYoung: M G = H G x h G = 54.759,5433 lb x 1,5047 in = 82.397,2121 lb-in Perbedaan antara hydrostatic end force total dan hydrostatic force end pada luas area dalam flange, H T Persamaan 12.97, Brownell Young : H T = H - H D = 358.126,4450 lb – 353.156,3243 lb = 4.970,1207 lb Hubungan lever arm, h T Persamaan 12.102 Brownell Young, 1959: h T = ½ h D + h G = 1,2989 in The moment Persamaan 12.97 BrownellYoung, 1959: M T = H T x h T = 6,455.7882 lb-in Jumlah moment untuk kondisi saat beroperasi, M O Persamaan 12.97 Brownell Young, 1959: M O = M D + M G + M T = 474.898,7731 lb-in Sehingga moment saat beroperasi sebagai pengontrol: M max = M O = 474.898,7731 lb-in f. Perhitungan tebal flange : t = B f M Y a max Persamaan 12.85 Brownell Young, 1959 K = AB = 131,8844120 = 1,0990 Dari Fig.12.22 dengan K = 1,0990 Brownell Young, 1959 Diperoleh nilai Y = 23 t = B f M Y max = in 120 x psia 20.000 in lb 31 474.898,77 x 23  = 0,7111 in Sehingga diambil ketebalan flange = ¾ Gambar F.8. Detail untuk Flange and bolt pada Head Reaktor

13. Menentukan Tebal Isolasi

Perpindahan panas di dalam reaktor dapat dilihat pada Gambar F.7 berikut ini. Gambar F.9. Sistem Isolasi Reaktor Perpindahan panas melalui tiap lapis tahanan di hitung dengan hukum Fourier dan L r A  2  , diperoleh:   2 2 3 1 1 2 u 1 k r r Ln k r r Ln T T L 2 π Q                Holman, 1997, pers.2-9 Jika perpindahan panas disertai konveksi dan radiasi, maka persamaan di atas dapat dituliskan : Gasket Bolt t = tebal flange d = diameter baut 3 x     3 r c 2 2 3 1 1 2 u 1 r h h 1 k r r Ln k r r Ln T T L 2 π Q                  Holman, 1997, pers.2-12 Jika diaplikasikan dalam perhitungan perancangan tangki maka diperoleh :      3 r c 2 2 3 1 1 2 u 1 r h h 1 k r r Ln k r r Ln T T L 2 π Q                  Keterangan : x 3 = Tebal isolasi m r 1 = Jari –jari dalam tangki m r 2 = Jari –jari luar tangki m r 3 = Jari – jari luar isolasi m T 1 = Temperatur permukaan plat tangki bagian dalam o C T 2 = Temperatur permukaan plat tangki bagian luar o C T 3 = Temperatur luar isolasi o C T u = Temperatur udara o C Perpindahan panas dari reaktor ke sekeliling melalui dinding reaktor dan isolator terjadi melalui beberapa langkah, yaitu :  Perpindahan konveksi dari cairan pendingin dalam shell ke dinding shell dalam Q 1  Perpindahan konduksi dari dinding shell dalam ke dinding shell luar Q 1  Perpindahan konduksi dari dinding shell luar ke permukaan luar isolator Q 2  Perpindahan konveksi dan radiasi dari permukaan luar isolator ke udara bebas Q 3 Asumsi yang digunakan untuk menghitung tebal isolasi reaktor sebagai berikut : - Keadaan steady state - Perpindahan panas konveksi dari air pendingin dalam shell ke dinding shell dalam diabaikan - Suhu dinding dalam reaktor T 1 sama dengan suhu pendingin rata- rata, yaitu T 1 = 2 45 30 C o  = 37,5 o C - Suhu dinding luar isolator, T 3 = 35 o C = 95 F = 308,15 K - Suhu udara luar, T u = 30 o C = 86 F = 303,15 K Data-data lain yang diperlukan : r 1 = 2 ID s = 2 m 0116 , 2 = 1,0058 m r 1 = 2 OD s = 2 m 0353 , 2 = 1,0176 m L = 7,3152 m  Bahan Konstruksi Reaktor Bahan konstruksi shell reaktor adalah stainless steel, adapun sifat-sifat fisiknya adalah sebaga berikut Geankoplis,1993 : Konduktivitas k 1 = 45 Wm.K 26,0005 Btujam.ft. o F Emisivitas ε = 0,54 Densitas ρ = 7.801 kgm 3 490 lbft 3  Bahan Isolator Bahan isolasi yang digunakan adalah asbestos, adapun sifat-sifat fisis dari magnesia 85 adalah sebagai berikut Geankoplis,1993 : Konduktivitas k 2 = 0,0710 Wm.K 0,0971 Btujam.ft. o F Emisivitas ε = 0,6 Densitas ρ = 271kgm 3  Panas yang hilang dari dinding isolasi ke udara Q 3 - Koefisien perpindahan panas radiasi h r h r     u 3 4 u 4 3 T T T T ε σ      Geankoplis,1979 Keterangan : hr = Koefisien perpindan panas secara radiasi Wm 2 o K σ = Konstanta Boltzman, 5,676.10 8 ε = Emisivitas bahan isolator T i = Temperatur permukaan luar isolator K T u = Temperatur udara o K Maka, h r   303,15 308,15 100 303,15 100 308,15 0,6 5,676 4 4                       = 3,8901 Wm 2 .K - Koefisein perpindahan panas konveksi h c T f = ½ T 3 + T u = ½ 308,15 + 303,15 K = 305,65 K Sifat udara pada T = 305,65 K K Geankoplis,Tabel.A3-3,1979 : ρ f = 1,1201 kgm 3 Cp f = 1,0056 kJkg K μ f = 0,000019234 kgm.s k f = 0,0274 Wm K β = 0,0031646 1K Persamaan umum perpindahan panas konveksi h c 0,25 c l ΔT 37 , 1 h        untuk N Ra = 10 4 - 10 9 Geankoplis,1979   3 1 c ΔT 24 , 1 h  untuk N Ra 10 9 Keterangan : h c = Koeffisien transfer panas konveksi, Btujam.ft 2 . o F N Ra = Gr × Pr N Ra = Bilangan Rayleigh Gr = Bilangan Grasshoff Pr = Bilangan Prandtl Sehingga diperoleh : Pr = f f f k μ Cp  = 0,0274 1,9234.10 1,0056. -5 = 7,05.10 -4 Gr =           2 f 2 f 3 μ ΔT g β ρ L