VI-3
6.1.2. Tebal Shell a. Menentukan Tinggi Liquid pada Shell h liq
Volume Liquid pada shell = Volume total liquid
- Volume Tutup bawah
p
2 3
4
2
x =
-
3
= ft
b. Menentukan Tekanan Design
0.000049 11.3446
Di Di
x h liq
= 1719.351 -
h liq 17.0176
0.785 11.3446 h liq
1719.351 0.000049
Bejana beroperasi pada tekanan atmosfir, maka tekanan perencanaan ditentukan oleh tekanan hidrostatiknya.
x
= psi
Untuk keamanan diambil P design =
x =
psi
Bahan yang digunakan = Carbon Steel SA - 240 Grade S f
= psi
B Y, tabel 13.1, hal 251 Sambungan Double Welded Butt Joint e =
Faktor korosi c = 8.6477
17.0176 144
= P operasi =
P hidrostasik =
r x h liquid 144
73.1757
9.5125
12650 0.8
0.125 8.6477
1.1
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-4
Y, ASME Code, pers 13-1 P
Keterangan : t
s
= tebal shell, in P = tekanan design, psi
f = maks allowable stress =
psi Y, tabel 13.1, hal 251 Ri = jari-jari dalam, in
e = joint effisiensi =
maka : x
0.125 ts =
P . Ri +
c
ts = 9.5125
44.2740 +
f . e - 0.6
12650
0.8
x x
- x
= in
dari tabel 5.7, B Y dipilih tebal shell in
c. Menentukan Tinggi Shell
Volume dished head, V = Di
3
Volume total = +
2 xe dished head
p
3
4 p
2 3
4 =
Hs +
= ft
11 ft Cek :
H D
0.125
B Y , Pers 5.11
Volume Shell ts =
9.5125 44.2740
+ 12650
0.8 0.6
9.5125
Di
1719.351 = 11.3446
Hs + 0.000098
1719.351 = Di
2
Hs +
2 x
0.1666 316
0.000049
0.000049
11.3446 1719.351
101.0295 0.1431
hs 17.0169
= 17.0169
= 1.5
MEMENUHI 11.3446
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-5
6.1.3. Tinggi Tutup
Dari figure 5.8, hal 87, B Y, dihitung ukuran-ukuran sebagai berikut :
ID 2
b = r - BC
2
- AB
2
ID 2
Dari tabel 5.4, hal 87, B Y diperoleh : pada t =
in icr =
in sf =
2 maka ;
ID 9
2 16
316 916
AB = - icr =
a =
AB = - icr
136.1352 -
= 67.5051
inc 2
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-6
BC = r
- icr ; untuk standard head r = OD OD standard dari B Y, tabel 5.7 ; OD = ID
OD = ID = in
90 in BC = 90
- =
in
b = r - BC
2
- AB
2
= 90 -
2
-
2
= in
OA =
t +
b +
sf =
+ +
2 316
31.3304 136.1352
916 89.4375
89.4375 67.5051
31.33035
= +
+ 2
= in
= ft
6.1.4. Tinggi Tangki Total
Tinggi tangki total = tinggi shell
+ 2 OA
= +
2 x
= ft
6.1.5. Tinggi Tutup Bawah dan Tinggi Liquid Total hl
Tinggi total bahan dlm reaktor =
shell + tinggi tutup bawah Hl =
+ =
ft r x h liquid
x
P design =
x =
psi 316
31.3304 33.5179
2.7932
17.0169 2.7932
1.1 10.0671
11.0738 P hidrostasik =
73.1757 19.8108
= 10.0671
22.6032
17.0176 19.8108
P hidrostasik = 144
144 2.7932
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-7
Tebal tutup bawah untuk standard dished pada tabel 5.7, Brownell Young, pada OD
= 90 Code ASME , diperoleh : r
= 90 dan icr =
untuk icr =
r icr
r maka :
ASME CODE, B Y, pers 13-12 P
Keterangan : 5
1 2
th = 0.885 . P . rc
+ c
f . e - 0.1
6 =
5 12 = 0.06111
90
Keterangan : th = tebal tutup, in
P = tekanan design, psi f
= maksimum allowable stress =
psi Ri = jari-jari dalam, in
e = joint effisiensi =
r = rc = 90 in
maka ; x
x 90
x -
x =
in dari tabel 5.7, B Y dipilih tebal tutup
in
6.2. PERANCANGAN PENGADUK
Agar reaksi yang terjadi lebih sempurna dan suhu didalam reaktor merata.
6.2.1. Power Pengaduk
Didasarkan pada buku Mc. Cabe, fig 9.9 jilid 1, ed Indonesia. 12650
0.8
th = 0.885
11.0738
0.2122 316
12650 0.8
0.1 11.0738
+ 0.125
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-8
Dimana : Dt
= Diameter tangki
Da =
Diameter agitator H
= Kedalaman liquid dlm tangki
E =
Jarak agitator J
= lebar bafle
w =
lebar blade L
= panjang blade
Mc Cabe, hal 235, jilid 1 ; Mc Cabe, hal 235, jilid 1 ;
Da 1
H J
1 Dt
3 Dt
Dt 12
W 1
E L
1 Dt
5 Da
Da 4
Dt = Diameter tangki =
ft 1
1 3
3 m
E = 1
x Da = 1
x
1 1
4 4
= =
1 =
11.3446 Da =
x Dt = =
= 1
=
3.7815 =
3.2808 3.7815
=
0.9454 =
= =
3.7815 ft
= 3.7815
x 11.3446
= 3.7815
ft
m 3.2808
L = x Da =
x 3.7815
m =
0.9454 ft
= 3.2808
1.1526
1.1526
0.2882
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-9
1 1
12 12
m
1 1
5 5
Type : Turbin enam daun rata Dasar pemilihan : - sesuai digunakan untuk range viscousitas tinggi
J =
x Dt = x
11.3446 0.9454
= 3.2808
w = x Da =
x 3.7815
= 0.9454
ft =
m 3.2808
= 0.2305
= 0.7563
ft =
0.7563 0.2882
Dasar pemilihan : - sesuai digunakan untuk range viscousitas tinggi - dapat beroperasi pada kecepatan tinggi
Kecepatan V = 200 - 250 m menit
sg liquid =
x 2 buah
Ditetapkan : kecepatan pengadukkan N =
65 rpm =
rps sehingga : V
= p . Da . N
= x
x 65
x =
m menit MEMENUHI r campuran
= lb ft
3
= gr cc
m campuran ; Fs = volume fraksi solid
Fs = volume fraksi solid = Volume solid volume total bahan masuk
11.3446 1.1
3.14 3.7815
= 17.0176
1.1754 1.7632
0.3048 =
Joshi, hal 389 1.1754
Jumlah impeller = h liquid x sg liquid
Dt
235.2480 73.1757
1.3556
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-10
maka m campuran ;
Perrys 5 ed, pers. 3-247 1
- m liquid
= Cp
25162.932 =
829.1025
Fs = 829.1025
= 0.0329
0.8 ln
m campuran =
2.5 x
0.0329 Fs 0.1
25162.9320
ln m campuran
= 2.5
Fs ; c = 1 - 1.5
m liquid c .
Fs
1 -
1 x
m campuran =
x =
m campuran =
cp =
lb ft s
Bilangan Reynold N
Re
: m
2
x x
rps lb ft
3
lb ft s =
Dari Mc. Cabe, tabel 9.2, hal 245 ed Indonesia, jilid 1, diperoleh : Np = K
T
= 0.8712
0.0329
ln m campuran
= 0.0852
0.8000 ln
m campuran =
2.5 x
0.0329 0.8000
6 =
3.7815 1.1
73.1757 0.0006
1936407.8871 0.8000
1.0890 0.8712
0.0006
N
Re
= Da
2
. N . r
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-11
Mc. Cabe, pers 9.24
x x
3
x
5
32 =
lbf ft s Np =
P . gc r . N
3
. Da
5
P = K
T
. r . N
3
. Da
5
gc
= 13416.4869
= 24.3936125 hp 550
= 6
73.1757 1.1
3.7815
13416.4869
Gland Losses =
x =
hp Power yang hilang akibat transmisi
= x
= hp
Power yang diperlukan =
+ =
hp 3
hp
6.2.2. Perancangan Poros Pengaduk
Bahan konstruksi = Commercial Cold Rolled Steel MV Joshi, tabel 5.2
Permissible shear stress in shaft =
kg cm
3
Elastic limit in tension =
kg cm
3
a. Panjang Poros
Panjang Poros =
+ tinggi poros diatas bejana
Ditetapkan tinggi poros diatas bejana = 12 in
2.4394 0.4879
2.4394 0.4879
2.9272 10
24.3936 Joshi, hal 399
2.4394 20
Joshi, hal 399 550
550 2460
tinggi bejana tinggi poros diatas dasar tangki
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-12
Panjang Poros =
x 12 + 12
- x 12
= in
= ft
= m
b. Diameter Poros
- Torsi momen puntir hp x 75 x
60 2
p N 3
x 75 x
2 x
x 65
- Torsi Maksimum T
m =
- Tc
3.7815
1.5 2.5
6.0417
Tc = Joshi, pers 14.8
= 60
= 33.0720
kg m 3.14
22.6032085 237.8601
19.82167517
- Torsi Maksimum T
m =
- Tc
Diambil T
m =
Tc =
x =
kg m
3
Dimana : fs = shear stress
Zp = polar atau modulus section dp = diameter poros
cm m
1.5 2.5
1.5 1.5
33.0720
100 550
kgcm
3
1 Zp =
p . dp 16
Zp = 49.6080
fs = T
m Joshi, pers 14.9
Zp Zp =
T m
Joshi, pers 14.9 fs
= 9.0196
cm
3
kg m x
49.6080
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-13
dp
3
3
dp = cm
4 cm
- Bending Momen
Rb Dimana : Rb = jari-jari blade
Joshi, pers 14.11 dp
= 45.9600
3.5820
Fm = T
m 0.75
9.0196 =
3.14 16
Dimana : Rb = jari-jari blade 1
2 1
2
Rb
x M = Fm x Lp
Lp = panjang poros =
m M =
x =
kg m - Bending Momen Ekuivalen Me
1 Joshi, pers 14.10
2 Fm =
T m
0.75 =
49.6080 =
1.8908 ft
= 0.5763
m Rb =
x Da
= x
3.7815
114.7641 6.0417
693.3726
Me = M + M
2
+ T
m
2 0.5
= 114.7641
kg 0.75
0.5763
6.0417
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-14
1
2 2
0.5
2 =
kg m - Stress f yang disebabkan oleh Me
Me Z
p dp
3
32 x
49.6080 Me =
693.3726 +
693.3726 +
f =
694.2588 100
kg cm 694.2588
f =
Joshi, pers 14.13
= Me
x x
4
3
= kgcm
2
tidak dapat dipakai
Dicoba : dp =
cm Me
Joshi, pers 14.13 Z
p dp
3
32 x
x 14
3
= kgcm
2
dapat dipakai 11055.0768
2460
14 f
= f
= 694.2588
100 kg cm
3.14 cm
3
32
257.8444 2460
= Me
= 694.2588
100 kg cm
3.14 cm
3
32
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-15
- Defleksi Soft
3
E = x 10
5
kg cm
2
Fm x x
3 5
p x 14
4
x x
3
3 x
x 10
5
x Joshi, hal 413
d = 6.0417
100 3
x 19.5
x d =
w . Lp Joshi, pers 14.14
3 . E . I
10 x
64 d =
114.7641 6.0417
100 19.5
1884.7850 19.5
3 x
x 10
x =
sehingga dp 14 cm memenuhi syarat
6.2.3. Perancangan Blade
Blade terbuat dari carbon steel, f = kg cm
2
Jumlah blade, n =
6 buah Panjang blade, L bl
= m
= in
Lebar blade, w bw =
m =
in Tebal blade, bt
= 2 cm
= in
bt x
x 2
x
2
= kg cm
2
0.7874 2.2955
550
0.2882 11.3447
0.2305 9.0758
19.5 1884.7850
28.0051 550
fm = 49.6080
100 23.0525
6 Strees max
= T
m Joshi, pers 14.16
bw
2
n
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-16
Karena stress max lebih kecil dari pada stress yang diijinkan, maka ukuran blade dapat digunakan.
6.2.4. Perencanaan Hubungan dan Keys
Diameter hubungan dari pengaduk =
x diameter poros
= x
14 = 15 cm
Panjang hubungan =
x diameter poros =
x 14 1.1
1.1
2.5 2.5
= x 14
= 35 cm
Panjang keys, l =
x diameter poros =
x 14 =
21 cm
d 2
Dimana : tm = momen puntir maksimum
dp = diameter poros l
= panjang key t
= tebal key fs
= stress yang diijinkan untuk karbon steel =
kg cm
2
fc =
kg cm
2
2.5
1300 l . t
- f . C
Joshi, pers 5.6 2
650 1.5
1.5
T m
= l . D . fs
=
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-17
d 2
x
b =
cm = mm
t =
cm = mm
T m
= l . D . fs
49.6080 100
= 21
x b
0.1 5.1918
0.1 5.1918
x 650
14 2
708.6862 =
13650 b
t =
cm = mm
Digunakan ukuran =
mm x mm x 21 cm
6.2.5. Perencanaan Coupling
Coupling digunakan untuk menghubungkan poros pengaduk pada proses penggerak, digunakan jenis Damp Coupling yang terbuat dari cast iron stress yang diijinkan pada abut hot rolled steel =
kg cm
2
2 T
max n
2 Keterangan :
m = koefisien friksi antara poros dan lengannya =
untuk cast iron dan steel dp = diameter poros
n = jumlah baut
= 6 untukdiameter poros
50 mm =
8 untuk diameter poros yang besar key
587 Gaya perbaut =
p . m . d
0.25 0.1
5.1918 5.1918
5.1918
Joshi, pers 5.15
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-18
maka, 2
x x
8 2
P fst
Dimana : fst = stress shears dari ball untuk Cold rolled carbon =
kg cm
2
kg 225.6962
P = 49.6080
100 =
Luas Baut, A =
550 3.14
x 0.25
x 14 x
Dimana : 1
2
4 A
x 4
p x
4
= cm =
mm
Overall diameter coupling =
2 x diameter poros
= 2
x 14 = 28 cm
= 0.410357 cm
2
550
A = p . d
Luas Baut, A = 225.6962
7.230128 diameter baut =
= 0.41035681
3.14 0.7230
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-19
6.2.6. Perencanaan Bearing
Bearing berfungsi untuk menahan poros agar tetap berada pada tempat nya selama proses operasi berlangsung. Type bearing yang dipilih adalah deep Grove Ball Bearing dengan diameter
poros 14 cm
1. Berat poros
2
Dimana : Berat poros
= p x dp
x Lp x r
4 Dimana :
r = densitas poros stainless steel =
lb in
3
Lp = panjang poros =
in dp = diameter poros
= 14 cm x =
in
x
2
4 =
lb
2. Berat blade
Berat blade = wb =
n x bl x bw
x bt
x r
Dimana : n
= jumlah blade =
6 buah bl = panjang blade
= in
bw = lebar blade =
in bt = tebal blade
= in
wb = 6
x x
x x
= lb
237.860 x
0.2827 0.2827
Perrys, 3-95 237.8601
0.3937 5.5118
Berat poros =
3.14 5.5118
x
0.787402 0.2827
137.5159 1603.6292
11.3447 9.0758
0.7874 11.3447
9.075795
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-20
3. Berat impeller
Berat impeller = w =
+ Berat hubungan dan key Berat hubungan dan key
= 40 lb assumsi
w =
+ 40
= lb
4. Berat Radial
Berat radial = Fr
= +
Berat poros =
+ =
lb
5. Berat axial
1603.6292 Berat impeller
177.5159 1781.1452
Berat blade
137.5159 177.5159
5. Berat axial
Berat axial = Fa = =
lb
- Keadaan statik Po =
Fr +
Fa SKF katalok, hal 46
= x
+ x
= lb
Co = So x Po
dimana : Co = basic load rating, N
Po = equivalent static bearing load, N So = statik safety factor =
SKF katalok, hal 47
Co = x
= lb
Fa SKF, hal 141
Co 0.44
1603.6292 Berat poros
1603.6292
0.6 0.5
2805.7526 =
1603.6292 =
0.57155 , diperoleh e
= 0.6
1781.1452 0.5
1870.5017
1.5
1.5 1870.5017
2805.752576
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-21
Fa Fr
maka, x
= SKF katalok, hal 141
y = 1
- Keadaan Dinamik P =
+ =
x +
1 x
= 1603.6292
= 1603.6292
= 0.9003
0.44 e
1781.1452
0.56
x . Fr y . Fa
0.56 1781.1452
2601.0705 =
Diambil umur operasi jam SKF, tabel 1 hal 31 dan pada
= 90 didapat dari grafik hal 29 SKF CP =
6 C =
6 x
= lbf
1 N =
lbf, SKF
= Diperoleh kapasitas bearing dengan diameter poros
mm, SKF, hal 140
mempunyai harga C =
Boundari Dimentions ; d
= mm
D = mm
C = Co =
Limiting speeds =
- Lubrication Grease
= rpm
- Lubrication Oil
= rpm
0.255
3000 61201.6596
140 62000
61201.6596
140 240
40000 rpm
2601.0705 15606.4232
= 15606.4232
0.255 2601.0705
62000 64000
3600
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-22
Dimensi : d
= mm
Di = mm
r =
2
Abutment dan Fillet Dimentions : da =
Da = ra =
1 max 163
187
146.5 203.5
6.3. PERENCANAAN COIL PENDINGIN
Untuk mempertahankan suhu reaksi
o
C , maka digunakan coil
pendingin, dan sebagai media pendingin digunakan air. Rate pendingin
Jumlah batch x waktu operasi x
72 =
kg jam =
lb jam
t
1
, 30
o
C
o
C T
1
,
o
C T
2
,
t
2
, 40
o
C 110
0.32
301.2229965
110 60
= 3190.5852
= 3190.5852
136.6339
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-23
Koefisien perpindahan panas : k
23
m
0.14
Kern, pers 20-4 Di
m mw
Dimana : L atau Da = Diameter pengaduk
= ft
= Diamter tangki =
ft =
rph = Putaran pengaduk
= 65 rpm = rps
= densitas campuran =
lb ft
3
= kapasitas panas =
Btu lb
o
F hc =
0.87 x
L
2
. N . r
x
N 1.1
3900 r
73.1757 C
1 c .
m x
k
3.7815 Di
11.3446
= kapasitas panas =
Btu lb F = konduktivitas thermal
= Btu jam ft
o
F ft = viscousitas campuran
= lb fts
= lb ft jam
m mw
2
x x
x
hc = Btu jam ft
2 o
F Panas yang diserap, Q
= kkal jam
= Btu jam
Panas yang diserap setiap reaktor = x
3.6 = kkaljam
= BTUjam
= ft
3
jam =
ft
3
s 2.11
k 0.0595
m 0.0006
2.11
0.14
= 1
, untuk larutan air C
1
1 0.0595
232.8070 63811.7030
253204.8377
Flow rate Qf =
301.2229965 lb jam
73.1757 3.7815
3900 73.1757
23
11.3446 x
1 2.11
13
x hc =
0.87 x 0.0595
x
lb ft
3
4.1164 0.0011
63811.7030 229722.1309
911537.4156
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-24
Dari Peters Timmerhaus 4
th
ed., p. 496 didapatkan : ID optimum
= Qf
r =
= in
Digunakan pipa 5 in sch. 40 Dari Kern, tabel 11, didapatkan :
OD = in
= ft
ID =
in =
ft
0.13
0.3233
5.6250 0.4688
4.9810 0.4151
3.9
0.45 0.13
3.9 0.0011
0.45
73.18
ID =
in =
ft at
= in
2
= ft
2
a =
ft
2
ft m air
= Cps
= lb ft jam
k air =
Btu jam ft
2 o
F ft Kern, fig15
w Kern, table 4
at
x
hi =
Btu jam ft
2 o
F Kern, fig. 25
ID OD
Btu jam ft
o
F 1.2580
0.84 2.0320
0.356 4.9810
0.4151 30.0000
0.2083
= 0.4151
1445.870383 =
2.0320
1170 lb
0.2083 jam ft
2
N
Re
= ID x Gt
m Gt =
= 301.2230
= 1445.870383
295.346
1036.0480 0.4688
hio = hi x
= 1170
x 0.4151
=
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI-25
D lilitan =
- Diameter tangki
Diambil =
Di tangki D lilitan
= x
= ft
= Btu jam ft
2 o
F
x 60
80 60
0.60 11.3446
6.8068
0.4151 6.8068
1257.1755
U =
hc x hio =
232.8070 1257.1755
3.5 ID coil
D lilitan = 1036.048 x
1 +
3.5 x
hio coil = hio pipa lurus x
1 +
x +
= Btu j ft
o
F Rd =
1 1
U
D
U
C
1 U
D
= U
D
= Btu j ft
o
F
a. Luas Perpindahan Panas
Kategori