LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
1. Tangki Ammonia TT-101
Fungsi : Menyimpan Ammonia untuk kebutuhan 10 hari
Bahan konstruksi : Carbon Stels SA- 285 Grade C Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 3 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 0,5 bar = 0,5 atm Temperatur
= − 40
°C = 223,15 K Laju alir massa
= 2.095,2431 kgjam ρ
bahan
= 271,904 kgm
3
Chemcad Database 5, 1999 Kebutuhan perancangan = 10 hari
Faktor kelonggaran = 20
Perhitungan a.
Volume tangki
Volume larutan, V
l
=
3
kgm 271,904
jamhari 24
hari 10
kgjam 2.095,2431
× ×
= 2.564,355 m
3
Volume larutan untuk 1 tangki = 2.564,3553 m
3
= 854,785 m
3
Volume tangki, V
t
= 1 + 0,2 x 470,132 m
3
= 1.025,742 m
3
b. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan : •
Tinggi shell : diameter H
s
: D = 5 : 4 •
Tinggi head : diameter H
h
: D = 1 : 4
Universitas Sumatera Utara
• Volume shell tangki V
s
V
s
= .
π 4
1 .D
i 2
.H
s
V
s
=
3
D .
π 16
5 •
Volume tutup tangki V
h
V
h
=
3
24 D
π
Brownell, 1959 •
Volume tangki V V
= V
s
+ V
h
1.025,742 m
3
=
3
48 17
D
π
D
i
= 9,734 m = 383,236 in H
s
= 12,167 m
c. Diameter dan tinggi tutup
Diameter tutup = diameter tangki = 9,734 m H
h
=
×
=
×
4
1 D
D Hh
7,9754 = 2,445 m H
t
Tinggi tangki = H
s
+ H
h
= 14,601 m
d. Tebal shell tangki
Tinggi cairan dalam tangki =
3 3
m 564,158
m 470,132
× 12,167 = 10,139 m
P
Hidrostatik
= ρ × g × h
= 271,904 kgm
3
× 9,8 mdet
2
× 10,139 m = 27,019 kPa
P
operasi
= Tekanan udara = 0,5 atm = 50 kPa P
total
= 27,019 kPa + 50 kPa = 77,019 kPa Faktor kelonggaran 20
P
design
= 1,2 77,019 = 92,423 kPa Joint efficiency E = 0,8 Brownell, 1959
Allowable stress S = 94.802,583 kPa Brownell, 1959 Faktor korosi C = 0,002 intahun Perry, 1999
Umur alat A direncanakan 10 tahun
Universitas Sumatera Utara
Tebal shell tangki:
in 0,234
tahun 10
tahun in
0,002 kPa
1,277,423 kPa0,8
83 294.802,5
m 9,734
kPa 77,423
A C
1,2P E
. 2S
D .
P t
=
×
+ −
= ×
+ −
=
Tebal shell standard yang digunakan = 14 in Brownell, 1959
e. Tebal tutup tangki Timmerhaus, 2004
in 0,234
tahun 10
tahun in
0,002 kPa
0,277,234 kPa0,8
825 294.802,5
m 9,734
kPa 77,423
A C
0,2P 2SE
PD t
=
×
+ −
= ×
+ −
=
Tebal tutup standard yang digunakan = 14 in Brownell, 1959
f. Coil Pemanas
Pada T = - 40
o
C = - 40
o
F, diperoleh data-data : ρ = 271,9040 kgm
3
×
3 3
kgm 16,0185
lbmft 1
= 16,9743 lbmft
3
µ = 0,280 cp ×
cp 1
lbmft.jam 2,4191
= 0,6773 lbmft.jam k = 0,628065 Btujam.ft.°F
c = 0,4645 Btulbm.°F Dipilih coil 1
1 2
in OD 18 BWG; ID =1,4 in; a = 1,54 in
2
; a
”
= 0,3925 ft
2
ft Maka :
G = at
m
f
=
ft 1283
, lbmjam
1.174,2496
2
= 9.152,3741 lbmjam.ft
2
Re
j
=
0,6773 9.152,3741
0,1167 μ
ID.G ×
=
= 1.600,6025 Untuk Re
j
= 1.600,6025 → j = 82 Gambar. 20.2, Kern
j =
0,14 w
13 i
i
μ μ
k c.
μ k
.D h
− −
×
×
Di mana :
Universitas Sumatera Utara
D
i
= Dc
i
= 1,4 in = 0,1167 ft maka :
14 ,
3 1
i
1 0,6280
0,6773 0,4645
0,6280 .0,1167
h 82
− −
×
×
× =
h
i
= 350,4798 Btujam.ft
2
.
o
F h
io
= h
i
× OD
ID = 350,4798 ×
54 ,
1 4
, 1
= 318,618 Btujam.ft
2
.
o
F
io i
io i
h h
.h h
Uc +
=
= 166,895 Btujam.ft
2
.
o
F Untuk coil steam dan fluida heavy organics Rd = 0,001 Tabel 8, Kern
hd = 1Rd = 1.000 Ud =
hd Uc
hd Uc
+ ×
= 994,043 Btujam.ft
2
.
o
F
Data-data dari bab 4 : Q
s
= 82
392.389,17 kJjam
= 371.911,7190 Btujam m
s
= 170,8342 kgjam
= 376,6211 lbmjam ∆T = 120
C -100 C = 248
F – 212 F = 36
F .
ΔΔ U
Q A
d s
= =
36 319,9408
90 371.911,71
× = 32,2899 ft
2
Eksternal surface per lin a” = 0,3925 ft
2
ft Diameter spiral
= 0,7 × Dt = 0,7 × 25,4757 = 17,8329 ft Luas permukaan spiral
= π.Ds.a” = π.17,8329.0,3925 = 21,9782 ft
2
Jumlah lilitan, N =
3 424,6055
= 141,5352 = 142 buah
2. Pompa Ammonia J-101
Universitas Sumatera Utara
Fungsi : Memompa Amonia dari Tangki Bahan Baku TT-101 ke Reaktor R-201 Jenis
: Pompa resiprocating Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi : P
S
= 1 atm P
D
= 50 atm T = - 40
o
C Laju alir massa F
= 532,6279 kgjam = 0,3262 lbms Densitas
ρ = 271,9040 kgm
3
= 16,9745 lbmft
3
Viskositas µ
= 0,2441 cP = 0,0002 lbmft.s
Laju alir volumetrik Q =
3
lbmft 0,3262
lbms 0,3262
= 0,0192 ft
3
s = 8,6247 galmenit
Desain pompa : Di
,opt
= 3,9 Q
0,45
ρ
0,13
Timmerhaus, 1991 = 3,9 8,6247ft
3
s
0,45
16,9745 lbmft
3 0,13
= 0,9519 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel :
Ukuran nominal : 1 in
Schedule number : 40
Diameter Dalam ID : 1,0490 in = 0,0874 ft Diameter Luar OD
: 1,315 in = 0,1096 ft
Inside sectional area : 0,006 ft
2
Kecepatan linear, v = QA =
2 3
ft 0,006
s ft
8,6247
= 3,2027 fts
Bilangan Reynold : N
Re
=
μ D
ρ ×
×v
= lbmft.s
0,0002 ft
74 fts0,08
3,2027 lbmft
16,9745
3
= 28.971,6196 Turbulen Untuk pipa commercial steel diperoleh harga
ε = 0,0015
Universitas Sumatera Utara
Pada N
Re
= 28,971.6196 dan εD =
0,0874ft 0,00015ft
= 0,0017 Maka, harga f = 0,0075
Timmerhaus, 1991 Friction loss :
1 Sharp edge entrance = h
c
= 0,5
2. α
v A
A 1
2 1
2
−
= 0,5 174
, 32
1 2
3,2027 1
2
− = 0,0006 ft.lbflbm
2 Elbow 90° = h
f
= n.Kf.
c 2
2.g v
= 2.0,75. 174
, 32
2 2027
, 3
2
= 0,02391 ft.lbflbm
1 Check valve = h
f
= n.Kf.
c 2
g .
2 v
= 12,0 174
, 32
2 2027
, 3
2
= 0,3188 ft.lbflbm
Pipa lurus 30 ft = F
f
= 4f
c
g D
v L
. 2
. .
2
∆
= 4.0,0075.
174 ,
32 .
2 .
0874 ,
3,2027 .
30
2
= 0,5124 ft.lbflbm
1 Tee = h
f
= n.Kf.
c 2
g .
2 v
= 11 174
, 32
2 2027
, 3
2
= 0,1593 ft.lbflbm
1 Sharp edge exit = h
ex
=
c 2
2 2
1
2.g A
A 1
v
−
= 174
, 32
1 2
3,2027 1
2
− = 0,0498 ft.lbflbm
Total friction loss : ∑F = 1,1207 ft.lbflbm
Dari persamaan Bernoulli :
W F
ρ P
P z
z g.
. 2.
α 1
s 1
2 1
2 2
1 2
2
= +
∑ +
− +
− +
− v v
Geankoplis, 2003 Di mana :
v
1
= v
2
P
1
= 50 kPa = 1.044,2774 lb
f
ft²
Universitas Sumatera Utara
P
2
= 50 kPa = 1.044,2774 lb
f
ft² ;
ρ ΔP
= 0 ft.lb
f
lb
m
∆Z = 20 ft Maka :
W ft.lbflbm
1,1207 ft.lbmlbf
ft 20
. .s
ft.lbmlbf 32,174
fts 32,174
s 2
2
= +
+ −
+
Ws = 21,1207 ft.lbflbm Effisiensi pompa ,
η = 80 Ws
= - η × Wp
-8,00 = - 0,8 × Wp Wp = 26,4009 ft.lbflbm
Daya pompa : P = m × Wp =
ft.lbflbm 26,4009
lbms 3600
. 0,45359
0,3262 ×
× ft.lbfs
550 hp
1 = 0,0157 hp
Untuk menaikkan tekanan propena digunakan reciprocating pump, Data :
P
D
= Tekanan keluar = 50 atm = 734,8 psi P
S
= Tekanan masuk = 1 atm = 14,696 psi G
A
= Kapasitas aktual = 1,4348 galonmenit W = Tenaga yang dibawa fluida keluar dari suatu pompa hp
W =
1715 G
P P
A S
D
−
Syarifuddin, 1996
1715 4348
, 1
696 ,
14 8
, 734
× −
= = 0,602 hp
Total daya pompa = 0,602 hp + 0,0157 hp = 0,618 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 34 hp
Universitas Sumatera Utara
3. Heater E-211
Fungsi : Menaikkan temperatur Ammonia sebelum ke Reaktor R-201 Jenis
: DPHE Dipakai : pipa 2 × 1
4 1 in IPS, 12 ft hairpin
Jumlah : 1 unit Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 581,2095 kgjam = 1,281.354 lbmjam Temperatur awal T
1
= 276 °C = 528,8 °F Temperatur akhir T
2
= 276 °C = 528,8 ° F Fluida dingin
Laju alir fluida dingin = 532,5279 kgjam = 1,174.250 lbmjam Temperatur awal t
1
= - 40 °C = - 40 °F Temperatur akhir t
2
= 25 °C = 77 °F Panas yang diserap Q = 911.627,073 kJjam = 864.052,351 Btujam
1 ∆t = Beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida Dingin
Selisih
T
1
= 528,8 °F Temperatur yang lebih tinggi
t
2
= 77 °F
∆t
1
= 451,8 °F
T
2
= 528,8 °F Temperatur yang lebih rendah t
1
= - 40 °F
∆t
2
= 568,8 °F
T
1
– T
2
= 0 °F Selisih
t
2
– t
1
= 117 °F
∆t
2
– ∆t
1
= 135 °F
508,507 451,8
568,8 ln
117 Δt
Δt ln
Δt Δt
LMTD
1 2
1 2
=
=
− =
°F
2 T
c
dan t
c
8 ,
528 2
8 ,
528 8
, 528
2 T
T T
2 1
c
= +
= +
= °F
5 ,
18 2
77 40
2 t
t t
2 1
c
= +
− =
+ =
°F
Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin : Anulus Ammonia 3
Flow area ft
0,1723 12
2,067 D
2
= =
Tabel 11- Kern, 1965 ft
0,1383 12
1,66 D
1
= =
2 2
2 2
1 2
2 a
ft 0,0083
4 0,1383
0,1723 π.
4 D
D π.
a =
− =
− =
0,0761 1383
, 1383
, 0,1723
D D
D diam
2 2
1 2
1 2
2
= −
= −
= Equivalen
4 Kecepatan massa
2 a
a a
ft .
jam lbm
639 ,
003 .
142 0,0083
1.174,25 G
a W
G =
= =
5 Pada t
c
= 18,5
o
F , μ = 0,218 cP Gambar. 15- Kern, 1965 μ = 0,218 cP = 0,218 x 2,42 = 0, 528lbmft.jam
114,384 0,528
1.281,354 0,0761
Re μ
G D
Re
a a
a a
= ×
= ×
=
6 J
H
= 280 Gambar. 24- Kern, 1965 7
Pada t
c
= 18,5 F , c =1,01 Btulbm .
o
F Gambar. 3- Kern, 1965
k = 0,554 Btujam.ft
2
. Fft
1,6913 0,554
0,528 1,01
k μ
c
3 1
3 1
=
×
=
×
8
0,14 W
3 1
e H
o
μ μ
k μ
. c
. D
k .
J h
= Pers. 6.15b - Kern, 1965
F .
ft Btujam.
254,970 1
1,6913 0,0761
0,554 280
2
= ×
× ×
=
Universitas Sumatera Utara
Fluida panas : Inner pipe steam 3’
ft 0,115
12 1,38
D =
= Tabel 11- Kern, 1965
2 2
p
ft 0,010
4 π.D
a =
=
4’ Kecepatan massa
2 p
p p
ft .
jam lbm
16 ,
425 .
123 0,010
1.281,354 G
a W
G =
= =
5’ Pada T
c
= 528,8
o
F , μ = 0,096 cP Gambar. 15- Kern, 1965 μ = 0,096 cP = 0,096 × 2,42 = 0,233 lbmft.jam
24.655,121 0,233
6 113.108,64
0,115 Re
μ G
D Re
p p
p p
= ×
= ×
=
6’ J
H
= 90 Gambar. 24- Kern, 1965 7’ Pada T
c
= 528,8
o
F , c = 0,850 Btulbm .
o
F Gambar.3- Kern, 1965 k = 0,041 Btujam.ft
2
.
o
Fft
0,321 0,041
3 0,850.0,23
k μ
. c
3 1
3 1
=
=
8’
0,14 W
3 1
e H
i
μ μ
k μ
. c
D k
J h
= Pers. 6.15a - Kern, 1965
F .
ft Btujam.
139,005 1
0,321 0,115
0,041 90
2
= ×
× ×
=
9’ OD
ID h
h
i io
× =
Pers.6.5- Kern, 1965
F ft
Btujam 115,558
0,1383 0,115
139,005
2
= ×
=
9 Clean overall coefficient, Uc
F ft
Btujam 79,519
254,97 115,558
254,97 115,558
h h
h h
U
2 o
io o
io C
= +
× =
+ ×
=
Universitas Sumatera Utara
10 U
D
R
d
ketentuan = 0,002
F ft2
btujam 68,608
U 0,002
79,519 1
R U
1 U
1
D D
C D
= +
= +
=
11 Luas permukaan yang diperlukan
Q = U
D
× A × Δ t
2 D
ft 52,2
117 68,608
1 864.052,35
Δt U
Q A
= +
= ×
=
Panjang yang diperlukan
ft 120
0,435 52,2 =
=
Berarti diperlukan 5 pipa hairpin 12 ft. 12
Luas sebenarnya = 5 × 24 × 0,435 = 52,2 ft
2
Pressure drop
Fluida panas : Anulus Ammonia
1 D
e ’
= D
2
– D
1
= 0,1723 - 0,1383 = 0,0339 ft Re
a
’
116 ,
640 .
20 0,528
639 ,
003 .
142 0339
, De
= ×
= ×
= µ
a
G
F
008 ,
20.640,116 264
, 0035
,
0,42
= +
=
Pers.3.47b - Kern, 1965 s
= 1, ρ = 1 ×62,5 = 62,5
2 ΔF
a
ft 6,393
0,0339 62,5
10 4.18
2 12
142.003,39 0,008
4 .D
2.g. ρ
.L 4.f.G
2 8
2 e
2 2
a
= ×
× ×
× ×
× ×
= =
3 v
Fps 712
, 62,5
3600 9
142.003,63 3600
= ×
= =
ρ
a
G
F
i
ft 0,299
32,2 2
0,712 1
2g 1
2 2
=
×
× =
× =
v
ΔP
a
psi 01
, 2
144 62,5
0,299 6,393
= ×
+ =
∆P
a
yang diperbolehkan = 2 psi
Universitas Sumatera Utara
Fluida dingin : Inner pipe steam
1’ Re
p
’ = 26.903,943 F
0,007 26.903,943
264 ,
0035 ,
0,42
= +
=
Pers.3.47b - Kern, 1965 s
= 0,98 , ρ = 61,25 2’
ΔF
p
ft 2,839
0,115 61,25
4.18.10 2
24 6
123.425,21 0,007
4 .D
2.g. ρ
.L 4.f.G.p
2 8
2 2
2
= ×
× ×
× ×
× =
=
3’ ΔP
p
psi 752
, 144
25 ,
1 6
2,839 =
× =
∆P
p
yang diperbolehkan = 10 psi
4. Tangki Penyimpanan Propena TT-102
Fungsi : Menyimpan Propena untuk kebutuhan 10 hari
Bahan konstruksi : Carbon Stels SA- 285 Grade C Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 6 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 0,5 bar = 0,5 atm Temperatur
= − 50
°C = 223,15 K Laju alir massa
= 5.981,383 kgjam ρ
bahan
= 265,336 kgm
3
Chemcad Database 5, 1999 Kebutuhan perancangan = 10 hari
Faktor kelonggaran = 20
Perhitungan
a. Volume tangki
Kategori