Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
Fluida panas: steam, anulus
3 Flow area
anulus D
2
= ID 3 in =
12 068
, 3
in
= 0,2557
ft Tabel
11, Kern
D
1
= OD 2 in =
12 380
, 2
in
= 0,1983
ft Tabel
11, Kern
A
a
= ¼ D
2 2
– D
1 2
= ¼ 0,2557
2
– 0,1983
2
= 0,0204 ft
2
Diameter ekivalen, D
e
=
1 2
1 2
2
D D
D −
Pers. 6.3,
Kern =
0,1983 1983
, 2557
,
2 2
−
= 0,1312 ft 4 Kecepatan
massa
a
a W
=
a
G 0204
, 239,8425
=
= 11737,9830 lbmft
2
.jam
5 Bilangan
Reynold Pada T
c
= 500 °F
μ = 0,023 cP = 0,0556 lb
m
ft ⋅jam
Gbr. 14, Kern
μ
a e
G D
e ×
=
a
R
0556 ,
9830 ,
11737 1312
, R
a
× =
e = 27687,2074
6 Taksir j
H
dari Gambar 24, Kern, diperoleh j
H
= 180 7 Pada
T
c
= 500°F c = 0,2 Btulbm°F
Gbr 3, Kern
k = 0,022 Btujam.ft°F Tabel 5,
Kern
0,7925 022
, 0556
, 2
,
3 1
3 1
= ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ×
= ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ⋅ k
c μ
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
8
14 ,
3 1
⎟⎟⎠ ⎞
⎜⎜⎝ ⎛
× ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ⋅ ×
× =
w e
H o
k c
D k
j h
μ μ
μ
Pers. 6.15b, Kern
1 7925
, 0,1312
0,022 180
× ×
× =
o
h = 24,3028
Fluida dingin: inner pipe, bahan
3 ′ Flow area pipe
D = ID 2 in =
12 067
, 2
in
= 0,1723
ft Tabel
11, Kern
2 2
1723 ,
14 ,
3 4
1 4
1 ×
× =
= D
a
p
π
= 0,0233 ft
2
4 ′ Kecepatan massa
p p
a 2
w G
× =
0,0104 2
48217,3846 G
p
× =
= 1035107,6936 lbmft
2
.jam 5
′ Bilangan Reynold Pada t
c
= 234,2921 °F
μ = 0,22 cP = 0,5322 lb
m
ft
2
⋅jam Gbr.
14, Kern
G D
Re
p p
× =
Pers. 7.3,
Kern
0,5322 6936
, 1035107
1723 ,
Re
p
× =
= 335018,0951
6 ′ Taksir j
H
dari Gbr. 24, Kern, diperoleh j
H
= 680
7 ′ Pada t
c
= 234,2921 °F
c = 0,99 Btulb
m
F Gbr.
3, Kern
k = 0,4 Btujam.ft.
o
F Tabel
5, Kern
1,0962 4
, 5322
, 99
,
3 1
3 1
= ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ×
= ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ⋅ k
c μ
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
8’
14 ,
3 1
⎟⎟⎠ ⎞
⎜⎜⎝ ⎛
× ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ⋅ ×
× =
w H
i
k c
D k
j h
μ μ
μ
Pers. 6.15a,
Kern
1730,9861 1
0962 ,
1 0,1725
0,4 680
= ×
× ×
=
i
h
9 ′
380 ,
2 067
, 2
1730,9861 h
h
io
× =
× =
OD ID
i
= 1503,3396 10’ Clean overall coefficient, U
C
F ft
Btujam 23,9162
24,3028 1503,3396
24,3028 1503,3396
h h
h h
U
2 o
io o
io C
° ⋅
⋅ =
+ ×
= +
× =
Pers. 6.7, Kern
11’ Faktor pengotor, R
d
0,0011 23,3182
9162 ,
23 23,3182
9162 ,
23 U
U U
U R
D C
D C
d
= ×
− =
× −
=
Pers. 6.13,
Kern R
d
hitung ≥ R
d
batas, maka spesifikasi heater dapat diterima.
Pressure drop Fluida panas: steam, anulus
1 Untuk Re
a
= 27687,2074 D
e
’ = D
2
– D
1
= 0,2556 – 0,1983 = 0,0573 ft R
ea
’ = 0,0556
11737,9830 0573
, ×
= μ
a e
G D
= 12095,3659
24 ,
24 ,
e
12095,3659 264
, 0035
, R
264 ,
0035 ,
f +
= +
=
a
= 0,0086 3
V = 0,6554 ft
3
lbm Tabel
7, Kern
= 1,5258 lbmft
3
2 L
G f
4 F
2 2
a a
e
D g
ρ ⋅
⋅ =
Pers. 6.14,
Kern
0573 ,
5258 ,
1 10
18 ,
4 2
48 11737,9830
0086 ,
4
2 8
2
× ×
× ×
× ×
× =
= 2,0370 ft
3 Velocity head
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
fts 2,1370
1,5258 3600
11737,9830 3600
V =
× =
= ρ
G
F
l
= hairpin ×
2
2
g V
= 1 ×
2 ,
32 2
1370 ,
2
2
×
= 0,1418 ft ΔP
a
=
144 5258
, 1
1418 ,
0370 ,
2 144
× +
= Δ
+ Δ
ρ
l a
F F
= 0,0231 psi ΔP
a
yang diperbolehkan = 2 psi
Fluida dingin: bahan, inner pipe
1 ′ Untuk Re
s
= 335018,0951
24 ,
24 ,
e
1 335018,095
264 ,
0035 ,
R 264
, 0035
, f
+ =
+ =
p
= 0,0160 2
′ Pressure drop s = 0,9856
= 0,9856 × 62,5 = 61,5980 lbmft
3
D g
2 2
p p
2 L
G f
4 F
ρ ⋅
⋅ =
Pers. 6.14,
Kern
115 ,
36,0219 10
18 ,
4 2
24 3
124451,293 0367
, 4
2 8
2
× ×
× ×
× ×
× =
= 3,0049 ft 3
′ ΔP
p
=
144 5980
, 61
0049 ,
3 144
× =
× Δ
ρ
p
F
= 1,2854 psi ΔP
a
yang diperbolehkan = 2 psi
C.33 Pompa Reboiler
J-303
Fungsi : Memompa campuran dari Reboiler E-303 ke Kolom
Distilasi T-301 Jenis : Centrifugal Pump
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi:
P
Suction
= 10 bar P
Discharge
= 10 bar T
= 179,749
o
C F
= 21870,9235 kgjam
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
Tabel LC.16 Densitas Bahan Pada Bottom
Komponen massa kgm
3 campuran
kgm
3
C
2
H
4
O 0,0133 680,7336
0,090286 H
2
O 99,9867 723,8041
723,7081 723,7984
ρ
campuran
= 723,7984 kgm
3
= 45,1855 lbmft
3
Tabel LC.17 Viskositas Bahan Pada Bottom
massa cp
campuran
cp
C
2
H
4
O 0,0133 0,31
0,00004 H
2
O 99,9867 0,65 0,64991
0,64995 Viskositas
= 0,64995 cP = 0,0004 lbmft s
Laju alir volumetrik,
m
v
=
3
723,7984 21870,9235
m kg
jam kg
= 0,0084 m
3
s = 0,2964 ft
3
s = 133,0448 galmenit
Desain pompa:
Di
,opt
= 0,363 m
v 0,45
ρ
0,13
Timmerhaus, 2004
= 0,363 0,0084 m
3
s
0,45
723,7984 kgm
3 0,13
= 0,0994 m = 3,9138 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis 1997, dipilih pipa dengan spesifikasi:
Ukuran nominal : 4 in
Schedule number : 40
Diameter Dalam ID : 4,026 in = 0,3355 ft
Diameter Luar OD : 4,5 in = 0,3750 ft
Inside sectional area : 0,0884 ft
2
Kecepatan linier, v =
A Q
=
2 3
0884 ,
0,2964 ft
s ft
= 3,3531 fts
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
Bilangan Reynold: N
Re
=
μ ρ
D v
× ×
=
lbmft.s 0,0004
3355 ,
3531 ,
3 45,1855
3
ft s
ft ft
lbm
= 116382,8291 Turbulen Timmerhaus,
2004
Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga ε = 0,000046 Timmerhaus,
2004 Pada N
Re
= 116382,8291 dan εD =
m m
1023 ,
0000463 ,
= 0,0004 maka harga f = 0,004
Timmerhaus, 2004
Friction loss: 1 Sharp edge entrance: h
c
= 0,5
α
2 1
2 1
2
v A
A ⎟⎟⎠
⎞ ⎜⎜⎝
⎛ −
=
174 ,
32 1
2 3,3531
1 5
,
2
−
= 0,0874 ft.lbflbm 2 elbow 90°:
h
f
= n.Kf.
c
g v
. 2
2
= 20,75
174 ,
32 2
3,3531
2
= 0,2621 ft.lbflbm
1 check valve: h
f
= n.Kf.
c
g v
. 2
2
= 22
174 ,
32 2
3,3531
2
= 0,3495 ft.lbflbm
Pipa lurus 40 ft: F
f
= 4f
c
g D
v L
. 2
. .
2
Δ = 40,004
174 ,
32 .
2 .
0874 ,
3,3531 .
40
2
= 0,3333 ft.lbflbm 1 Tee:
h
f
= n.Kf.
c
g v
. 2
2
= 11
174 ,
32 2
3,3531
2
= 0,1747 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit:
h
ex
= n
c
g v
A A
. .
2 1
2 2
2 1
α ⎟⎟⎠
⎞ ⎜⎜⎝
⎛ − = 1
174 ,
32 1
2 3,3531
1
2 2
−
= 0,1747 ft.lbflbm Total friction loss:
∑ F = 1,3817 ft.lbflbm
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
Dari persamaan Bernoulli:
2 1
1 2
1 2
2 1
2 2
= +
∑ +
− +
− +
−
s
W F
P P
z z
g v
v ρ
α
Geankoplis, 1997
dimana: v
1
= v
2
P
1
= 10 bar = 145,0348 psia P
2
= 10 bar = 145,0348 psia ∆P = 0 psia
tinggi pemompaan ΔZ = 30 ft
maka: 3817
, 1
45,1855 40
174 ,
32 174
, 32
= +
+ +
+
s
W
Ws = 31,3817 ft.lbflbm
Efisiensi pompa,
η= 80 Ws =
η × Wp 31,3817
= 0,8 × Wp Wp = 39,2271 ft.lbflbm
Daya pompa: P = m × Wp
=
lbm lbf
ft s
lbm hp
s lbf
ft .
39,2271 .
. 550
3600 45359
, 21870,9235
×
= 0,9553 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 1 hp.
C.34 Tangki Produk TT-301
Fungsi :
Menyimpan etilen
oksida untuk kebutuhan 20 hari Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA-212 Grade B Bentuk :
Silinder vertikal dengan alas dan tutup
elipsoidal Jenis sambungan
: Single welded butt joints Jumlah
: 1 unit Kondisi operasi
Tekanan =
10 bar
Temperatur =
85,735 °C
Laju alir massa = 454,7303 kgjam
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
ρ
etilen
= 621,1872 kgm
3
Kebutuhan perancangan = 1 hari Faktor kelonggaran
= 20
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
Perhitungan: a. Volume tangki
Volume etilen oksida,V
l
=
3
1872 ,
621 24
20 454,7303
m kg
hari jam
hari jam
kg ×
×
= 351,3764 m
3
Volume tangki, V
t
= 1 + 0,2 × 351,3764 m
3
= 421,6517 m
3
b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan:
•
Tinggi shell : diameter H
s
: D = 5 : 4 •
Tinggi head : diameter H
h
: D = 1 : 2 -
Volume shell tangki V
s
V
s
=
π 4
1
D
i 2
H V
s
=
3
16 5
D
π
- Volume tutup tangki V
h
V
h
=
3
24 D
π
Brownell,1959
- Volume tangki V
V = V
s
+ 2V
h
421,6517 m
3
=
3
48 19
D
π D
i
= 6,97 m H
s
= 8,72 m c. Diameter dan tinggi tutup
Diameter tutup = diameter tangki = 6,97 m
H
h
= ×
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛
= ×
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛
2 1
Hh D
D 6,97
= 3,49 m H
t
Tinggi tangki = H
s
+ 2H
h
= 15,69 m d. Tebal shell tangki
Tinggi cairan dalam tangki =
3 3
6517 ,
421 51,3764
3 m
m
× 8,72 m = 7,26 m Tekanan
hidrostatik: P
= ρ × g × h
= 621,1872 kgm
3
× 9,8 mdet
2
× 7,26 m
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
= 44226,4 Pa = 44,2264 kPa P
o
= Tekanan operasi = 10 bar = 1000 kPa
P
total
= 1000 kPa + 44,2264 kPa = 1044,2264 kPa Faktor
kelonggaran = 20
P
design
= 1,2 × 1044,2264 = 1253,0716 kPa
Joint efficiency E = 0,8
Brownell,1959 Allowable stress S
= 120658,248 kPa Brownell,1959
Tebal shell tangki:
in 7962
, 1
m 0,0456
kPa 716
1,21253,0 kPa0,8
48 2120658,2
m 6,97
kPa 1253,0716
1,2P 2SE
PD t
= =
− =
− =
Faktor korosi
=
1 8
in Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 1,7962 in +
1 8
in = 1,9212 in Tebal shell standar yang digunakan = 2 in
Brownell,1959 e. Tebal tutup tangki
in 7846
, 1
m 0,0453
kPa 264
0,21044,2 kPa0,8
48 2120658,2
m 6,97
kPa 1044,2264
0,2P 2SE
PD t
= =
− =
− =
Faktor korosi
=
1 8
in Maka tebal tutup yang dibutuhkan = 1,7846 in +
1 8
in = 1,9096 in Tebal tutup standar yang digunakan = 2 in
Brownell,1959
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS
D.1 Screening
SC Fungsi
: Menyaring partikel-partikel padat yang besar
Jenis :
Bar screen
Bahan konstruksi : Stainless steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur = 28
o
C -
Densitas air ρ
= 996,24 kgm
3
Geankoplis, 1997
Laju alir massa F = 32611,8020 kgjam
Laju alir volume Q =
3
m kg
24 ,
996 s
3600 jam
1 kgjam
32611,8020 ×
= 0,0091 m
3
s Ukuran bar:
- Lebar bar = 5 mm
- Tebal bar = 20 mm
-
Bar clear spacing = 20 mm
-
Slope = 30 Direncanakan ukuran screening:
Panjang screen = 2 m
Lebar screen = 2 m
Misalkan, jumlah bar = x
Maka, 20x + 20 x + 1 = 2000 40x = 1980
x = 49,5 ≈ 50 buah
Luas bukaan A
2
= 2050 + 1 2000 = 2.040.000 mm
2
= 2,04 m
2
Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan C
d
= 0,6 dan 30 screen tersumbat.
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
Head loss Δh =
2 2
2 2
2 2
d 2
2,04 0,6
9,8 2
0,0091 A
C g
2 Q
= = 6.10
-6
m dari air = 0,0006 mm dari air
20 mm 20 mm
2 m
2 m
Gambar D.1 Sketsa Sebagian Bar Screen tampak atas D.2 Pompa Screening PU-01
Fungsi : Memompa air dari sungai ke bak pengendapan BS
Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi:
- Temperatur
= 28 C
- Densitas air
ρ = 996,24 kgm
3
= 62,1396 lb
m
ft
3
Geankoplis, 1997
- Viskositas air
μ = 0,8360 cP = 2,02237 lb
m
ft ⋅jam Geankoplis,
1997 Laju alir massa F
= 32611,8020 kgjam = 19,9714 lb
m
detik Debit airlaju alir volumetrik,
3 m
m
ft lb
62,1396 detik
lb 19,9714
F Q
= =
= 0,3211 ft
3
s = 0,0091 m
3
s Desain pompa
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
Di
,opt
= 0,363 Q
0,45
ρ
0,13
Timmerhaus, 2004
= 0,363 × 0,0091 m
3
s
0,45
× 996,24 kgm
3 0,13
= 0,1074 m = 4,2294 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis 1997, dipilih pipa commercial steel :
- Ukuran nominal
: 5 in
-
Schedule number : 40
- Diameter Dalam ID
: 5,0470 in = 0,4206 ft
- Diameter Luar OD
: 5,5630 in = 0,4636 ft
- Luas penampang dalam A
t
: 0,1390 ft
2
Kecepatan linier: v =
A Q
=
2 3
1390 ,
3211 ,
ft s
ft
= 2,3102 fts Bilangan Reynold : N
Re
= μ
ρ D
v ×
×
=
lbmft.s 0,0006
ft 4206
, s
ft 3102
, 2
ft lbm
1936 ,
62
3
= 107564,8887
Karena N
Re
2100, maka aliran turbulen. Dari Gbr. 12.1, Timmerhaus 2004: