Kern Kern Kern Kern Kern Kern Kern

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: