VI - 1 Pra Rencana Pabrik Asam Sitrat
BAB VI PERENCANAAN ALAT UTAMA
FERMENTOR
Fungsi : Proses fermentasi larutan glukosa sehingga terbentuk
larutan asam sitrat dengan menggunakan media stater aspergillus niger.
Type : Silinder tegak , tutup atas dished , tutup bawah conis
dilengkapi pengaduk dan jaket pendingin
Kondisi operasi : Tekanan operasi
: 1 atm atmospheric pressure Suhu operasi
: 30
o
C
Larutan stater Nutrient
Udara Larutan glukosa
Udara
Produk
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Asam Sitrat 2
Kapasitas umpan masuk : 6133,7230 kgjam
Waktu Cycle batch Waktu fermentasi total selama 4 hari jam
Waktu proses dapat dditentukan sebagai berikut : Waktu fermentasi total selama 4 hari Muljono Judoamidjojo dkk.,1992
Waktu pengisian : 0,5 jam batch
Waktu inkubasi : 3 hari 2 jam batch
Waktu pengosongan : 0,5 jam batch Total
: 4 haribatch
Perhitungan :
ρ campuran
=
43 ,
62 komponen
berat fraksi
1 ×
ρ
∑
= .... lbcuft 1 grcc = 62,43 lbcuft
ρ campuran = 1,113 x 62,43 = 69,5 lbcuft
Rate massa = 6133,7230 kgjam = 13522,40 lbjam
1 kg = 2,2046 lb rate volumetrik=
densitas massa
rate
=
cuft lb
jam lb
69,5 13522,40
= 189,43 cuftjam
PERENCANAAN DIMENSI TANGKI
Rate volumetrik = 189,43 cuftjam
ρ campuran
= 69,5 lbcuft produk liquid Waktu tingal
= 4 hari Volume bahan = rate volumetrik x waktu tinggal = 189,43 cuftj x 96 j =
18185,28 cuft
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Asam Sitrat 3
Direncanakan digunakan 8 tangki untuk waktu tinggal 96 jam, sehingga volume untuk masing-masing tangki : 18185,28 8 = 2273,16 cuft
Asumsi volume bahan liquid mengisi 80 volume tangki sehingga volume ruang kosong sebesar 20 dan digunakan 1 buah tangki.
Volume tangki = 2273,16 x 10080 = 2841,45 cuft Menentukan ukuran tangki dan ketebalannya
Diambil dimension ratio
H D
= 2 Ulrich ; T.4-27 : 248 Dengan mengabaikan volume dished head.
Volume tangki =
π
4
. D
2
. H
2841,45 =
4 π
. D
2
. 2 D D
= 12,2 ft = 146,4 in = 3,73 m D
maksimum
= 4 m; Ulrich; T.4- 18
H = 24,4 ft = 292,8 in
Penentuan tebal shell :
Tebal shell berdasarkan ASME Code untuk cylindrical tank : t
min
= C
P 6
, fE
ri P
+ −
× [Brownell Young ,pers.13-1,hal.254]
dengan : t
min
= tebal shell minimum; in P
= tekanan tangki ; psi
ri = jari-jari tangki
; in ½ D
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Asam Sitrat 4
C = faktor korosi
; in diambil 18 in E
= faktor pengelasan, digunakan double welded butt joint. faktor pengelasan, E = 0,8
f = stress allowable, bahan konstruksi stainless steel 316
maka f = 36000 psi [Perry 7
ed
,T.28-11] P operasi = P hydrostatis =
144 H
× ρ
=
144 4
, 24
8 ,
5 ,
69 x
x
= 9,4 psi P design diambil 10 lebih besar dari P operasi untuk faktor keamanan.
P design = 1,1 x 9,4 = 10,34 psi r = ½ D = ½ x 146,4 in = 73,2 in
t
min
= 125
, 34
, 10
6 ,
8 ,
36000 2
, 73
34 ,
10 +
× −
× ×
= 0,1515 in digunakan t = 316 in
Dimensi tutup bawah , conical :
Untuk tebal tutup atas disamakan dengan tebal tutup bawah, karena tutup bawah lebih banyak menerima beban.
Tutup bawah, conis :
Tebal conical = C
0,6P -
fE cos
2 D
. P
+ α
[Brownell,hal.118; ASME Code]
dengan α
= ½ sudut conis = 30 °
2 = 15 °
tc =
8 1
34 ,
10 6
, 8
, 36000
15 cos
2 12
2 ,
12 34
, 10
+ −
x x
x x
x
o
≈ 0,1522 in = 316 in
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Asam Sitrat 5
Tinggi conical :
h =
2 m
D tg
− ×
α
[Hesse, pers.4-17] Keterangan :
α = ½ sudut conis
; 15 °
D = diameter tangki
; ft m
= flat spot center ; 12 in = 1 ft
maka h = 2
1 D
15 tg
o
− ×
=
2 8
, 8
268 ,
x
= 1,2 ft
PERENCANAAN SISTEM PENGADUK
Dipakai impeler jenis turbin dengan 6 buah flat blade. Dari Perry
6ed
; p.19-9 : Diameter impeler Da = 13 diameter shell
= 13 x 12,2 = 4,1 ft Lebar blade w = 0,2 diameter impeller = 0,2 x 4,1
= 0,82 ft Panjang blade = 0,25 x diameter impeller = 0,25 x 4,1 = 1,025 ft
Penentuan putaran pengaduk :
V =
π x Da x N
Joshi; hal.389 Dengan :
V = peripheral speed ; mmenit
Untuk pengaduk jenis turbin : peripheral speed = 200 – 250 mmenit Joshi; hal.389
Da E
J H
Dt L
W
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Asam Sitrat 6
Da = diameter pengaduk ; m
N = putaran pengaduk ; rpm
Diambil putaran pengaduk , N = 60 rpm = 1 rps Da
= 4,1 ft = 1,3 m V
= π
x 1,3 x 70 = 244,92 mmnt memenuhi range 200 – 250 mmnt
Penentuan Jumlah Pengaduk :
Jumlah Impeller =
gki tan
Diameter sg
liquid tinggi
×
Joshi; hal.389
= 2
, 12
071 ,
1 2
, 24
80 x
x ≈
2 buah
Bilangan Reynolds ; N
Re
:
Putaran pengaduk , N = 60 rpm = 1 rps ρ
campuran = 69,5 lbcuft
µ campuran
= 0,00092 lbft.dt berdasarkan sg bahan
N
Re
= µ
× ×
ρ N
Da
2
≈ 913372,9
Karena N
Re
10000 , maka digunakan baffle. [Perry 6
ed
; hal 19-8] Untuk N
Re
10000 diperlukan 4 buah baffle , sudut 90 Perry, 6
ed
, hal. 19-8 Lebar baffle, J = JDt = 112
Lebar baffle, J = 112 x Dt = 112 x 12,2 = 1,016 ft Untuk N
Re
10000 perhitungan power digunakan persamaan 5.5 Ludwig, halaman190 dengan persamaan :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Asam Sitrat 7
P =
5 3
3
D N
g K
× ×
ρ ×
[Ludwig,Vol-1,pers.5.5,hal.190] dengan :
P = power
; hp K
3
= faktor mixer turbin = 6,3 [Ludwig,Vol-1,T.5.1,hal.192] g
= konstanta gravitasi ; 32,2 ftdt
2
x lb
m
lb
f
ρ = densitas
; lbcuft N
= kecepatan putaran impeller ; rps D
= diameter impeller ; ft P =
5 3
1 ,
4 2
, 1
5 ,
69 2
, 32
3 ,
6 x
x x
= 27222,78 lb.ftdt ≈ 49 hp1 lb.ftdt=1550 hp
Untuk 2 buah impeller, maka power input = 2 x 49 = 98 hp Perhitungan losses pengaduk :
Gland losses kebocoran tenaga akibat poros dan bearing = 10 Joshi:399 Gland losses 10
= 10 x 98 = 9,8 hp minimum 0,5
hp Power input dengan gland losses
= 49 + 9,8 = 58,8 hp
Transmission system losses = 20 Joshi:399 Transmission system losses 20
= 20 x 58,8 = 11,76 hp Power input dengan transmission system losses = 58,8 + 11,76 = 70,56 hp
Digunakan power motor = 70,56 hp
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Asam Sitrat 8
PERENCANAAN JACKET PENDINGIN
Untuk mempertahankan suhu didalam reactor tetap 30
o
C, sebagai pendingin digunakan air pendingin yang dialirkan melalui jacket pendingin.
Suhu steam masuk kedalam jacket adalah : 30
o
C = 86
o
F Dari neraca panas didapatkan :
Q = 330544,6611 kkaljam = 991633,98335 Btujam
Suhu masuk rata-rata = 95
C = 203 F
∆T = 203 – 86
= 117 F
Kebutuhan media = 666108,9865 kgjam = 1468437 lbjam
Densitas media = 62,43 densitas steam pendingin
Rate volumetrik = 1468437 cuftjam = 6,5 cuftdt
Asumsi kecepatan aliran = 10 ftdt Kern, T.12 hal 845
Luas penampang = rate volumetrik kecepatan aliran = 6,510 = 0,65
ft
2
Luas penampang = π4D
2 2
– D
1 2
Dengan : D
2
= diameter dalam jaket D
1
= diameter luar bejana = Di bejana + 2 x tebal = 12,2 + 2316
≈ 0,02 ft = 12,24 ft Luas penampang
= π4 D
2 2
– D
1 2
0,7 = π4 D
2 2
- 9,64
2
D
2
= 12,27 ft Spasi = D
2
– D
1
2 = 0,005 ft = 0,06 in ≈ 316 in
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Asam Sitrat 9
Perhitungan tinggi jaket :
U
D
= 25 kern, tabel 8 A =
t x
U Q
D
∆
=
63 25
991634 x
= 546 ft
2
A
conis
= 0,785 D x m4h
2
+ D – m
12
+ 0,785 d
2
Hesse : pers. 4-16 m = 12 in = 1 ft Hesse : 85
h = tinggi conical
= 1,2 ft d = Inside Diameter jaket
= 9,65 D = Outside diameter jaket
= OD + 2 x tebal jaket = 9,64 A
conis =
0,785 D x m4h
2
+ D – m
12
+ 0,785 d
2
= 83,5 ft
2
A
jaket
= A
shell
+ A
conis
546 = π.9,65.h + 83,5
h = 18 ft
Perhitungan sparger
Rate udara = 2327,8029 kgjam
= 2327,80293600 = 0,64 kgdetik
ρ udara = 0,101 lbcuft = 1,62 kgm
3
rate udara menjadi = 0,39 m
3
dt μ udara = 0,045 cp = 0,000045 kgm-dt
Reo = 4 Wo do μg ...Treyball hal 141
Untuk Reo = bil reynold gas pada orifice 10.000 – 50.000 Ditetapkan reo = 10.000
Keterangan : Wo = kecepatan massa gas yang melalui orifice, kgdt
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Asam Sitrat 10
do = diameter oriface = in do = 18 – ¼ in Treyball hal 153
ditetapkan do = 18 in = 0,003175 m μg = viscositas udara = 0,000045 kgm-det
10.000 = 4 x Wo 3,14 x 0,003175 xx 0,000045 Wo = 0,001122 kgdet
Jumlah lubang oriface = 0,64 0,001122 = 570,4 ≈ 570 lubang
Diameter gelembung terbentuk : dp = 0,0071 Reo
-0,05
pers. 6-5 Treyball hal. 141 = 0,007110.000
-0,05
= 0,0045 m = 0,18 in Diameter sparger ditetapkan = diameter impeller 4,1 ft
Spesifikasi fermentor :
Fungsi : Fermentasi glukosa sehingga terbentuk larutan asam sitrat
dengan menggunakan media stater aspergillus niger. Type
: Silinder tegak , tutup atas dished , tutup bawah conis dilengkapi Pengaduk dan jaket pendingin.
Jumlah tangki : 1 buah Continuous
Dimensi Tangki :
Diameter Dalam bejana : 12,2 ft
Tinggi shell : 24,4 ft
Tebal bejana : 316 in
Tebal tutup : 316 in
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Asam Sitrat 11
Diameter dalam jacket : 11,8 ft
Tebal jacket : 316
Tinggi jacket : 18 ft
Sistem Pengaduk
Dipakai impeler jenis turbin dengan 6 buah flat blade dengan 2 buah impeller. Diameter impeller
: 4,1 ft Panjang blade
: 1,025 ft Lebar blade
: 0,82 ft Power motor
: 70,56 hp Bahan konstruksi
: Stainless steel type 316 Perry 7
ed
,T.28-11
Sparger
Rate udara = 0,64 kgdet
Diameter sparger = 4,1 ft
Jumlah lubang = 570 lubang
Diameter lubang oriface = 18 in
Diameter gelembung = 0,18 in
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
VII - 1 ---------------------------------------------------------------------------------------------------
Pra Rencana Pabrik Asam Sitrat
BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
Kategori