VI - 1 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate
BAB VI PERENCANAAN ALAT UTAMA
REAKTOR R - 210
Fungsi : Mereaksikan sodium formate dan sulphuric acid menjadi sodium
Sulfate. Type
: Silinder tegak , tutup atas dished dan tutup bawah conis dilengkapi pengaduk dan jaket pendingin.
Operasi : continuous
Kondisi operasi :
Tekanan operasi = 1 atm Tekanan atmospheric
Suhu operasi = 40
o
C Suhu kamar Waktu reaksi
= 82 menit 1,36 jam berdasarkan kinetika reaksi
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 2 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate
Kondisi feed : 1. Feed sodium formate dari tangki M-113 :
Komponen Berat kg
Fraksi berat
Ρ grcc [Perry 7
ed
;T.2-1]
HCOONa 3739,6800
0,9800 1,919
NaOH 7,6320
0,0020 2,130
NaCl 7,6320
0,0020 2,163
Na
2
CO
3
19,0800 0,0050
2,533 Na
2
S 3,8160 0,0010
1,856 HCOOH
38,1600 0,0100
1,000 3816,0000
1,0000
campuran =
43 ,
62 komponen
berat fraksi
1
= . . . . . lbcuft Foust : 671
1 grcc = 62,43 lbcuft
bahan
=
1 0,0010
1,856 0,0010
2,533 0,0050
2,163 0,0020
2,130 0,0020
1,919 0,9800
1
x 62,43
= 118,9 lbcuft Rate massa Sodium formate = 3816,0000 kgjam = 8413,1352 lbjam
campuran =
43 ,
62 komponen
berat fraksi
1
= 118,9 lbcuft
Rate volumetrik =
densitas massa
rate
=
cuft lb
jam lb
118,9 8413,1352
= 70,76 cuftjam
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 3 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate
2. Feed sulfuric acid dari tangki F-120 : Komponen Berat
kg Fraksi
berat Ρ grcc
[Perry 7
ed
;T.2-1] H
2
SO
4
2679,0503 0,9800
1,834 H
2
O 54,6745 0,0200
1,000 2733,7248
1,0000
Rate massa sulfuric acid = 2733,7248 kgjam = 6027,0431 lbjam
campuran =
43 ,
62 komponen
berat fraksi
1
= 112,6 lbcuft
Rate volumetrik=
densitas massa
rate
= cuft
lb jam
lb 112,6
6027,0431 = 53,52 cuftjam
Tahap – tahap Perencanaan 1. Perencanaan Dimensi Reaktor
2. Perencanaan Sistem Pengaduk 3. Perencanaan Sistem Pemanas
1. PERENCANAAN DIMENSI REAKTOR
Total rate volumetric bahan masuk : Rate volumetrik
= rate sodium formate + rate sulfuric acid = 71 cuftjam + 54 cuftjam
= 124,28
cuftjam ρ campuran = 113,1 lbcuft produk
Waktu reaksi = 1,36 jam
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 4 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate Volume bahan = rate volumetrik x waktu reaksi
= 124,28 cuftjam x 1,36 jam = 169 cuft Asumsi volume bahan mengisi 80 volume tangki dan digunakan 1 buah tangki.
Volume tangki = 169 80 = 211 cuft
Menentukan ukuran tangki dan ketebalannya
Diambil dimension ratio
H D
= 1,5 Ulrich ; T.4-27 : 248 Dengan mengabaikan volume dished head.
Volume tangki =
4
. D
2
. H
211 =
4
. D
2
. 1,5 D D
= 6 ft = 72 in = 1,83 m D
maksimum
= 4 m; Ulrich; T.4-18 H = 1,5 D
= 9 ft = 108 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 C
= faktor korosi ; in diambil 18 in
E = faktor pengelasan, digunakan double welded butt joint.
faktor pengelasan, E = 0,8
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 5 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate f
= stress allowable, bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C, maka f = 12650 psi [Brownell Young,T.13-1]
P operasi = P hydrostatis
P hydrostatis = 144
H x
=
144 9
80 1
, 113
= 5,6 psi P design diambil 10 lebih besar dari P operasi untuk faktor keamanan.
P design = 1,1 x 5,6 = 6,2 psi r = ½ D = ½ x 72 in = 36 in
t
min
=
125 ,
7 6
, 8
, 12650
36 2
, 6
= 0,147 in digunakan t = 316 in
Dimensi tutup atas, standard dished :
Untuk D = 72 in didapat rc = 72 in , icr = 4 38 in Brownell Young, T-5.7
digunakan persamaan 13.12 dari Brownell Young.
Tebal standard torispherical dished atas :
t
h
= P
1 ,
fE rc
P 885
,
+ C [Brownell Young; pers.13.12] dengan :
t
h
= tebal dished minimum ; in P
= tekanan tangki ; psi
rc = crown radius
; in [BY,T-5.7] C
= faktor korosi ; in diambil 18 in
E = faktor pengelasan, digunakan double welded butt joint.
faktor pengelasan, E = 0,8
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 6 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate f
= stress allowable, bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C, maka f = 12650 psi [Brownell Young,T.13-1]
P design = 6,2 psi t
h
=
2 ,
6 1
, 8
, 12650
72 2
, 6
885 ,
+ 0,125 = 0,164 in , digunakan t = 316 in
h = rc -
4
2 2
D rc
= 0,804 ft
Penentuan dimensi tutup atas, dished :
ID = ID shell
= 72 in a =
2 ID
= 36 in Untuk D = 72 in, didapat rc = 72 in , icr = 4 38 in Brownell Young, T-5.7
Rc r = radius of dish = 72 in
icr rc = inside crown radius = 4,38 in = 4,375 in AB =
2 ID
- icr = 36 – 4,375
= 31,6250 in BC
= r – icr = 72 – 4,375
= 67,6250in
C a
t r
ID
sf b
icr
OA A
B
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 7 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate AC =
2 2
AB BC
= 59,7746
in b
= r -
2 2
AB BC
= 72 – 59,7746 = 12,2254 in
sf = straight flange
= dipilih 2 in = 2 in [Brownell,T.5.6]
t = tebal dished
= 316 in = 0,188 in
OA = t + b + sf
= 0,188 + 12,2254 + 2 = 14,4134 in
Tutup bawah, conis :
Tebal conical =
C 0,6P
- fE
cos 2
D .
P
[Brownell,hal.118; ASME Code]
dengan = ½ sudut conis = 302 = 15
tc =
8 1
2 ,
6 6
, 8
, 12650
15 cos
2 72
2 ,
6
o
0,148 in = 316 in
Tinggi conical :
h =
2 m
D tg
[Hesse, pers.4-17]
Keterangan :
= ½ sudut conis ; 15
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 8 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate D
= diameter
tangki ;
ft m
= flat spot center ; 12 in = 1 ft
maka h =
2 1
D 15
tg
o
=
2 5
268 ,
= 0,7 ft
2. 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 6 = 2,000 ft
Lebar blade w = 0,2 diameter impeller = 0,2 x 2,000 = 0,400 ft Panjang blade = 0,25 x diameter impeller = 0,25 x 2,000 = 0,500 ft
Penentuan putaran pengaduk :
V = π x Da x N
Joshi; hal.389 Dengan : V
= peripheral speed ; mmenit
Untuk pengadukan jenis turbin : Da
= diameter pengaduk ; m N
= putaran pengaduk ; rpm Peripheral speed = 200 – 250 mmenit Joshi; hal.389
Sesuai dengan range maka diambil V = 200 mmenit
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.
VI - 9 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate Da
= 2,000 ft = 0,61 m N =
Da x
V
= 61
, 200
x
= 104 rpm = 1,8 rps memenuhi range
Penentuan Jumlah Pengaduk :
Jumlah Impeller =
gki Diameter
sg x
liquid tinggi
tan
Joshi; hal.389
=
6 905
, 1
9 80
x x
≈ 2 buah
Bilangan Reynolds ; N
Re
:
Putaran pengaduk , N = 104 rpm = 1,8 rps ρ campuran = 113,1 lbcuft
μ campuran = 0,00162 lbft.dt berdasarkan sg bahan
N
Re
=
N
Da
2
504222
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 6 = 0,5 ft Untuk N
Re
10000 perhitungan power digunakan persamaan 5.5 Ludwig, halaman 190 dengan persamaan :
P =
5 3
3
D N
g K
[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]
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 10 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate g
= konstanta gravitasi ; 32,2 ftdt
2
x lb
m
lb
f
= densitas
; lbcuft N
= kecepatan
putaran impeller
; rps
D = diameter impeller ; ft
P =
5 3
2,000 1,8
1 ,
113 2
, 32
3 ,
6
= 4161,4 lb.ftdt = 7,6 hp 1 lb.ftdt=1550 hp Untuk 2 buah impeller, maka power input = 2 x 7,6 hp = 15,1 hp
Perhitungan losses pengaduk :
Gland losses kebocoran tenaga akibat poros dan bearing = 10 Joshi : 399 Gland losses 10
= 10 x 15,1 1,51 hp
Power input dengan gland losses = 15,1 + 1,51 = 16,65 hp
Transmission system losses = 20 Joshi : 399
Transmission system losses 20 = 20 x 16,65
3,33 hp Power input dengan transmission system losses = 16,65 + 3,33 = 19,97 hp
Digunakan power motor = 20 hp
3. PERENCANAAN SISTEM PEMANAS Perhitungan Jaket :
Perhitungan sistem penjaga suhu : Kern , hal 719 Dari neraca panas :
suhu yang dijaga = 40
o
C Q = 22818,5318 kkaljam = 90551,24 Btujam
Suhu masuk rata-rata = 30
o
C = 86
o
F
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 11 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate Suhu keluar produk = 40
o
C = 104
o
F ∆T
= 104 – 86 = 18
o
F Kebutuhan media
= 1165,6977 kgjam = 2570,01 lbjam Densitas air garam brine
=74,6638 lbcuft Obin : table 2.2 Rate volumetrik
= cuft
lb jam
lb bahan
bahan rate
= 54 cuftjam = 0,02 cuftdt
Asumsi kecepatan aliran = 3 ftdt [Kern, T.12, hal. 845]
Luas penampang =
dt ft
dt cuft
aliran tan
kecepa volumetrik
rate = 0,02 3 = 0,01 ft
2
Luas penampang =
4 D
2 2
- D
1 2
dengan : D
2
= diameter dalam jaket D
1
= diameter luar bejana = Diameter bejana + 2 x tebal = 6 + 2 316 in
0,02 ft = 6,04 ft Luas penampang
= 4 D
2 2
- D
1 2
0,01 =
4 D
2 2
– 5,979
2
D
2
= 6,05 ft Spasi =
2 D
D
1 2
=
2 6,04
6,05
= 0,005 ft = 0,06 in 316 in
Penentuan tebal jaket :
Tebal jaket 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
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 12 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate ri
= jari-jari tangki ; in ½ D
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 Carbon Steel SA-283
grade C, maka f = 12650 psi [Brownell Young,T.13-1] P design
= 6,2 psi R = ½ D = ½ x 6,05 in = 3,025 in
t
min
=
2 ,
6 6
, 8
, 12650
12 025
, 3
2 ,
6
+ 0,125 = 0,147 in , digunakan t = 316 in
Perhitungan Tinggi Jaket :
U
D
= 30 Kern, Tabel 8 A =
t U
Q
D
=
18 30
90551,24
= 168 ft
2
A
conis
= 0,785 D + m
2 2
d 785
, m
D h
4
Hesse : pers. 4-19 m = 12 in = 1 ft
Hesse : 85 h
: tinggi conical = 0,7 ft
d : Indise Diameter Jaket
= 6,05 ft D
: Outside Diameter Jaket = OD + 2 x tebal jaket = 6,04 ft
A
conis
= 0,785 D + m
2 2
d 785
, m
D h
4
= 43,22 ft
2
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 13 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate A
jaket
= A
shell
+ A
conis
168 =
. 6,04 . h + 43,22 h
jaket
= 6,56 ft Tinggi tangki = 9 ft
Spesifikasi :
Fungsi : Mereaksikan sodium formate dan sufuric acid menjadi sodium
sulfate. Type
: Silinder tegak , tutup atas dished dan tutup bawah conis dilengkapi pengaduk, dan jaket.
Operasi : Continuous
Dimensi Shell :
Diameter Shell , inside : 6 ft
Tinggi Shell : 9 ft
Tebal Shell : 316 in
Dimensi tutup :
Tinggi tutup atas dished : 316 in
Tinggi Tutup atas : 0,804 ft
Tebal tutup bawah conis : 316 in
Tebal Tutup bawah : 0,7 ft
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C Brownell : 253
Jumlah rekator : 2 buah sistem continuous
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VI - 14 Perencanaan Alat Utama
Pabrik Sodium Sulfate
Sistem pengaduk
Dipakai impeler jenis turbin dengan 6 buah flat blade dengan 2 buah impeler. Diameter impeller
: 2,000 ft Panjang blade
: 0,500 ft Lebar blade
: 0,400 ft Power motor
: 20 hp
Sistem Pemanas
Diameter jaket : 6,04 ft
Tinggi jaket : 6,56 ft
Jaket spacing : 316 in
Tebal Jaket : 316 in
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
VII - 1 Instrumentasi Keselamatan Kerja
Pabrik Sodium Sulfate
BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
Kategori