Appendix Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Karbon Disulfida Dari Arang Tempurung Kelapa Dan Belerang 15000 TonTahun

LAMPIRAN A NERACA MASSA

Kapasitas Produksi : 15.000,00 ton/tahun Basis Perhitungan

: 1 Jam Operasi

Satuan Massa

: Kilogram

Satu Tahun Operasi

: 300 hari

Satu Hari Operasi

: 24 Jam

1 tahun 1 hari Produksi Karbon Sulfida

15.000,00 ton 1000 kg

1 tahun

1 ton

300 hari 24 jam

= 2.083,3333 kg/jam

Berdasarkan data produksi tersebut dan proses-proses yang berlangsung maka akan dibutuhkan data kapasitas bahan baku sebesar 2.612,9827 kg/jam. Komposisi arang tempurung kelapa dapat dilihat pada tabel LA.1 dibawah ini Tabel LA.1 :Asumsi kadar arang tempurung kelapa

Komponen

Asumsi Kadar (%)

LA.1 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-101)

F 1 Arang tempurngkelapa

BE 101

Arang Tempurung Kelapa

Keterangan : F 1 in =F out =F

1 = 2.612,9827 kg/jam F

LA.2 Neraca Massa pada Roller Mill (FR-101)

Arang tempurung kelapa

ArangTempurungKelapa

Keterangan : F 1 in =F out =F

1 = 2.612,9827 kg/jam F

LA.3 Neraca Massa pada Vibrating Screen (SS-101)

Arang tempurung kelapa 1 F

Ss - 101

Arang tempurung Arang tempurung kelapa kelapa reject Asumsi : Efisiensi alat pada vibrating screen adalah 85%.

Neraca Massa komponen :

Alur 1

Arang Tempurung = 0,7632

x 2.612,9827 = 1.994,228 kg/jam

Air

x 2.612,9827 = 109,745 kg/jam

Abu

x 2.612,9827 = 341,778 kg/jam

Nitrogen

x 2.612,9827 = 2,874 kg/jam x 2.612,9827 = 2,874 kg/jam

Alur 3

Karbon = 1.994,228 x 0,85

= 1.695,094 kg/jam

kg/jam

kg/jam

kg/jam

kg/jam

Alur 2

2 1 F 3 =F –F

Karbon = 1.994,228 - 1.695,094 = 299,134

kg/jam

kg/jam

kg/jam

kg/jam

kg/jam

LA.4 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-101)

F 3 Arang Tempurung Kelapa

BC-101 F 3 ArangTempurungKelapa

Keterangan : F 3 in =F out =F

3 F total = 2221,035 kg/jam

LA.5 Kalsinasi ( RK-101 )

Air Volatile

F 3 F 5 Kalsinasi

ArangTempurungKelapa Karbon, Abu Asumsi : Efisiensi alat 100% dikarenakan semua bahan yang bersifat volatil teruap dengan sempurna, sehingga akan diperoleh karbon danabu pada alur 5 :

Neraca Massa Total :

3 4 F 5 =F +F Neraca Massa Komponen :

Alur 3

Karbon = 1.695,094 kg/jam

Air

kg/jam

Abu

kg/jam

Nitrogen

kg/jam

Oksigen

kg/jam

= 93,283 kg/jam

kg/jam

= 139,703 kg/jam

Alur 5

5 3 F 4 =F –F

Karbon = 1.985,605 -0

= 1.985,605 kg/jam

= 290,511 kg/jam

LA.6 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-102)

Karbon Abu

BC-102 F 5 Karbon , Abu

Keterangan : F 5 in =F out =F

5 F total = 1985.605 kg/jam

LA.7 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-102)

F 6 Sulfur

BE 102

F 6 Sulfur

Keterangan : F 6 in =F out =F

6 F = 20,9038 kg/jam

LA.8 Neraca Massa pada Roller Mill (FR-102)

Sulfur

FR-102

F 6 Sulfur

Keterangan : F 6 in =F out =F

6 = 20,9038 kg/jam F

LA.9 Neraca Massa pada Vibrating Screen (SS-102)

Sulfur 6 F

Ss - 102

Sulfur Reject Sulfur

Asumsi : Efisiensi alat pada Vibrating Screen adalah 85%

Neraca Massa total :

6 7 F 8 =F +F

Neraca Massa Komponen :

Alur 6 Alur 6

= 20,9038 kg/jam

Alur 8

sulfur

= 20,9038 x 0,85 = 17,7682 kg/jam

Alur 7

7 6 F 8 =F –F

sulfur reject = 20,9038 – 17,7682 = 3,1356 kg/jam

LA.10 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-103)

Sulfur

BC-103 F 8 Sulfur

Keterangan : F 8 in =F out =F

8 F total = 17,7682 kg/jam

LA.11 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-103)

F 8 Sulfur

BE 103

F 8 Sulfur

Keterangan : F 8 in =F out =F

8 F total = 17,7682 kg/jam

LA.12Reaktor (R-101)

Sulfur F 8 F 5 Karbon

Reaktor 9 Abu F

F 10 KarbonDisulfida

Asumsi : efisiensi alat 80% sehingga 20% debu masih terdapat di alur 9 Neraca Massa Total :

5 8 10 F 9 +F =F +F Di dalam reaktor dilakukan penambahana sulfur agar dapat bereaksi menjadi CS 2

dengan reaksi :

C + 2S CS 2 dimana penambahan sulfur sebanyak 20% dari total bahan volatil, untuk menggantikan bahan yang sudah menguap tersebut ( air, , nitrogen, oksigen ). Neraca Massa Komponen :

Alur 5

karbon

= 1.985,605 kg/jam

debu

kg/jam

Alur 8 : Total bahan yang bersifat Volatil = 235,429 kg/jam

F 8 sulfur = 0,2 x 235,429 = 47,0858kg/jam

Alur 9 :

F 9 debu = 0,8 x 290,511 = 232,4088 kg/jam

Alur 10 :

F 10

karbon disulfida

= 2032,6908 kg/jam

F 10

debu

= 290,511 – 232,4088 = 58.1022 kg/jam

LA.13 Neraca Massa pada Cyclone (FG-101)

F12 CS 2 Abu

2 F10 CS

Abu

F11

Asumsi : Efisiensi 98% sehingga debu sebagai residu masih terikat sebesar 2% pada produk (alur 12).

Neraca MassaTotal :

10 11 F 12 =F +F Neraca Massa Komponen :

Alur 10

F 10

karbon disulfida

= 2.032,6908kg/jam

F 10

debu

= 58.1022 kg/jam

= 58.1022 x 98% = 56,9401 kg/jam

karbon disulfida

= 2.032,6908kg/jam

F 12

debu

= 58.1022 – 56,9401 = 1,1621 kg/jam

LA.14 Cooler (CO-101)

0 Di dalam Cooler 1 karbon disulfida didinginkan suhunyadari suhu 900 C sampai 500 o C

Karbon Disulfida Cooler karbon disulfida

13 F F

12 Neraca Massa Total : F 13 = F 2.032,6908 kg/jam= 2.032,6908 kg/jam

LA.15 Condensor (CD-101)

Di dalam Condensor karbon disulfida didinginkan hingga suhunya menjadi

25 - 30 0 C.

Karbon Disulfida Condensor karbon disulfida

14

15 F F

14 Neraca Massa Total : F 15 = F

2.032,6908 kg/jam= 2.032,6908 kg/jam

LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis Perhitungan

: 1 Jam operasi

Temperatur Referensi 0 : 25 C = 298,15 K Satuan

: kj/jam

0 2 3 Tabel LB.1 Kapasitas Panas Fasa Gas CpgT 4 K = a + bT + cT + dT + eT

Nitrogen -12 29,41 -3,01.10 5,45.10 5,13.10 -4,25.10

Oksigen -11 29,88 -1,14.10 4,34.10 -3,70.10 1,01.10

Udara -12 28,94.10 0,415.10 0,319.10 -1,965.10 -

(Sumber : Reklaitis, 1983)

0 2 3 Tabel LB.2Kapasitas Panas Fasa Liquid CplT 4 K = a + bT + cT + dT + eT

H -6

2 O 1,82964.10 4,72118.10 -1,33878.10 1,31424.10 -

(Sumber : Reklaitis, 1983)

Tabel LB.3Kapasitas panas solid CpsT 0 K = a + Bt

(Sumber : Reklaitis, 1983)

Tabel LB.4Panas Laten (kj/mol)

∆H VL

H 2 O 40656,2 CS 2 26334,4

(Sumber : Reklaitis, 1983)

Tabel LB.5Entalpi Pembentukan (kj/mol)

0 ∆H

f CS 2 117,0683

(Sumber : Reklaitis, 1983)

Perhitungan Kapasitas panas (Cp) :

2 3 Rumus yang digunakan adalah : A + BT + CT 4 + DT +ET (Reklaitis, 1983)

1. Karbon

0 0 Pada 400 C = 673,15 K

= 3,33080556 Kj/Kmol.K

2. Air, H 2 O

∫ ���� 2 = ∫ 18,2964 + 0,472118 (673,15 – 298,15) - (673,15 –

= 73,5384115 Kj/Kmol.K

3. Abu

Cp = 0,18 + 0,000078 T = 0,18 + 0,000078 (673,15) = 0,2325057 Kj/Kmol.K

4. Nitrogen

= 32,21757233 Kj/Kmol.K

5. Oksigen

= 117,0841911 Kj/Kmol.K

0 Pada 900 0 C = 1173,15 K

6. Sulfur (S)

= 3,63 + (0,0064) (303,15) = 5,570 Kj/Kmol.K

7. Karbon Disulfida (CS2)

4 (1173,15 4 – 298,15 ) = 462,574 Kj/Kmol.K

8. Abu

= 0,18 + 0,000078 (673,15) = 0,23251 Kj/Kmol.K

Keterangan : T = Temperatur Operasi Tr = Temperatur Referensi

1. Rotary Kiln (RK-101)

Fungsi : Tempat berlangsungnya penguapan kandungan arang tempurung kelapa yang bersifat volatil sehingga tersisa di dalam arang tempurung kelapa hanyalah karbon dan debu.

400 0 C Bahan Volatile

CS 2 (H 2 O, O 2 ,N 2 )

Kalsinasi 0 400 C

3 5Karbon

ArangTempurungKelapaCS

2 500 C Debu

A. Panas Masuk Alur 3

Panas masuk pada alur 3, Q 3 = 3 ∑

����� ����� (Reklaitis, 1983)

Alur 3

=N karbon ∫

Q karbon

= 11,771 (3,330805561) = 39,20691 kj/jam

Q Abu

=N Abu ∫

= 2,0175 (0,2325057) = 0,46908 kj/jam

Q H2O

=N H2O ∫

= 0,287 (73,53841147) = 21,105 kj/jam

Q Nitrogen

=N Nitrogen ∫

= 0,0124642 (32,21757233) = 0,4015 kj/jam

Q Oksigen

=N Oksigen ∫

= 0,5456 (117,0841911) = 63,88113 kj/jam

Q 3 Total

= 1250.6362 kJ/jam

B. 0 Panas Keluar Alur 5 pada 500 C

Panas keluar pada alur 4 dan 5, Q= ∑ ������ ����� (Reklaitis,1983)

Alur 5

5 5 Q 5 total =Q

karbon +Q Debu

Q karbon

=N karbon ∫

= 141,2578333 (3,330805561) = 470,5023768 kj/jam

Q Abu

=N Abu ∫

= 24,20925 (0,2325057) = 5,628788618 kj/jam

Total

= 476,1311655 kj/jam

C. Panas Keluar Alur 4

Q H2O

=N H2O ∫

= 5,182388889 (73,53841147) = 381,1046465 kj/jam

=N Nitrogen ∫

Q Nitrogen

= 0,1745 (32,21757233) = 5,621966371 kj/jam

=N Oksigen ∫ 298,15 ����

Q Oksigen

= 8,7314375 (117,0841911) = 1022,313297 kj/jam

Total

= 1409,03991 kj/jam

5 Dengan demikian, Q 4 keluar =Q total +Q total = 1885,171075 kj/jam Sehingga, 5 Dengan demikian, Q 4 keluar =Q total +Q total = 1885,171075 kj/jam Sehingga,

=Q keluar –Q masuk

Q masuk =Q keluar 3493,37 + 1.250,6362 = 1718,838 + panas bahan keluar (500 o C)

Panas bahan keluar

= 2915,21 kJ/jam

Massa CS 2 yang digunakan : dQ/dT

= m cp dt 2915,21 = m 70,04 (475) m

= 0,0876 kg/jam

2. Reaktor ( R-101)

Fungsi : tempat terjadi reaksi antara karbon dan sulfur dalam fase gas pada temperatur 900 0

C dan tekanan 1 atm.

Sulfur

0 500 0 C900 C R-101 9 Karbon Debu

5 Karbon ,Debu

10 Debu 900 0 C

A. Panas Masuk Alur 5

Alur 5 = 724,648 kj/jam Alur 8 panas masuk pada 30 0 C

Panas keluar pada alur 8, Q 8 = 8 ∑

������ ����� (Reklaitis,1983)

Q Sulfur

=N sulfur ∫

= 3,091926 kj/jam

masuk

=Q +Q = 724,648 kj/jam + 3,091926 kj/jam

= 727,739926 kj/jam

B. Panas Keluar Alur 9

Panas keluar pada alur 9, Q 9 = 9 ∑

������ ����� (Reklaitis,1983)

=N abu ∫ 298,15 ����

Q abu

=N Abu ∫

Q Abu

= 19,3674 (0,2715057) = 5,25835949 kj/jam

C. Pansa Keluar Alur 10

10 Panas keluar pada alur 10, Q 10 = ∑ ������ ����� (Reklaitis,1983)

=N K.Disulfida ∫ 298,15 ����

Q K.Disulfida

= 12349,54809 kj/jam

Q Abu

=N Abu ∫

= 4,84185 (0,2715057) = 1,31458987 kj/jam

9 Q 10

keluar

=Q total +Q total = 12350,86268 kj/jam

Sehingga, dQ / dT

=Q keluar –Q masuk = 12350,86268 Kj / jam – 727,739926 Kj / jan = 11623,12275 Kj / jam

Reaksi : C + 2S

2 CS

Agar temperatur pada R-102 menjadi 900 0 C maka perlu digunakan energi listrik dalam menghasilkan energi panas pada Reaktor (R-101) sebanding dengan dQ/dT.

Maka besar energi listrik yang digunakan pada Reaktor (R-101) elektrik tersebut adalah sebesar : dQ/dT

= 11623,12275Kj/jam = 11623,12275Kj/jam x 1000 J/KJ x jam/ 3600 sec = 3228,64 Kw

3. Cooler (CO-101)

Fungsi : Untuk menurunkan temperatur bahan dari 500 0 C sampai temperatur 90 C.

20 0 C Udara Pendingin

0 500 C CO-101 12KarbonDisulfida

Karbon Disulfida

90 0 C

60 0 C UdaraPendinginBekas

A. Panas Masuk Pada Alur 12

dQ / dT (13) = 3494,875 kj/jam

B. Panas Keluar pada alur 14

dQ / dT (15) = N 373,15

Karbon Disulfida(l)

Massa

BM

CpdT dQ/dT

Maka, dQ / dT

=Q keluar -Q masuk

= 971,7473142 kJ/jam - 10585,550 Kj/jam = -9613,803 kJj/jam

Agar temperatur pada CO-101 dan produk temperatur keluar pada alur 1490 0 C maka perlu digunakan udara pendingin. Temperatur udara pendingin yang

digunakan 20 0 C dengan Cp udara 0,0289 kJ/kg.K, 1 atm dan diasumsikan 0 temperatur udara pendingin keluar 60 0 C sebagai kondensat.Cp udara pada 60 C

adalah 0,0291 kj/kg.K. Maka, dQ/dT 12 = dQ/dT 13 3494,875 + (-0,145m) = 1309,046 + 1,0185m m = 1878,67 kg/jam Jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah, m =1878,67 kg/jam

4. Condensor (CD-101)

0 Fungsi : untuk menurunkan temperatur produk dari 90 0 C menjadi 25 C dengan menggunakan air sebagai media pendingin.

o 20 C Air Pendingin

90 0 C CS2

CD-101

14 Karbon Disulfida

A. Panas Masuk Pada Alur 13

dQ / dT (13) = 1309,046 kj/jam

B. Panas Keluar pada alur 14

Massa

BM

CpdT dQ/dT

CS 2 1.742,180

Maka,

dQ / dT

=Q keluar -Q masuk = 398,488 kJ/jam - 971,747 Kj/jam = -573,260 kj/jam

Agar temperatur pada CD-101 dan produk temperatur keluar pada alur 14 90 0 C maka perlu digunakan air pendingin. Temperatur air pendingin yang digunakan

0 20 0 C, 1 atm dan diasumsikan temperatur air pendingin keluar 50 C sebagai kondensat.Cp air pada 50 0

C adalah 22.874 kj/kg.K. Maka,

dQ/dT 13 = dQ/dT 14 1309,046 + (-86,7m) = 606,479 +571,85m m = 1,067 kg/jam Jumlah air pendingin yang dibutuhkan, m= 1,067kg/jam

LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT

1. Gudang bahan baku (G-101)

Fungsi :Menyimpan bahan baku arang tempurung kelapa, direncanakan untuk kebutuhan 7 hari. Bahan konstruksi

Kondisi penyimpanan : Temperatur o = 30 C

Tekanan

= 1 atm

Kebutuhan arang tempurung = 2.612,9827 kg/jam Kebutuhan arang tempurung = 2.612,9827 kg/jam x 24 jam/hari x 7 hari

= 438.981,0936 kg

Densitas arang tempurung, 3 ρ = 400,475 kg/m (Perry,1984)

� 438.981,0936 kg

Volume arang tempurung, V 3 = = = 1.096,1510 m

400 ,475 kg /m 3

Faktor kelonggaran (fk)

= 20% Volume gudang 3 = (1+ 0,2) x 1.096,1510 m

3 = 1.315,3812 m

Gudang direncanakan beukuran p : l : t = 2 : 2 : 1 Volume gudang (V)

Tinggi gudang (t)

= 6,9023 m

Sehingga, panjang (p) = 2 x 6,9023 = 13,8047 m Lebar (l)

= 2 x 6,9023 = 13,8047 m

Kesimpulan perancangan : Kebutuhan arang tempurung = 2.612,9827 kg/jam

Volume gudang 3 = 1.315,3812 m

Panjang gudang

= 13,8047m

Lebar gudang

= 13,8047m

Tinggi gudang

= 6,9023m

Jumlah

= 1 unit

2. Bucket Elevator (BE-101)

Fungsi : Mengangkut arang tempurung kelapa dari gudang penyimpanan ke Rooler Mill (FR-101)

Jenis : Spaced-Buckrt Centrifugal-Discharge Elevator Bahan

0 Kondisi Operasi :Temperatur (T) = 30 C

Tekanan (P)

= 1 atm

Laju bahan yang diangkut

= 2.612,9827 kg/jam

Faktor kelonggaran, fk

(Tabel 28-8, Perry, 1999) Kapasitas bucket elevator

= (1 + 0,12) x 2.612,9827 kg/jam = 2.926,5406 kg/jam

Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, (Tabel 21-8, Perry, 1999) Spesifikasi :

o Tinggi elevator

= 25 ft = 7,62 m

o 1/4 Ukuran bucket = (6 x 4 x4 ) in o Arang Tempurung antar bucket = 12 in = 0,305 m

o Kecepatan Bucket = 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s

o Kecepatan Putaran

= 43 rpm

o Lebar belt : 7 in = 0,1778 m =17,78 cm

Perhitungan daya yang dibutuhkan (P) : P = 0,07 m 0,63 ∆Z ( Timmerhaus,2004)

Dimana:

= daya (kW)

= laju alir massa (kg/s)

∆Z

= tinggi elevator (m)

m = 2.894,9601 kg/jam = 0,7258 kg/s ∆Z = 25 ft = 7,62 m Maka :

P = 0,07 x (0,7258) 0,63 x 7,62

= 0,4358 kW x

= 0,5845 hp

Kesimpulan perancangan : Kebutuhan

= 2.612,9827 kg/jam

Daya motor

3. Rooler Mill (FR-101)

Fungsi : Memperkecil ukuran arang tempurung kelapadarigudang penyimpanan (G-101) sebelum ke unitRotary Kiln (RK-101). Jenis

: Double Toothed-Roll Crusher

Bahan Konstruksi : Stainless Steel Kondisi Operasi 0 : Temperatur (T) : 30 C

Tekanan (P)

: 1 atm

Laju arang tempurung

= 2.612,9827 kg/jam

Faktor kelonggaran, fk

Kapasitas

= (1 + 0,2) x 2.612,9827 kg/jam

= 3.135,5792 kg/jam= 3.1355 ton/jam Spesifikasinya Roller Milladalah sebagai berikut (Tabel 12-8b Walas, 1988) :

• Diameter ukuran roll

= 1,31 ft • Face ukuran roll

• Berat balls

: 2,4 lb = 1,09 kg

• Kecepatan roll

: 200 rpm

• Kapasitas

: 3-15 ton/jam

• Daya motor yang digunakan

Kecepatan kritis = � � = �

17,5043 rpm

Daya pada skala laboratorium (Ne) 2,26 =2 Hp (Perry, 1999) Diambil efisiensi

= 70% Kecepatan Mill (k) -3 = Nm x D x 2,2046 x 10

-3 = 200 rpm x 1,31 x 2,2046 x 10 = 0,578 rpm

2 Daya penghancur (P) 2,26 = (0,7 x l – 1) x k x (0,5D) x2

2 2,26 = (0,7 x 2 – 1) x 0,578 x (0,5 x 0,25) x2 = 0,0303 kW x 1,341

= 0,0406 Hp

Kesimpulan perancangan :

Kapasitas

: 2.612,9827kg/jam

Daya motor

4. Vibrating Screen (SS-101)

Fungsi

Memisahkan arang tempurung kelapa dari ukuranbesarmenjadi ukuran 20 mess

Jenis

: Vibrating Screen

Bahan Konstruksi : Stainless Steel Jumlah

: 1 unit Temperatur o : 30 C

Tekanan

: 1 atm

Laju umpan (F)

: 2.612,9827 kg/jam

Faktor kelonggaran,fk

(Perry,1999) Kapasitas vibrating screen

=(1+f k )xF = ( 1 + 0,2 ) x 2.612,9827 kg/jam = 3.135,5792 kg/jam

Ayakan yang dipilih : (Perry,1999)

• No ayakan = 18 (1,00 mm) • Bukan ayakan = 1 mm = 0,0394 in • Diameter wire = 0,580 mm = 0,0228 in

• Tyler equivalent = 16 mesh

2 Menghitung faktor bukaan-area (F 2

oa ), F oa = 100 a .m

Dimana :

a = bukaan ayakan = 0,0394 in

d = diameter wire = 0,0228 in

F oa = 100 a . � �

Perhitungan luas screen (A), A =

Dimana : C t = laju bahan yang lewat = 2.612,9827kg/jam = 2.221,0352 ton/jam

2 C u = unit kapasitas = 0,32 ton/h.ft (Perry,1999)

F oa = faktor bukaan-area = 0,4012

s = faktor slotted area = 1,5 F (Perry,1999) 0,4.(2,4606 ��� )

2 A = ��� = 5,1107 ft

(0,32 ℎ . ��2)(0,4012)(1,5) Menentukan panjang (P) dan lebar (L) ayakan :

F s = P : L = 1,5 ; P = 1,5 L

2 A = P x L = 1,5L x L = 1,5 L � 1/2

L= � � = 1,8458 ft = 0,5626 m

1,5 P = 1,5 (0,5626 m) = 0,8439 m

Untuk kapasitas 2,6129ton/h, dipilih spesifikasi (Mc.Cabe, 1985) Kecepatan getaran

: 3600 vibrasi/menit

Daya

: 4 hp

Kesimpulan perancangan :

Kapasitas

: 2.612,9827kg/jam

2 Luas screen : 7,0206 ft Panjang

5. Belt Conveyor (BC-101)

Fungsi : Mengangkut arang tempurung kelapa dari

vibratingscreen menuju rotary kiln

Jenis

: Horizontal Belt Conveyor

Material

: Commercial Steel Temperature o : 30 C

Tekanan

: 1 atm

Laju bahan yang diangkat = 2.221,0352 kg/jam Faktor kelonggaran

(Tabel 21-5, Perry, 1999) Kapasitas belt conveyor = (1+0,3) x 2.221,0352 kg/jam

= 2.287,6662 kg/jam = 2,2876 ton/jam

Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut : (Tabel 21-7, Perry, 1999)

• Lebar belt = 14 in = 35 cm 2 • 2 Luas area = 0,11 ft = 0,010 m

• Kecepatan belt normal = 200 ft/menit = 61 m/menit • Kecepatan belt maksimum

= 300 ft/menit = 91 m/menit • Belt plies minimum

• Belt plies maksimum

• Kecepatan belt = 100 ft/menit = 30,5 m/menit • Daya motor yang digunakan

= 0,30 Hp

Perhitungan power yang dibutuhkan : Hp = TPH [(H 0,0020) + (V 0,001)] C (Perry 3 rd ed.p.13-55)

Keterangan :

TPH = Kapasitas, ton/jam

H = jarak horizontal, ft

V = jarak vertical, ft rd C = faktor bahan yang diangkut = 2 (Perry 3 ed.p.13-56)

Jadi Hp = 2.221 [(20 sin20 (0,001))+(20 cos 20 (0,002))] 2 = 2.221 [0,006+0,038] 2 = 0,30 hp

Kesimpulan perancangan :

Kapasitas

= 2.221,0352 kg/jam

Lebar belt

= 14 inc

Kecepatan

= 30,5 m/menitL

Kemiringan o = 20

6. Rotary Kiln

Fungsi

: Untuk

memanaskan arang tempurung dan menguapkan gas-gas volatil yang terdapat dalam arang tempurung kelapa dengan pemanas

hingga temperatur 400 0 C.

Jenis : Single Shell Direct Heat Rotary Kiln Jumlah

: 1 unit Temperatur o : 400 C

Tekanan

: 1 atm

Laju bahan masuk

= 2.221,0352 kg/jam

Laju bahan keluar (produk)

= 1985,606 kg/jam

Zat volatile yang diuapkan

= 235,430 kg/jam Suhu Feed o = 30 C

Suhu Produk o = 400 C

A. Perancangan Dimensi Rotary Kiln dan Bahan Konstruksinya

a. Mencari diameter rotary kiln

1 /  2   Mc 

D =   ( π Perrys edisi 3 hal.833)

 G   4 

Dimana : Mc

: laju bahan masuk (lb/jam)

= 2.221,0352kg/jam = 4.442,0704 lb/jam G : laju flue gas untuk rotary kiln

2 = 0,5-5 kg/m dtk 2 = 400-4000 lb/ft jam (Perry’s ed 7 hal 12-55)

4  Diameter dalam Kiln = 3,76 ft = 1,48m b. Menghitung volume Bahan Bahan masuk

= 2.221,0352kg/jam = 4.442,0704 lb/jam

3 Densitas bahan = 400,475 kg/m 3 = 25,00lb/ft Diasumsikan waktu tinggal = 30 menit =0,5 jam

Berat bahan = 4.442,0704 lb/jam x 0,5 jam = 2.221,0352 lb Volume

= berat bahan / densitas

 =88,84 ft = m

c. Menghitung volume selinder Volume bahan dari rotary kiln = 3% - 12% dari volume rotary kiln (ulrich, tabel 4-10 hal 132), maka didapat : Volume bahan = 3% volume rotary kiln

4,24 m 3 = 3% volume rotary kiln

3 Volume rotary kiln = 141,33 m 3 = 4.991,54 ft

d. Menghitung panjang rotary kiln �/4) D 2 V =( L

L = 268,10 ft = 81,72 m Kecepatan solid : Panjang / waktu tinggal = 81,72 m / 1800s = 0,0454 m/s

e. Mencari tebal rotary kiln Shell dari rotary kiln terbuat dari High Alloy Steel SA-240 Grade O type 405 stress allwable 14,700 psi (Brownel, hal 343), sedangkan untuk lasnya menggunakan double welded but joint 0,8 (Hesse, hal 84)

 2S.e - 0,6P 

Dimana,

P = tekanan

D = diameter kiln = 4,87ft = 58,44 inch S = Allowlable stress

C = faktor koresi = 1/16

Tensile stress yang diizinkan dengan rumus : S = Su x fm x fr x fa x fs Dimana,

su = ultimate strength = 75.000 psi fm = material faktor = 0,97 fr dan fa = 1 fs = faktor korosi = 0,25 (Hesse, hal 84 tabel 4)

Maka : S = 75.000 x 0,97 x 1 x 1 x 0,25 = 18,187,95 psi Rotary kiln bekerja pada = 14,7 psi

ρ steel = 489 lb/ft 3

489 lb / ft 3 x 81,72 Phidrostatik

 = 277,51 psi

 P total

= P hidrostatik + P atmosfer = 277,51 + 14,7 = 292,21

(2x18187,9 5 x 0,8) - (0,6 x 292,21)   16  ts = 0,049 psi = 0,59 inc

ts = 0,59 +  1     16 

ts =  10,45    = 0,65 inch

maka, diameter luar shell : do

= di + 2ts = 58,44 + 2(0,65) = 59,74 inch = 4,98 ft

f. Menentukan kecepatan rotary kiln

Persamman : N 

Dimana : N

= putaran rotary kiln

V = peripheral speed (ft/menit) D = diameter luar rotary kiln = 4,98 ft

Dari perry’s ed 7 hal 12-56, diketahui kecepatan periphetal rotary kiln (30- 150) ft/menit diambil V = 95 ft/menit

N x D = 6,08 x 4,98 = 30,25

Kesimpulan perancangan :

Jenis : Single Shell Direct Heat Rotary Kiln Bahan konstruksi

: High Aloy Steel SA 240 Grade O type 405 Jumlah

: 1 unit Temperatur o : 400 C

Tekanan

: 1 atm

Laju bahan yang diangkut : 2.221,0352 kg/jam Laju bahan keluar (produk)

Zat volatile yang diuapkan

: 235,430 Suhu Feed o : 30 C

Suhu Produk o : 400 C

Waktu tinggal

: 30 menit Kemiringan o :1

Diameter

: 3,76 ft = 1,48m

Panjang

: 268,10 ft = 81,72 m

Tebal

: 0,65 inch

Kecepatan putaran

; 6 rpm

7. Belt Conveyor (BC-102)

Fungsi : Mengangkut serbuk karbon dari Rotary Kiln menuju reaktor (R101)

Jenis

: Horizontal Belt Conveyor

Material

: Commercial Steel Temperature o : 30 C

Tekanan

: 1 atm

Laju bahan yang diangkat = 1.985,605 kg/jam Faktor kelonggaran

(Tabel 21-5, Perry, 1999) Kapasitas belt conveyor = (1+0,3) x 1.985,605 kg/jam

= 2.581,2865 kg/jam = 2,5813 ton/jam Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut :

(Tabel 21-7, Perry, 1999) • Lebar belt

= 14 in = 35 cm 2 • 2 Luas area = 0,11 ft = 0,010 m

• Kecepatan belt normal = 200 ft/menit = 61 m/menit • Kecepatan belt maksimum

= 300 ft/menit = 91 m/menit • Belt plies minimum

• Belt plies maksimum

• Kecepatan belt = 100 ft/menit = 30,5 m/menit Daya motor yang digunakan

= 0,30 Hp

8. Reaktor (R-101)

Fungsi : Mereaksikan karbon dengan sulfurmenggunakan pemanas listrik temperatur mencapai 900 0 C

sehingga terbentuk karbon disulfida Jenis

: Selinder tegak dengan tutup atas berbentuk standar dishead dan tutup bawah berbentuk conical

Jumlah

: 1 unit Temperatur o : 900 C

Tekanan

: 1 atm

Laju bahan serbuk karbon = 1.985,605 kg/jam Laju bahan belerang

= 20,904 kg/jam

Laju massa total = 1.985,605 kg/jam + 20,904 kg/jam

= 2.006,509 kg/jam

Densitas arang tempurung, 3 � = 400,475 kg/m (Perry, 1984) Densitas belerang, 3 � = 961,14 kg/m (Perry, 1984)

Densitas campuran, : 2.006,509

= 404,714 kg/m 400 ,475 +

2.006,509 ��/��� Volume = 3 = 4,95 m

404,714 ��/�3 Menghitung P design :

� �������� (ℎ��� −1) P hidrolisis =

= 19,67 kg/m 3 =0,280 psi

P design

=P operasi +P hidrolisis

= 14,7 + 0,280 = 14,98 psi = 1,0193 atm

a. Diameter dalam reaktor : Perbandingan diameter : tinggi silinder = 1 : 1, h = D(Mauror Germany,1978)

� 2 Volume = D xh

7,62 m = D xD 4

D= �

Tinggi reaktor : H = D = 2,509 m = 83,976 inc

b. Luas penampang : �

A=2 2 ( � )

x h = 11, 2770 m 2

Panas yang timbul pada alat reaktor, Q = 3169181,212 kJ/jam

Temperatur operasi 0 = 900 C Temperatur luar 0 = 25 C

0 0 ∆T 0 = 900 C – 25 C = 875 C

c. Menentukan tinggi selinder Ls = 2di

= 2(2,133 m) = 4,266 m

d. Menentukan tebal tanki

e. Menentukan kebutuhan listrik pada reaktor dQ / dT

=Q keluar –Q masuk = 10591,13752 Kj / jam – 479,2239968 Kj / jan = 10111,91352 Kj / jam

Reaksi : C + 2S

2 CS

Agar temperatur pada R-102 menjadi 900 0 C maka perlu digunakan energi listrik dalam menghasilkan energi panas pada Reaktor (R-101)

sebanding dengan dQ/dT. Maka besar energi listrik yang digunakan pada Reaktor (R-101) elektrik tersebut adalah sebesar :

dQ/dT

= 10111,91352 Kj/jam = 10111,91352 Kj/jam x 1000 J/KJ x jam/ 3600 sec = 2808,86 kW

9. Blower (BL-101)

Fungsi : Mengalirkan gas karbon disulfide dari reaktor (R-101) ke cyclone (FG-101)

Jumlah

: 1 unit Kondisi Proses 0 : T= 30 C; P= 1 atm =1,013 bar

Laju alir massa

: 1.785,757 kg/jam

Densitas karbon disulfide, : 19,064 kg/m 3

1.785,757 kg /jam Kapasitas blower =

� 19,064 kg /m 3

= 93,67 m 3 /jam

Daya blower yang dibutuhkan

Efisiensi, E f : 100%

Tekanan, P

: 1 atm

1 4 , 570 x − 4 10 x Qf �� 1 , 570 x 10 − x 93,67 � 14,7 Daya =

= 0,2161 Hp

10. Cyclone ( FG -101)

Fungsi : Memisahkan debu dari karbon disulfida Bahan Kontruksi

: Stainless Steel, SA-316 grade C Jenis Sambungan

: Double welded butt joints

Jumlah

: 1 unit

Kondisi Operasi : - Temperatur = 900 0 C Tekanan = 1 atm

Laju alir karbon disulfide

= 1.742,180 kg/jam

Laju alir debu

= 43,577 kg/jam

Total laju masuk

=1.785,757 kg/jam

Densitas karbon disulfida, 3 �

= 19,064 kg/m (Perry, 1997)

Laju alir volumetric = 3 = 93,67 m /jam

Digunakn cyclone standard dengan spesifikasinya adalah sebagai berikut (Gambar 10.45, Sinnott, 1983):

• Lc = Panjang selinder

= 1,5 Dc

• Zc = panjang konis

= 2,5 Dc

• Jc = Diameter lubang dust out

= 0,375 Dc

• Dc = Diameter Cyclone

= 0,09 m

• D E = Diameter gas outlet

= 0,75 Dc

• Hc = Tinggi lubang inlet

= 0,875 Dc

• Bc = Diameter lubang inlet = 0,75 Dc x 0,375 Dc • Ukuran maks, umpan = 300 µm – 5 µm

(Tabel 19-8, Perry, 1999) • Lebar diameter maks = 0,01 – 1,2 m (Tabel 19-8, Perry, 1999)

(Tabel 19-8, Perry, 1999) • 2 Daya yang digunakan = 35 – 400 kN/m atau 7,5 Hp

• 3 Kapasitas =2m /menit

(Sianturi, 1977) Perhitungan besarnya Dc :

93,67 Laju alir = 3 = 0,0260 m /s (Sinnott, 1983)

3600 Bentuk cyclone mempunyai laju alir masuk antara 9 m/s hingga 27 m/s, dimana asumsi laju alir masuk optimum didapat pada laju alir 9 m/s.

Luas aliran msuk (A 2

1 ) pada 9 m/s =

= 0,0028 m

Dari gambar 10.45 (b) pada Sinnott, 1983, nilai Bc = 0,75 Dc x 0,375 Dc Maka luas aliran masuk,

2 0,0028 m = 0,75 Dc x 0,375 Dc

2 2 0,0028 m = 0,28125 Dc Dc = 0,0099 m

Sehingga didapat harga : • Lc

= 1,5 Dc = 1,5 x (0,0099)

= 0,014 m

• Zc = 2,5 Dc = 2,5 x (0,0099)

= 0,024 m

• Jc = 0,375 Dc = 0,375 x (0,0,0099) = 0,00585 m • D E = 0,75 Dc = 0,75 x (0,0,0099)

= 0,00742 m

• Hc = 0,875 Dc = 0,875 x (0,0,0099) = 0,00866 m • Bc = 0,75 Dc x 0,375 Dc = 0,75 x (0,0099) x 0,375 x (0,0099) = 0,000027565 m 2

11. Blower (BL-102)

Fungsi : Mengalirkan gas karbon disulfida dari cyclon (FG- 101) menujurotary kiln

Jumlah

: 1 unit

Kondisi Proses 0 : T= 30 C; P= 1 atm =1,013 bar Laju alir massa

: 0,0876kg/jam

Densitas karbon disulfida, 3 : 19,064 kg/m

Kapasitas blower =

= 0,00460 m 3 /jam

Daya blower yang dibutuhkan

Efisiensi, E f : 100%

Tekanan, P

: 1 atm

1,570 �10 −3 xQf x P Daya

12. Blower (BL-103)

Fungsi : Mengalirkan gas karbon disulfida dari rotary kilnmenuju cooler

Jumlah

: 1 unit Kondisi Proses 0 : T= 30 C; P= 1 atm =1,013 bar

Laju alir massa

: 1.743,052 kg/jam

Densitas karbon disulfida, 3 : 19,064 kg/m

1.743,052 ��/��� Kapasitas blower =

= 91,431 m 3 /jam

Daya blower yang dibutuhkan

Efisiensi, E f : 100%

Tekanan, P

: 1 atm 1,570

�10 −3 xQf x P

Daya =

1 , 570 x − 4 10 � 91,431 �3/��� � 14,7 ���

= 0,211 Hp

13. Cooler (CO-101)

Fungsi o : Untuk menurunkan temperatur gas karbon disulfida dari 500 C

menjadi 90 o C

Jenis

: 1-2 Shell & tube exchanger

Jumlah

: 1 unit

Temperatur 0 : 90 C Tekanan

: 1 atm

Tube

: - Diameter dalam, ID

: 0,902 in = 0,0751 ft

- Diameter luar, OD

: 1 in = 0,083 ft

- BWG

: 18 - 1/4 Pitch (triangular), Pt :1 in

- Passes, n

- Panjang, L

: 15 ft

Kapasitas panas, Q = 1130,130 kJ/jam = 1071,153 Btu/jam Fluida panas :

a. Laju alir fluida masuk, F = 1.742,180 kg/jam = 3.484,36 lbm/jam 0 b. 0 Temperatur masuk, T

C = 932 F

0 c. 0 Temperatur keluar, T

C = 194 F

Fluida dingin : - Laju alir fluida masuk, F = 971,319 kg/jam = 2.141,392 lbm/jam

0 - 0 Temperatur masuk, t

C = 68 F

0 - 0 Temperatur keluar, t

C = 140 F

∆�2−∆�1 (T1 −t2)−(�2−�1) (932 −140)−(194−68) LMTD =

ln (932 �1−�2) =

Menentukan nilai ∆t : Dimana,

Dari fig. 18 (Kern, 1950) hal. 828, pada R = 10,25 dan S = 0,0833 maka diperoleh f r = 0,54 Sehingga,

∆t = LMTD x f 0 T = 362,29

F x 0,54

= 195,63 0 F

Temperatur caloric, T c dan t c ;

�1+�2 932+194 T 0 c =

= 563 F

�1+�2 68+140 t 0 c =

= 104 F

a. Dari tabel. 8, hal.840 (Kern, 1965), cooler untuk fluida panas gases dan fluida dingin air, diperoleh U 20

F, faktor pengotor (R d )= 0,003. Diambil U D = 50 Btu/jam ft 20 F

D = 2 -50 Btu/jam ft

Luas permukaan untuk perpindahan panas,

2 Luas pemukaan luar, a’’ = 0,2618 ft /ft (Tabel. 10, Kern 1965)

Jumlah Tube, Nt =

= 27,89= 28 buah

b. Dari Tabel. 9, 842 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah tube 118 dengan ID shell 17 1/4 in.

c. Koreksi U D A = L x Nt x a 1

2 = 15 ft x 114,7575 x 0,2618 ft /ft

= 21 Btu/jam ft � � ∆� F

Fluida Panas – Shell Side

1. Flow area shell, As ;

(Pers. 7.1 Kern, 1965) 1/4 Dimana : IDs : diameter dalam shell = 17 in

B : Baffle spacing = 5 in

T P : Tube pitch = 1 in

C’

: Clearance = P T – OD = 0,25 in

2 As = = = 0,119 ft

2. Mass Velocity, Gs ;

2 Gs = = = 38604,1932 lbm/ft jam

3. Bilangan Reynold, Res ; 0 Dari fig. 28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan Tc = 178,7 F:

Equivalent diameter, De = 0,72 in = 0,06 ft

Viscositas, � = 0.32 Cp

= 0,774 lbm/ft jam

= 2992,5731 4. Dari fig.24 (Ken, 1965) hal. 834 dengan Res = 2992,5731 diperoleh jH = 7 5. 0 Perolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 178,7 F

Spesifik heat, C = 0,24 Btu/lbm 0 F (Fig.3 hal. 805 Kern, 1965) Konduktifitas thermal, k = 0,371 Btu/jam.ft 0 F (App.2-6. Geankoplis)

6. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;

� x � ∅�

0 =7 x x 0,7942 = 34,3756 Btu/jam ft F

7. Korelasi hi ~ hio ; ��

Hio = hi - 0 = 34,3756 Btu/jam ft f - = 17,0563 Btu/jam.ft F ��

Fluida Dingin – Tube Side

8. Flow area tube, At ;

2 Dari tabel 10 (Kern, 1965, hal. 843). At = 0,639 in �� � ��′

At = 2 = = 0.2546 ft

9. Mass velocity, Ret ; � 6317 ,4196 ��/���

2 Gt = = = 24813,117 lbm/ft .jam ��

10. Bilangan Reynold, Ret ;

0 Dari fig.28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan tc = 113 F: Equivalent diameter, De = 0,72 in = 0,06 ft

Viscositas, � = 0,62 Cp

= 1,499 lbm/ft jam

11. Dari fig.24 (Kern, 1965) hal. 834 dengan Res = 993,1868 diperolehjH = 5,8

12. 0 Peolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 113 F Spesifik heat, C = 1 Btu/lb 0 F (Kern, 1965) Konduktifitas thermal, k = 0,365 Btu/jam.ft 0 F (Kern, 1965)

13. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;

�.� 1/3 ho = jH x x �

� � x �� ∅�

0 = 5,8 x x 1,6 = 56,453 Btu/jam ft F ∅�

14. Koefisien kebersihan keseluruhan, Uc ; ℎ�� � ℎ�

73,5093 = 13,0987 Btu/jam ft 0 F

15. Faktor pengotor, Rd ; ��−��

Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi cooler dapat diterima

Pressure Drop – Shell Side

16. Pada Res = 73073,685 dari fig.29 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0013 17. perubahan tekanan , ∆� ;

N + 1 = 12 (L/B) = 12 �

(Pers. 7.43 Kern, 1965) Ds = 8/12 = 0,66

�� =1 Spesifik gravity, S = 1,26 (Tc = 178,7 0

F) (Tabel 6 hal. 808 Kern, 1965) �.��2 .�� (�+1)

5 , 22 . 10 x 0,06 x 1,26 x 1 215942112 ,9

Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diterima.

Pressure Drop – Tube Side

17. Pada Ret = 993,1868 dari fig.26 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0005

18. Perubahan tekanan, ∆Pt ;

15 N + 1 = 12 (L/B) = 12 �

(Pers.7.43 Kern, 1965) �� 0,14

0 Spesifik gravity, S = 0,98 ( t

F) (Fig.6 hal. 809 Kern, 1965) �.��2 . � . �

10 (Pers. 7.53 Kern, 1965)

5 , 22 . 10 x 0,083 x 0,98 x 1

Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diteima.

14. Kondensor (CD-101)

Fungsi : Menurunkan temperatur serta mengubah fase karbon disulfida menjadi cair dengan temperature 90 0

C menjadi

25 0 C

Jenis

: 1-2 Shell & tube exchanger

Jumlah

: 1 unit Temperatur 0 : 25 C

Tekanan

: 1 atm

Asumsi instalasi shell dan tube dari tabel 9 dan tabel 10, hal 841-843 (Kern,1965) Tube :

Diameter dalam, ID

: 0,652 in = 0,0543 ft

Diameter luar, OD

: 3/4 in = 0,0625 ft

BWG

Pitch (triangular), Pt : 1 in Passes, n

Panjang, L

: 15 ft

Kapasitas panas, Q = 702,567 kj/jam = 665,902 Btu/jam Fluida Panas :

Laju alir fluida masuk, F = 2.651,515 kg/jam = 5.845,590 lbm/jam 0 Tempeatur masuk, 0 T

C = 194 F

0 Tempeatur keluar, 0 T

C = 77 F

Fluida dingin : Laju alir fluida masuk,

F = 1067 kg/jam = 2.352,33 lbm/jam

0 Temperatur masuk, 0 t

C = 68 F

0 Temperatur keluar, 0 t

C = 122 F

∆�2−∆�1 (T1 −t2)−(�2−�1) (194 −122)−(77−68) LMTD =

ln 8 Menentukan nilai ∆t : Dimana,

Dari fig. 18 (Kern, 1950) hal. 828, pada R = 2,17 dan S = 0,43 maka diperoleh f r = 0,6 Sehingga,

∆t = LMTD x f 0

Temperatur caloric, T c dan t c ; �1+�2 194 +77

a. Dari tabel. 8, hal.840 (Kern, 1965), condensor untuk fluida panas gases dan fluida dingin air, diperoleh U 20

F, faktor pengotor (R d )= 0,003. Diambil U 20

D = 2 -50 Btu/jam ft

D = 50 Btu/jam ft F

Luas permukaan untuk perpindahan panas, �

A=

��� ��2 0F � 18,181�

UD x ∆t 50 .

2 = 73,26 ft

2 Luas pemukaan luar, a’’ = 0,1963 ft /ft (Tabel. 10, Kern 1965)

Jumlah Tube, Nt =

= 24,88 buah.

b. Dari Tabel. 9, 842 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah 30 tube dengan ID shell 8 in.

c. Koreksi U D A = L x Nt x a 1

2 = 15 ft x 24,88 x 0,1963 ft /ft = 73,259 ft 2

U 20 D =

= 50 Btu/jam ft � � ∆� F

Fluida Panas – Shell Side

1. Flow area shell, As ; ��� � � ′ ��

(Pers. 7.1 Kern, 1965)

144 � �� Dimana : IDs : diameter dalam shell = 8 in

As =

B : Baffle spacing = 5 in T P : Tube pitch = 1 in

C’

: Clearance = P T – OD = 0,25 in 8 � 0,25 � 5

As =

= 0,069 ft

2. Mass Velocity, Gs ;

2 Gs = = = 66578,2463 lbm/ft jam

3. Bilangan Reynold, Res ; 0 Dari fig. 28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan Tc = 775,8 F:

Equivalent diameter, De = 0,73 in = 0,0608 ft

Viscositas, � = 0.024 Cp

= 0,058 lbm/ft jam

4. Dri fig.24 (Ken, 1965) hal. 834 dengan Res = 69792,3685 diperoleh jH = 192

5. 0 Perolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 775,8 F

Spesifik heat, C = 0,26 Btu/lbm 0 F (Fig.3 hal. 805 Kern, 1965) Konduktifitas thermal, k = 0,0288 Btu/jam.ft 0 F (App.2-6. Geankoplis)

6. Heat transfer koefisien (inside fluid), hi ;

hi = jH x � � x ∅�,

ℎ� 0,0288 ��� �� � = 192 x 0 x 0,8061 = 73,3126 Btu/jam ft F ∅�

7. Korelasi hi ~ hio ;

0,666 �� Hio = hi -

= 73,3126 Btu/jam ft

0 = 62,6566 Btu/jam.ft F

Fluida Dingin – Tube Side

1. Flow area tube, At ; Dari tabel 10 (Kern, 1965, hal. 843). At = 0,334 in 2

At = 2 = = 0.032 ft

2. Mass velocity, Ret ; �

Gt = 2 = = 77149,275 lbm/ft .jam

3. Bilangan Reynold, Ret ; Dari fig.28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan tc = 221 0 F:

Equivalent diameter, De = 0,73 in = 0,0608 ft

Viscositas, � = 0,21 Cp

= 0,508 lbm/ft jam

= 9233,614 4. Dari fig.24 (Kern, 1965) hal. 834 dengan Res = 262478,2583

diperoleh jH = 500

5. 0 Peolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 221 F

Spesifik heat, C = 0,45 Btu/lb 0 F (Kern, 1965) Konduktifitas thermal, k = 0,376 Btu/jam.ft 0

F (Kern, 1965) 0 ��� 1/3 ���

6. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;

x � � x ∅�

0 = 35 x x 0,847 = 183,33 Btu/jam ft F

7. Koefisien kebersihan keseluruhan, Uc ;

= 46,69 Btu/jam ft 0 F

8. Faktor pengotor, Rd ;

Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi cooler dapat diterima

Pressure Drop – Shell Side

9. ada Res = 66578,2463 dari fig.29 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0015 10. perubahan tekanan , ∆� ;

N + 1 = 12 (L/B) = 12 �

(Pers. 7.43 Kern, 1965) Ds = 8/12 = 0,66

Spesifik gravity, S = 1 (t 0

avg = 221

F) (Tabel 6 hal. 808 Kern, 1965)

5 , 22 . 10 .De .S. ∅ 0,0015 � (66578,2463)2 � 0,66 � 36

5 , 22 . 10 x 0,0608 x 1 x 1 157980105 ,1

10 = 0,049 psi

Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diterima.

Pressure Drop – Tube Side

11. Pada Ret = 9233,614 dari fig.26 (Kern, 1965), diperoleh f= 0,0003

12. Perubahan tekanan, ∆Pt ;

N + 1 = 12 (L/B) = 12 �

(Pers.7.43 Kern, 1965)

0 Spesifik gravity, S = 0,3 ( t

C = 775,8 F)

(Fig.6 hal. 809 Kern, 1965)

∆Pt = 10 (Pers. 7.53 Kern, 1965)

5 , 22 . 10 .ID .S. ∅ 0,0003 � (77149,275)2 �15�2

5 , 22 . 10 x 0,0608 x 0,3 x 1 53568095 ,7

10 = 0,056 psi

Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Condensor dapat diteima.

15. Pompa (P-101)

Fungsi : Mengalirkan Karbon disulfida cair dari kondensor (CD-101) ke storage tank

Jenis

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 unit

Bahan kontruksi

: Commersial steel Temperatur 0 : 25 C

Tekanan

: 1 atm

Laju alir massa, F

= 2.651,515 kg/jam = 1,62 lbm/s

3 3 Densitas, 3 �

= 400,475 kg/m = 0,0145 lbm/in = 25,056 lbm/ft

Laju alir volumetric, Q 3 = = = 0,0647 ft /s

Perencanaan Pompa

a. Diameter pipa pompa, De :

Di, opt = 0,363 x Q x �

0,13 = 0,363 x (0,0647) x (25,056) = 0,16 ft = 1,92 inc

Dipilih material pipa commercial steel 2 in sch 40 (Ken, 1965), maka Diameter dalam (ID)

= 2,067 in = 0,1723 ft

Diameter luar (OD)

= 2,38 in = 0,1983 ft

Luas penampang pipa (Ai) = 0,0233 ft 2 (inside sectional area) b. Pengecekan Bilangan Reynold, N Re

Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :

v= =

� = 2,78 ft/s 0,0233 ��2 sehingga : � .� . �� 25,056 � 2,78 � 0,1723

Bilangan Reynold, N Re =

Berdasarkan nilai NRe = 225,631yang merupakan jenis aliran laminar, maka diperoleh : Berdasarkan nilai NRe = 225,631yang merupakan jenis aliran laminar, maka diperoleh :

c. Panjang ekivalen total perpipaan ( ∑L) Instalasi pipa :

- Panjang pipa lurus (L 1 ) = 30 ft

- 2 buah gate valve fully open ; L/D = 13 (Foust, 1980) L 2 = 3 x 15 x 0,2557 = 6,65 ft

- 0 3 buah elbow standar 90 C (L/D =30) (Foust, 1980) L 3 = 3 x 30 x 0,2557 = 23,01 ft - 1 buah sharp edge entrance (K = 0,5 ; L/D = 16) (Foust, 1980) L 4 = 1 x 16 x 0,2557 = 4,09 ft - 1 buah sharp edge exit (K = 1 ; L/D = 36)

(Foust, 1980) L 5 = 1 x 36 x 0,2557 = 9,21 ft

Maka, ∑L

=L 1 +L 2 +L 3 + L4+ L 5

= 30 + 6,65 + 23,01 + 4,09 + 9,21 = 72,96 ft

d. Menentukan friksi, ∑F : 4 �.�2 ∑�

= 14,4234 ft.lbf / lbm 11,0872

e. Kerja yang diperlukan, -Wf : 2 � 2

+ ∑F + Wf = 0 (Geankoplis, 1983) 2. ��

Bila : Wf

;v 2 = 2,0386 ft/s

2 P 2 1 = 1 atm = 14,696 lbf/in = 2.117,92 lbf/ft

1 = 2.556,34 lbf/ft

2 = 2.556,34 lbf/ft x = 17,7524 lbf/in

25,056 = 122,289 ft.lb f /lb m

f. Daya pompa, Ws :

Untuk efisiensi alat 80%, maka : Tenaga pompa yang dibutuhkan = 0,36

0,8 = 0,45 hp (Geankoplis, 1983) Maka dipilih pompa yang berdaya motor ½ hp

16. Storage Tank (T-101)

Fungsi : Untuk menyimpan karbon disulfida Bentuk

: Silinder Vertikal dengan dasar datar dan tutup ellipsoidal Bahan Kontruksi : Carbon steel C-SA-316 Jumlah

: 2 unit Temperatur 0 : 25 C

Tekanan

: 1 atm

Kebutuhan perancangan = 7 hari = 168 jam Faktor kelonggaran

Laju alir

= 1742,180 kg/jam

3 Densitas, ( 3 �

) = 400,475 kg/m = 0,0145 lbm/in 1.742,180 kg /jam

Laju volumetric bahan, V 3 = = 4,3502 m /jam

400,475 kg /m 3

Pehitungan : a. 3 Volume bahan, Vc = 4,3502 m /jam x 168 jam

= 7308,33 m 3

3 Volume tangki, V

T = ( 1 + 0,2 ) x 7308,33 m

3 = 8769,996 m

Direncanakan jumlah storage tank sebanyak 2 unit, sehingga volume masing- masing tangki = 667,386 m 3

b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan perbandingan diameter dengan silinder tangki D:H = 3 : 2 Volume shell tangki (Vs) :

Vs = � Di H = D � �� = 1,1775 D

Tutup tangki ellipsoidal dengan rasio axis terhadap minor = 2 :1 Tinggi head, Hd = 1/6 x D

(Brownell dan Young, 1959) 1 2 � 2 1

Volume tutup ellipsoidal, Vh = Vs = � Di H= 4 D

= 0,1304 D Maka : Vt = Vs + Vh

3 3 = 1,1775 D + 0,1304 D

3 = 1,3079 D

D= �

� 1,3079 � = 10,07 m

Sehingga desain tangki yang digunakan : -Diameter tangki

= 10,07 m = 396,457 in

-Tinggi silinder, Hs = x D = 1,5 x 10,07 m = 15,11 m

-Tinggi tutup ellipsoidal, Hh = x D = 0,17 x 10,07 m = 1,71 m

-Jadi tinggi tangki, H T = Hs + Hh = 15,11 m + 1,71 m

= 16,82 m = 16,82 m

Tinggi cairan dalam tangki, Hc =

�� 667,386 �3 = 28,08 m = 1105,51 in

d. Tekanan desain, P :

Tekanan hidrostatis = +P 0 (Pers. 3.17 Brownell & Young, 1959)

Jika faktor keamanan = 10 % = 0,1 P Desain

= (1 + 0,1) x 14,81 psi = 16,29 psi

e. Tebal dinding tangki (bagian silinder), d : Faktor korosi (C)

= 0,0042 in/thn (Chuse & Eber, 1954) Allowable working stress (S)= 16.250 lb/in 2 (Brownell,1959)

Efisiensi sambungan (E)

Umur alat (A) direncanakan = 10 tahun

Tebal silinder (d) =

�.�−0,6� (Timmerhaus,2004) Dimana :

+ (C x A)

d = tebal tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi) R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan

E = efisiensi sambungan 16,29 � 198,23

+ 0,042 in = 0,28 inc

13812 ,5 �� 2 −9,77 ��� f. Tebal dinding head (tutup tangki), dh :

Faktor korosi (C) = 0,0042 in/thn (Chuse & eber,1954) Allowable working stress (S) = 16250 lb/in2

(Brownell,1959)

Efisiensi sambungan (E)

Umur alat (A) direncanakan

= 10 tahun

Tebal head (dh) =

Dimana :dh = tebal dinding head (in)

Di = diameter tangki (in) R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan

E = efisiensi sambungan

d= + (0,0042 x 10) 2(16250 � 0,85)−(0,2 � 16,29) 6458 ,285 ��� .��

27621 ,74 ��� Maka dipilih tebal silinder = ½ in

+ 0,042 in = 0,28 in

17. Gudang bahan baku (G-102)

Fungsi : Menyimpan bahan baku belerang, direncanakan untuk kebutuhan 7 hari

Bentuk

: Persegi

Bahan konstruksi : Beton Jumlah

: 1 Unit Temperatur o : 30 C

Tekanan

: 1 atm

Kebutuhan belerang

= 20,904 kg/jam

Kebutuhan belerang = 20,904 kg/jam x 24 jam/hari x 7 hari = 3.511,872 kg

3 Densitas beleang, 3 � = 125 lb/ft = 2002,2262 kg/m (Perry, 1984)

Volume belerang, V 3 = = = 1.753 m

Faktor kelonggaran (fk) = 20% 3 Volume gudang = (1 + 0,2) x 1.753 m 3 = 2.1036 m

Gudang direncanakan berukuran p : l : t = 2 : 2 : 1

Volume gudang (V)

=pxlxt 3 = 2t x 2t x t = 4t

Tinggi gudang (t) = � =

= 0,725 m

Sehingga panjang (P)

= 2 x 0,725 = 1,45 m

Lebar (l)

= 2 x 0,725 = 1,45 m

18. Bucket Elevator (BE-102)

Fungsi : Mengangkut belerang dari gudang penyimpanan ke Rooler Mill (FR-102)

Bentuk : Spaced-Bucket Centrifugal Discharge Elevator Bahan Kontruksi : Malleable-iron Jumlah

: 1 unit

Laju Alir

: 20,904 kg/jam

Temperatur o : 30 C

Tekanan

: 1 atm

Laju bahan yang diangkut

= 20,904 kg/jam

Faktor kelonggaran, fk = 12% (Tabel 28-8, Perry, 1999) Kapasitas bucket elevator = 1,12 x 20,904 kg/jam =23,412 kg/jam Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam,

(Tabel 21-8, Perry, 1999) Spesifikasi : - Tinggi elevator

= 25 ft =7,62 m - 1/4 Ukuran bucket = (6 x 4 x 4 ) in

- Arang tempurung antar bucket = 12 in = 0,305 m - Kecepatan bucket

= 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s - Kecepatan putaran = 43 rpm - Lebar belt

= 7 in = 0,1778 m = 17,78 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P) :

P = 0,07 m 0,63 ∆Z (Timmerhaus, 2004)

Dimana :

= daya (kW)

= laju alir massa (kg/s)

∆Z

= tinggi elevator (m)

m = 20,904 kg/jam = 0,0234 kg/s ∆Z = 25 ft = 7,62 m

Maka : P = 0,07 x (0,0234) 0,63 x 7,62

= 0,050 kW x

= 0,067 hp

19. Roller Mill (FR-102)

Fungsi : Memperkecil ukuran belerang dari gudang penyimpanan (G-102) sebelum ke unit Reaktor (R-101). Jenis

: Double Toothed-Roll Crusher

Bahan Konstruksi : Stainless Steel Kondisi operasi 0 : Temperatur (T) = 30 C

Tekanan (P)

=1 atm

Laju belerang

= 20,904 kg/jam

Faktor kelonggaran, fk = 1,2 x 20,904 kg/jam = 25,0848 kg/jam

= 0,25 ton/jam

Untuk Roller Mill kapasitas < 4 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut (Tabel 12-8b Walas, 1988) :

• Diameter ukuran roll

: 3 in = 0,25 ft

• Face ukuran roll

: 24 in = 2 ft

• Berat balls

: 2,4 lb = 1,09 kg

• Kecepatan roll

: 39,8 rpm

• Kapasitas

: 4 ton/jam

• Daya motor yang digunakan

Kecepatan kritis = � � = �

17,5043 rpm Daya pada skala laboratorium (Ne) = 2 2,26 Hp

(Perry, 1999) Diambil efisiensi = 70%

Kecepatan Mill (k) -3 = Nm x D x 2,2046 x 10

-3 = 39,8 rpm x 0,25 x 2,2046 x 10 = 0,0219 rpm

2 Daya penghancur (P) = (0,7 x l – 1) x k x (0,5D) 2,26 x2

2 2,26 = (0,7 x 2 – 1) x 0,0219 x (0,5 x 0,25) x2 = 0,0011 kW = 0,0015 Hp

20. Vibrating Screen (SS-102)

Fungsi : Menyaring belerang besarmenjadi ukuran 20 mess Jenis

: Vibrating Screen

Bahan Konstruksi : Stainless Steel Jumlah

: 1 unit

Kapasitas

: 84,3089 kg/jam

Temperature o : 30 C

Tekanan

: 1 atm

Laju umpan (F)

: 20,904 kg/jam

Faktor kelonggaran,fk

(Perry,1999) Kapasitas vibrating screen

=(1+f k )xF = ( 1 + 0,2 ) x 20,904 kg/jam = 25.0848 kg/jam

Ayakan yang dipilih : (Perry,1999) • No ayakan

= 18 (1,00 mm) • Bukan ayakan

= 1 mm = 0,0394 in

• Diameter wire = 0,580 mm = 0,0228 in • Tyler equivalent

= 16 mesh

2 Menghitung faktor bukaan-area (F 2 oa ), F oa = 100 a .m Dimana :

a = bukaan ayakan = 0,0394 in

d = diameter wire = 0,0228 in

,F oa = 100 a . � �

Perhitungan luas screen (A), A =

Dimana : C t = laju bahan yang lewat = 17,768 kg/jam = 0,0717 ton/jam

2 C u = unit kapasitas = 0,32 ton/h.ft (Perry,1999)

F oa = faktor bukaan-area = 0,4012

F s = faktor slotted area = 1,5 (Perry,1999)

(0,32 ℎ . ��2)(0,4012)(1,5) Menentukan panjang (P) dan lebar (L) ayakan :

F s = P : L = 1,5 ; P = 1,5 L

2 A = P x L = 1,5L x L = 1,5 L

L= � 1,5 � = 0,1896 ft = 0,0578 m

P = 1,5 (0,0578 m) = 0,0867m Untuk kapasitas 0,0717 ton/h, dipilih spesifikasi

(Mc.Cabe, 1985) Kecepatan getaran

: 3600 vibrasi/menit

Daya

: 4 hp

21. Belt Conveyor (BC-103)

Fungsi : Mentransfer belerang ke bucket elevator (BE-103) Jenis

: Horizontal Belt Conveyor

Material

: Commercial Steel Temperature o : 30 C

Tekanan

: 1 atm

Laju bahan yang diangkat = 17,768 kg/jam Faktor kelonggaran

= 30% (Class – D27 – Phosphate Rock) (Tabel 21-5, Perry, 1999) Kapasitas belt conveyor = 1,3 x 17,768 kg/jam = 23.0984 kg/jam

= 0,0239 ton/jam

Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut : (Tabel 21-7, Perry, 1999)

• Lebar belt = 14 in = 35 cm 2 • 2 Luas area = 0,11 ft = 0,010 m

• Kecepatan belt normal = 200 ft/menit = 61 m/menit • Kecepatan belt maksimum

= 300 ft/menit = 91 m/menit

• Belt plies minimum

• Belt plies maksimum

• Kecepatan belt = 100 ft/menit = 30,5 m/menit • Daya motor yang digunakan

= 0,44 Hp

22. Bucket Elevator (BE-103)

Fungsi : Mengangkut belerang menujuReaktor (R-101) Jenis

: Spaced-Buckrt Centrifugal-Discharge Elevator Bahan

: Malleable-ion

Jumlah : 1 unit Kondisi Operasi :- Temperatur (T) 0 = 30 C

Tekanan (P) = 1 atm

Laju bahan yang diangkut

= 71,663 kg/jam

Faktor kelonggaran, fk = 12% (Tabel 28-8, Perry, 1999)

Kapasitas bucket elevator = 1,12 x 17,768 kg/jam= 19,90 kg/jam Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam,(Tabel 21-8, Perry, 1999) Spesifikasi :

- Tinggi elevator = 25 ft = 7,62 m - 1/4 Ukuran bucket = (6 x 4 x 4 ) in

- Arang Tempurung antar bucket = 12 in = 0,305 m - Kecepatan Bucket

= 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s

- Kecepatan Putaran = 43 rpm - Lebar belt

: 7 in = 0,1778 m =17,78 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P) :

P = 0,07 m 0,63 ∆Z ( Timmerhaus,2004) Dimana:

= daya (kW) m

= laju alir massa (kg/s)

= tinggi elevator (m) m = kg/jam = 0,0223 kg/s ∆Z = 25 ft = 7,62 m

∆Z

Maka : 0,63 P = 0,07 x (0,0223) x 7,62

1,341 ℎ�

= 0,0486 kW x

= 0,0651 hp 1 ��

LAMPIRAN D SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS

Utilitas merupakan unit dalam memperlancar jalanya suatu proses produksi. Dalam suatu pabrik, utilitas memegang peranan yang penting. Karena proses produksi dalam suatu pabrik tidak akan berjalan dengan baik jika utilitas tidak ada, Oleh sebab itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik

Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik karbon disulfida dari arang tempurung kelapa dan belerang adalah sebagai berikut :

1. Kebutuhan air

2. Kebutuhan listrik

3. Kebutuhan udara dingin

D.1 Unit Penyediaan Air

A. Air Sanitasi

1. Kebutuhan Karyawan Kebutuhan karyawan = 120 L/hari per orang

(standar WHO) Jumlah karyawan yang menggunakan air sanitasi adalah 120 orang/hari

Densitaas air 30 3 C = 999,99 kg/m = 0,999 kg/L Jadi kebutuhan air untuk 120 orang setiap hari adalah :

Kebutuhan air = 120orang x 120 L/hari/orang x 0,999 kg/L = 14.385,6 kg/hari = 599,4 kg/jam

2. Air untuk Laboratorium, Taman dan Keperluan Lain Air untuk kebutuhan laboratorium, taman dan keperluan lain diperkirakan 30% dari kebutuhan karyawan Maka, 30 % x 599,99 kg/jam = 179,82 kg/jam Jadi kebutuhan air untuk karyawan, laboratorium dan kebutuhan lain adalah = 599,99 + 180,00 = 779,99 kg/jam

3. Air untuk pemadam kebakaran dan cadangan air Diperkirakan 40 % berlebih dari kebutuhan air sanitasi, sehingga total kebutuhan air sanitasi adalah = 1,4 x 779,22 kg/jam = 1.090,908 kg/jam

Tabel D.1 Total Kebutuhan Air Sanitasi

No Keperluan Kebutuhan (kg/jam)

B. Air Pendingin Air pendingin berfungsi sebagai media pendingin pada alat perpindahan panas

Tabel D.2 Tabel Kebutuhan Air Pendingin

No Kode Alat Nama Alat Jumlah (kg/jam)

Untuk memenuhi kebutuhan air, maka pada Pra Perancangan Pabrik Pembuatan Karbon Disulfida ini menggunakan air sungai. Sebelum digunakan, air sungai tersebut masih perlu diproses untuk memenuhi standar air sanitasi dan air pendingin.

Air untuk pendingin direncanakan akan didinginkan kembali (Sirkulasi) dalam cooling tower, sehingga tidak diperlukan penggantian air pendingin, kecuali bila ada kebocoran atau kehilangan karena penguapan. Untuk memenuhi pemakaian air maka disediakan penambahan air sebesar 20% dari kebutuhan air pendingin. Kuantitas penambahan air = (1+0,2) x 139,202 kg/jam = 167,042 kg/jam

L.D.1 Screening (SC)

Fungsi : menyaring partikel-partikel padat yang besar Jenis

: bar screen

Jumlah

: 1 unit

Bahan konstruksi

: stainless steel

Bar clear spacing

Kondisi operasi: - Temperatur

= 30 °C

- 3 Densitas air ( ρ) = 995,68 kg/m (Perry dkk, 1997) - Laju alir massa

= 867,6306 kg/jam

� 867,6306 ��� � 1 ��� /3600� - Laju alir volumetric, Q =

ρ 995,68 kg /m 3

Q = 0,00024 m 3 /s

Direncanakan ukuran screening: Panjang

= 2m Lebar

Gambar LD. 1 Spesifkasi screening Misalkan, jumlah bar = x Maka,

LD-1

20x + 20 (x + 1) = 2000

40x = 1980 x = 49,5 ≈ 50 buah

2 Luas bukaan (A 2