Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Keramik Barium Titanat dengan Kapasitas Produksi 700 Ton/Tahun
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas pembuatan keramik BaTiO adalah 700 ton/tahun dengan ketentuan
3
sebagai berikut : 1 tahun = 330 hari kerja 1 hari = 24 jam Kapasitas tiap hari : ton 1 tahun 1000 kg = 700 x x tahun 330 hari 1 ton
= 2121,212 kg/ hari Kemurnian = 99,99 % (BaTiO )
3 Impiuritis = 0,01 % (BaCO , TiO )
3
2 Perhitungan Mundur Furnace 1.
8 CO
2
6
7 Furnace BaCO
BaTiO
3
3 TiO
2 BaCO (s) + TiO (s) BaTiO (s) + CO (g)
3
2
3
2
6
7
8 Neraca Massa total : F = F + F
Neraca masing
- – masing komponen :
7 F BaTiO = 2121,212 kg/hari
3
7 N BaTiO = 9,0964 kmol/hari
3 Kemurnian produk yang diinginkan adalah 99,99 % yang berfasa padatan sehingga
banyaknya massa mol BaCO dan TiO yang bereaksi adalah sebesar 99,99 % agar
3
2
didapat kemurnian produk yang diinginkan, maka :
7
8
6 N BaTiO = N CO = 0,999 N BaCO
3
2
3
6 N BaCO = 9,0973 kmol/hari
3
6 N TiO = 9,0973 kmol/hari
2 LA-1
LA-2 Maka,
6 F BaCO = 9,0973 x 197,336 = 1795,23 kg/hari
3
6 F TiO = 9,0973 x 79,866 = 726,56 kg/hari
2
8 F CO = 9,0946 x 44,0095 = 400,30 kg/hari
2
7 F BaCO = (9,0955 - 9,0946 ) x 197,336 = 0,180 kg/hari
3
7 F TiO = (9,0955 - 9,0946 ) x 79,866 = 0,072 kg/hari
2
6
6
6
3
2
= 1795,23 kg/hari + 726,56 kg/hari = 2521,79 kg/hari
2. Pneumatic Press
4
5 Pneumatic Press BaCO
BaCO
3
3 TiO
TiO
2
2 Neraca Massa Total
4
5
6 F = F =F
= 2521,79 kg/hari Neraca Massa Komponen :
4
5 F BaCO = F BaCO
3
3
= 1795,23 kg/hari
4
5 F TiO = F TiO
2
2
= 726,56 kg/hari
3. Mixer
3
4 Mixer BaCO
BaCO
3
3 TiO
TiO
2
2 Neraca Massa Total
3
4 F = F
= 2521,79 kg/hari
LA-3 Neraca Massa Komponen :
3
4 F BaCO = F BaCO
3
3
= 1795,23 kg/hari
3
4 F TiO = F TiO
2
2
= 726,56 kg/hari
4. Conveyor
3
2
1
2
3 Conveyor BaCO
3 TiO
2 Neraca Massa Total
1
2
3 F + F = F
= 2521,79 kg/hari Neraca Massa Komponen :
1
3 F BaCO = F BaCO
3
3
= 1795,23 kg/hari
2
3 F TiO = F TiO
2
2
= 726,56 kg/hari
Perhitungan Maju Conveyor 1.
BaCO TiO
3
2
1
2
3 Conveyor BaCO
3 TiO
2 Neraca Massa Total
1
2
3 F + F = F
= 2521,79 kg/hari Neraca Massa Komponen :
LA-4
1
3 F BaCO = F BaCO
3
3
= 1795,23 kg/hari
2
3 F TiO = F TiO
2
2
= 726,56 kg/hari
Mixer 2.
Mixer
BaCO BaCO
3
3 TiO
TiO
2
2 Neraca Massa Total
3
4 F = F
= 2521,79 kg/hari Neraca Massa Komponen :
3
4 F BaCO = F BaCO
3
3
= 1795,23 kg/hari
3
4 F TiO = F TiO
2
2
= 726,56 kg/hari
3. Pneumatic Press
4
5 Pneumatic Press BaCO
BaCO
3
3 TiO
TiO
2
2 Neraca Massa Total
4
5 F = F
= 2521,79 kg/hari Neraca Massa Komponen :
4
5 F BaCO = F BaCO
3
3
= 1795,23 kg/hari
4
5 F TiO = F TiO
2
2
= 726,56 kg/hari
LA-5
Furnace 4.
8 CO
2
6
7 Furnace BaCO
BaTiO
3
3 TiO
2
3
2
3
2
6
7
8 Neraca Massa total : F = F + F
Neraca masing
- – masing komponen :
7 F BaTiO = 2121,212 kg/hari
3
7 N BaTiO = 9,0964 kmol/hari
3 Kemurnian produk yang diinginkan adalah 99,99 % yang berfasa padatan sehingga
banyaknya massa mol BaCO dan TiO yang bereaksi adalah sebesar 99,99 % agar
3
2
didapat kemurnian produk yang diinginkan, maka :
7
8
6 N BaTiO = N CO = 0,999 N BaCO
3
2
3
6 N BaCO = 9,0973 kmol/hari
3
6 N TiO = 9,0973 kmol/hari
2 Maka,
6 F BaCO = 9,0973 x 197,336 = 1795,23 kg/hari
3
6 F TiO = 9,0973 x 79,866 = 726,56 kg/hari
2
8 F CO = 9,0946 x 44,0095 = 400,30 kg/hari
2
7 F BaCO = (9,0955 - 9,0946 ) x 197,336 = 0,180 kg/hari
3
7 F TiO = (9,0955 - 9,0946 ) x 79,866 = 0,072 kg/hari
2
6
6
6 F total = F BaCO + F TiO
3
2
= 1795,23 kg/hari + 726,56 kg/hari = 2521,79 kg/hari
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Basis Perhitungan : 1 hari operasi Satuan operasi : kJ/hari
O
Temperatur : 28 C Neraca panas menggunakan rumus
- – rumus perhitungan sebagai berikut : Perhitungan Cp padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom, yaitu :
Tabel LB.1 Tebel Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison Unsur Atom
E
∆ Ba 32,37
Ti 27,24 O 13,42 C 10,89
Sumber : (Perry, 1999) Rumus Metode Hurst dan Harrison : C =
PS . ∆ =1
Dimana : C = Kapasitas panas padatan (J/mol.K)
PS
n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam suatu senyawa Ni = Jumlah unsur atom i dalam senyawa ∆ = Nilai dari kontribusi unsur atom i pada tabel LB.1
O
Menghitung Cp. BaCO pada 28 C :
3 Cp + 3
= ∆E Ba + ∆E C ∆E O = 32,37 + 10,89+ 3 (13,42) = 83,52 J/mol.K
O
Menghitung Cp TiO pada 28 C :
2 Cp + 2
= ∆E Ti ∆E O = 27,24 + 2 (13,42)
LB-1
LB-2 = 54,08 J/mol.K
O
Menghitung Cp BaTiO pada 28 C :
3 Cp + 3
- Ba ∆E Ti ∆E O
= ∆E
= 32,37 + 27,24+ 3 (13,42) = 99,87 J/mol.K
Dari data tabel kontribusi atom maka didapat Cp padatan, yaitu : Senyawa Cp(j/mol.k)
BaCO 83,52
3 TiO 54,08
2 BaTiO 99,87
3 O O
(kkal/mol) pada suhu 25
C, yaitu : Dari data entalpi pembentukan ∆H f
O
Senyawa (kkal/mol) ∆H f
BaCO -289,9
3 TiO -225,79
2 BaTiO 4,23
3 CO -94,5
2 Sumber :( Perry, 1999) LB.1 Furnace
8 CO
2
6
7 Furnace BaCO
BaTiO
3
3 TiO
2 301,15
6 Panas masuk furnace = (
)
298,15Tabel LB.3 Panas Masuk Furnace
Alur Komponen F(kg/hari) N(kmol/hari) N1∫Cp dT
BaCO 1.795,23 9,0973
3
6 TiO 726,56 9,0973
2 Q in
- ∑N
- CO
- ∆H f BaCO3
- ∆H f TiO3
- – (-289,9) – (-225,79) = 425,42 j/mol
4
2
(1.623
2
2
)
3
x10
(1.623.15
3
3
) +
3,746
x 10
) =1x(19,02(1.623,15-298,15) +
(1.623,15
4
4
)
5
x 10
(1.623,15
5
15
5
) = 68.723, 945 j/mol
∆Hr
= 425,42 + (-110,644+- 71,656+ 132.327,75 + 68.723, 945) = 19.157,115 j/mol r = 9,0964 kmol/hari
0,0796
2
LB-3
(g) Reaksi : ∆Hr = (∆H f BaTiO3 + + ∆H f CO2
Panas Keluar Furnace = ∑N
7 BaTiO3 ( ) 1623 ,15
301,15
8 CO2 ( ) 1623 ,15
301,15
= 9,0964 kmol/hari x 99,87 J/mol.K(1623,15-301,15)+9,0964 kmol/hari x68.723,94 J/mol = 1.826.123,495 kJ/hari BaCO
3
(s) + TiO
2
(s) BaTiO
3
2
) = 4,23 + (-94,5)
(
1.Panas Reaksi Pembakaran ∆H R (1.623,15) = ∆H R
(298,15) + ∑σ
( )
1623 ,15
298,15∑σ
( 3) 1623 ,15 298,15
= -1(83,52)x(1.623,5-298,15) = -110,644 j/mol
∑σ
( 2) 1623 ,15 298,15
= - 1 (54,08) x (1.623,15-298,15) = - 71,656 j/mol
∑σ (
3) 1623 ,15 298,15
= (99,87) x(1.623,15 – 298,15) = 132.327,75 j/mol
1623 ,15 298,15
- – 298,15
- 5
- 8
- – 7,37
- – 298,15
- 12
- 298,
- – 298,15
- – 8,133
LB-4 r = 174.260,99 kJ/hari
∆Hr
Panas yang dibutuhkan : Q = Q + r
out – Q in ∆Hr
= 1.826.123,495 kJ/hari
- – 0 kJ/hari + 174.260,99 kJ/hari = 2.000.384,49 kJ/hari
LAMPIRAN C
SPESIFIKASI PERALATAN
Spesifikasi peralatan dihitung berdasarkan urutan peralatan dalam flowsheet pembuatan keramik barium titanat.
LC.1 Gudang Penyimpanan TiO (G - 101)
2
2 Bentuk : Bangunan berbentuk balok dengan atap berbentuk limas
Bahan : Beton Kondisi penyimpanan : Tekanan : 1 atm
Suhu : 30 C Jumlah Gudang : 1 unit TiO yang diangkut dengan truk dimasukkan langsung kegudang penyimpanan
2
dengan kapasitas 30 hari. TiO ditempatkan dalam sak 2 – sak dengan berat @ 50 kg. Jadi 1 sak memuat :
50
2 Valume TiO = =
2 3 4.000 /
2
3
= 0,0125 m /sak Kebutuhan TiO = 726,56 kg/hari
2 Banyak sak yang dibutuhkan dalam 30 hari : 726,56
30 Jumlah sak (@ 50 kg) =
50 /
= 435,94 sak Volume total sak dalam 30 hari = 0,0125 x 435,94
3
= 5,4492 m Faktor kosong ruangan = 20 % dan area jalan dalam gudang = 20 %, sehingga :
3 Volume gedung yang dibutuhkan = 1,4 x 5,4492 m
3
= 7,6289 m Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 2,5 m, dengan tinggi tumpukan TiO 2 m, sehingga :
2 V = p x l x t
7,6289 = 2,5 x l x 2 LC-1
LC-2 l = 1.526 m Tinggi bangunan direncanakan 2x tinggi tumpukan bahan baku = 4 m. Sehingga, ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah : Panjang = 2,5 m Lebar = 2 m Tinggi = 4 m
LC.2 Gudang Penyimpanan BaCO
3 (G - 102)
Fungsi : Tempat penyimpanan BaCO sebelum diproses selama 30
3
hari Bentuk : Bangunan berbentuk balok dengan atap berbentuk limas Bahan Kontruksi : Beton Kondisi penyimpanan : Tekanan : 1 atm
O
Suhu : 30 C Jumlah gudang : 1 unit BaCO yang diangkut dengan truk dimasukkan langsung ke gudang penyimpanan
3
dengan kapasitas 30 hari, BaCO ditempatkan dalam sak 3 – sak dengan berat @ 50 kg.
50
3 Valume BaCO = =
3 3 4.286 /
3
3
= 0,01167m /sak Kebutuhan BaCO = 1795,23 kg/hari
3 Banyak sak yang dibutuhkan dalam 30 hari : 1795,23
30 Jumlah sak (@ 50 kg) =
50 /
= 1.077,14 sak Volume total sak dalam 30 hari = 0,01167 x 1.077,14
3
= 12,566 m Faktor kosong ruangan = 20 % dan area jalan dalam gudang = 20 %, sehingga :
3 Volume gedung yang dibutuhkan = 1,4 x 12,566 m
3
= 17,59 m
LC-3 Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 4 m, dengan tinggi tumpukan BaCO 2 m, sehingga :
3 V = p x l x t
17,59 = 4 x l x 2 l = 2,199 m Tinggi bangunan direncanakan 2x tinggi tumpukan bahan baku = 4 m. Sehingga, Panjang = 4 m Lebar = 2,5 m Tinggi = 4 m
LC.3 Bucket Elevator (BE - 103)
Fungsi : Mengangkut TiO dari gudang penyimpanan ke silo
2 Bentuk : Continuous
- – Bucket elevator
Bahan Kontruksi : Malleable - iron Kondisi penyimpanan : Tekanan : 1 atm
O
Suhu : 30 C Jumlah : 1 unit Faktor kelonggaran : 12 % (Perry&Green, 1997) Laju umpan = 726,56 kg/hari = 30,27 kg/jam Kapasitas total conveyor = (1 + faktor keamanan ) x Laju umpan
= (1 + 0,12 ) x 30,27 kg/jam = 33,90 kg/jam = 0,0339 ton/jam
Untuk bucket elevator kapasitas 2 ton/jam, spesifikasi :
- Tinggi elevator = 25 ft
(Perry&Green,1997)
- Ukuran bucket = (6 x 4 x 4,25) in
- Jarak antar bucket = 12 in Perhitungan daya yang dibutuhkan (P) :
0,63
P = 0,07 m ∆Z
(Timmerhaus,2004) Dimana : P = Daya (kW)
M = Laju Alir Massa (kg/s)
LC-4 ∆Z = Tinggi Elevator (m) m = 33,90 kg/jam = 0,0094 kg/s
∆Z= 25 ft = 7,62 m
0,63
P = 0,07 (0,0094) (7,62) = 0,028 kW = 0,03785 hp
Efisiensi motor = 80 % Maka dipakai motor dengan daya ½ hp
LC.4 Bucket Elevator (BE
- – 104)
Fungsi : mengangkut BaCO dari gudang penyimpanan
3 BaCO ke silo
3 Jenis : Continuous
- – bucket Elevator
Bahan konstruksi : Malleable
- – iron
Jumlah : 1 unit Kondisi penyimpanan : Tekanan : 1 atm
O
Suhu : 30 C Faktor kelonggaran = 12 % (Perry & Green, 1997) Laju umpan = 1795,23 kg/hari = 74,80 kg/jam Kapasitas total conveyor = (1 + faktor keamanan) x Laju umpan
= (1 + 0,12) x 74,80 kg/jam = 83,77 kg/jam = 0,0838 ton/jam
Untuk bucket elevator kapasitas < 2 ton/jam, spesifikasi :
- Tinggi elevator = 25 ft (Perry& Green,
1997)
- Ukuran elevator = (6 x 4 x 4,25 ) in
- Jarak antar bucket = 12 in Perhitungan daya yang dibutuhkan (P) :
0,63
P = 0,07 m (Timmerhaus, 2004)
∆Z Dimana : P = Daya (kW) m = laju alir massa (kg/s)
LC-5 ∆Z= tinggi elevator (m)
M = 83,77 kg/jam = 0,0233 kg/s ∆Z = 25 ft = 7,62 m 1 hp = 0,74570 kW
0,63
P = 0,07 (0,0233) (7,62) = 0,05 kW = 0,067 hp
Daya yang dibutuhkan = 0,067 hp/0,8 = 0,084 hp Maka dipakai motor dengan daya ½ hp.
LC.5 Silo (S-110)
Fungsi : menampung TiO dari Bucket elevator
2 Jenis : mass-flow silo
Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Temperatur (T) : 30 C
Tekanan (P) : 1 atm Desain alat untuk silo
Valley bentuk bawah valley
Laju alir masuk : 726,565 kg/hari = 30,27
2
3
: 4000 kg/m ρ TiO Kebutuhan perancangan: 7hari Untuk kapasitas 1 minggu hari dapat dihitung :
2
= 30,27 kg/jam x 7 hari x 24 jam/hari
F TiO
= 5085,95 kg
5085 ,95
2
2
3 Volume Tio = = = 1,27 m 3 4000
2 /
Faktor kelonggaran = 20 %
3 Volume yang dibutuhkan = (1,2) 1,27m
3
= 1,526 m Diameter dan tinggi silo Volume silo (V
s
2 H; asumsi : Di:H=1:3
3 Di = 0,865 m
i
Untuk kapasitas 1 minggu hari dapat dihitung : LC-6
: 4286 kg/m
Laju alir masuk : 1795,23kg/hari = 74,80 kg/jam ρ BaCO3
Valley bentuk bawah valley
Tekanan (P) : 1 atm Desain alat untuk silo
dari Bucket elevator Jenis : mass-flow silo Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Temperatur (T) : 30 C
3
Fungsi : menampung BaCO
LC.6 Silo (S-111)
Diasumsikan perbandingan diameter dan tinggi silo dan valley 5:1, maka Diameter valley adalah 1/5 x 0,865 m = 0,173 m Tinggi valley adalah 1/5 x 2,6 m = 0,52 m Ukuran Bin opening (valley) = B =0,10 m Dan θ yang sesuai adalah 22
= 3 x 0,865 m= 2,6 m Volume valley (Vv)
H = 3 x D
) Vs =
3
3
πDi
4
3
(brownell,1959) 1,526 =
3
πDi
4
3
Vs =
πDi
4
1
3 Kebutuhan perancangan: 7hari
LC-7 = 74,80 kg/jam x 7 hari x 24 jam/hari
F BaCO3
= 12.566,6 kg BaCO 3 12.566,6
3 Volume = = = 2,932 m BaCO3
3
BaCO 3 4286 /Faktor kelonggaran = 20 %
3
Volume yang dibutuhkan = (1,2) 2,932 m3
= 3,52 m Diameter dan tinggi silo
) Volume silo (V s
1
2 Vs = H; asumsi : Di:H=1:3
πDi
4
3
3 Vs =
(brownell,1959) πDi
4
3
3
3,52 = πDi
4
3
3 Di = 1,490 m
Di = 1,143 m H = 3 x D = 3 x 1,143 m= 3,43 m
i
Volume valley (Vv) Diasumsikan perbandingan diameter dan tinggi silo dan valley 5:1, maka Diameter valley adalah 1/5 x 1,143 m = 0,229m Tinggi valley adalah 1/5 x 3,43 m = 0,686m Ukuran Bin opening (valley) = B =0,15 m Dan θ yang sesuai adalah 22
LC.7 Screw conveyor (SC-112)
Fungsi : mengangkut TiO menuju Mixer
2 Bahan Konstruksi : Carbon steel
Kondisi operasi : Tekanan : 1 atm Suhu : 30 atm
Jumlah : 1 unit Data :
= 726,56 kg/hari = 30,27 kg/jam = 0,0084 kg/s
F TiO2
3 = 4000 kg/m
ρ TiO2
LC-8 Direncanakan dalam suatu proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit) Panjang screw conveyor diperkirakan = 20 m = 65,616 ft Laju volumetrik conveyor :
30,27
1 /
=
3
4000 1/6 /
3 -5
3
= 0,0454 m /jam = 1,2614x10 m /s
0,82
Daya conveyor, P = 0,07 F L Dimana : P = Daya conveyor (kW) F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m)
0,82
Maka P = 0,07 x (0,0084) x 20 = 0,02780 kW = 0,03730 hp
Efisiensi motor = 80 % Daya yang dibutuhkan = 0,03730 hp/0,8 = 0,0466 hp Maka dipakai motor dengan daya ½ hp
LC.8 Screw Conveyor (SC-113)
Fungsi : Mengangkut BaCO menuju Mixer
3 Bahan Konstruksi : Carbon steel
Kondisi operasi : Tekanan : 1 atm Suhu : 30 C
Jumlah : 1 unit Data : F = 1795,23 kg/hari = 74,780 kg/jam = 0,02078 kg/s
BaCO3
3
= 4.286 kg/m ρ BaCO3 Direncanakan dalam satu proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit) Panjang screw conveyor diperkirakan = 20 m = 65,616 ft Laju volumetrik conveyor :
74,780
1 /
=
3
4286 1/6 /
3 -5
3
= 0,1047 m /jam = 2,9087x 10 m /s
0,82
Daya Conveyor, P = 0,07 F L
LC-9 Dimana : P = Daya conveyor (kW) F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m)
0,82
Maka P = 0,07 x (0,02078) x 20 = 0, 0582 kW
Efisiensi motor = 80 % Daya yang dibutuhkan = 0,0780 hp/0,8 = 0,0979 hp Maka dipakai motor dengan daya ½ hp
LC.9 mixer (M-114)
Fungsi : Mencampurkan semua bahan baku agar menjadi homogen Jenis : Ribbon mixer Jumlah : 1 unit Bahan Konstruksi : Carbon steel Kondisi Operasi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 30 C Perhitungan dimensi pencampuran
Tabel LC.1 komposisi bahan yang masuk ke Mixer (M-114) Laju Alir
V ρ campuran
3
3
(kg/jam) (kg/m ) (M /jam) BaCO 1795,23 4.286 0,4189
3 TiO 726,565 4.000 0,1816
2 Total 2521,79 4.119,26 0,6005
Laju massa = 2521,79 kg/jam Waktu tinggal = 4 jam Perhitungan :
a. Volume Tangki
3
3 Volume campuran, V = 0,6005m /jam x 4 jam = 2,402 m
1 LC-10
3 Volume tangki, V = 1,2 (2,402) = 2,8824 m t
b. Diameter dan tinggi shell
- Volume shell tangki (V
- Volume tutup tangki (Ve)
= 3,1473 m
7
24
3
2,8824 m
3
=
7
24
3
3
3
(brownell & Yaoung, 1959)
= 1,4655 m = 4,808 ft = 57,696in H
s
= 1,4655 m = 4,808 ft = 57,696in
c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 1,4655 m Rasio axis = 2:1 Tinggi tutup = ½(
1,4655
2
) = 0,3664 m Maka, tinggi total tangki = 1,4655 m + 0,3664 m = 1,832 m
d. Tebal shell tangki Untuk cylindrical shells :
= .
. −0,6
P = maximum allowable internal pressure r = jari- jari tangki S = maximum allowable working stress Ej = joint efficiency Cc= allowance for corrosion
V = Vs + Ve =
3
LC-11 Tekanan udara luar, P = 1 atm = 101, 325 kPa
V
Direncanakan : H
s
= D
t
1:1 Dimana : H
s
= tinggi shell D
t
= diameter dalam tangki
s
)
s
24
=
4
2
=
4
2
=
4
3
(perry, 2007)
Ve =
- Volume tangki (V)
- (Timmerhaus, 2004) Dimana :
o
2
2 P = F/A = (2521,79kg/jam)(4 jam)(9,8 m/s ]
)/[π/4(1,8435 m)
2
= 37.054,38 N/m = 37,05 Kpa
P = P + P
operasi o
= 101,325 kPa + 37,05 kPa = 138,379 kPa P = (1,2)( 138,379 kPa)
design
= 166,055 kPa = 24,084 psi Untuk bahan konstruksi Carbon steel, SA
- – 285, Grade C : S = 13.750 psi Ej = 0,85 C = 0,02 in/tahun n = 10 tahun Cc = 0,02 in/tahun x 10 tahun = 0,2 in .
- =
. −0,6 24,084 57,696
= = 0,119
(13.750 0,85)−(0,6 24,084 )
Maka tebal shell yang dibutuhkan = ½ in
e. Tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell.
Maka tebal shell standart yang digunakan = ½ in ( Brownell,1959)
f. Sistem pengaduk Jenis pengaduk : Double helical ribbon Untuk ribbon blender kecepatan yang dipakai adalah 280 ft/min (tabel 19.2 perrys) Daya motor yang digunakan 1 hp Untuk Double helical ribbon standart (Geankoplis, 2003), diperoleh :
LC-12 Da/Dt = 1/3 : Da = 1/3 x 1,4655 m = 0,4885 m W/Da = 1/5 : W = 1/5 x 0,4885 m = 0,0977 m Dimana : Dt = diameter tangki Da = diameter helical W = lebar blade pada helical
LC.10 Screw Conveyor (SC-210)
Fungsi : Mengangkut campuran BaCO dan TiO menuju
3
2 Pneumatic press.
Bahan Konstruksi : Carbon steel Kondisi operasi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 30 C Jumlah : 1 unit Data : F = 2521,79 kg/hari = 105,075kg/jam = 0,0292 kg/s
campuran
3
= 4.119,26 kg/m Ρ campuran Direncanakan dalam satu proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit) Panjang screw conveyor diperkirakan = 20 m = 65,616 ft Laju volumetrik conveyor :
105,075
1 /
=
3
4.119,26 1/6 /
3 -5
3
= 0,1530 m /jam = 4,2514 x 10 m /s
0,82
Daya Conveyor, P = 0,07 F L Dimana : P = Daya conveyor (kW) F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m)
0,82
Maka P = 0,07 x (0,0292) x 20 = 0, 077 kW = 0,1035 hp
Efisiensi motor = 80 % Daya yang dibutuhkan = 0,1035 hp/0,8 = 0,130 hp
LC-13 Maka dipakai motor dengan daya ½ hp
LC.11 Pneumatic press (P-211)
Fungsi : Tempat mencetak campuran menjadi blok keramik Bahan konstruksi : Plat baja Kondisi operasi : Tekanan : 1 atm Jumlah : 1 unit 2
= −
4
(Heine, 1967) Dimana : P = Tekanan Udara, umumnya 90-110 psi dc = Diameter piston (in) W = Berat total (lbm) Faktor toleransi = 10 % W = (100+10)% x 20 kg = 22 kg = 4,85 lb
- 2
dc = 2
16+4,85
=
3,14 100
= 0,066 in
LC.12 Belt Conveyor (BC-212)
Fungsi : Mengangkut blok keramik ke gudang penyimpanan sementara Jenis : Horizontal belt conveyor Bahan Konstruksi : Carbon Steel Kondisi Operasi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 30 atm Jumlah : 1 unit Data : Jumlah materi : 2521,79kg/hari = 105,075 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 %
LC-14 Kapasitas materi : 1,2 x 105,075 kg/jam = 126,09 kg/jam = 0,126 ton/jam Panjang : 20 ft Menghitung daya conveyor : P = P + P + P
empty horizontal vertikal
Kecepatan conveyor (µ) dapat dihitung : tabel 5.5a wallas diperoleh data untuk conveyor = 87,9
0,126
µ = x 100
87,9
= 0,1434 ft/menit Menghitung daya empty
Horsepower conveyor dengan panjang 20 ft dan tebal belt conveyor 24 inci
dapat dilihat dari grafik 5,5c wallas yaitu = 0,1 hp P = 0,1434 x 0,1 = 0,01434 hp
empty
Menghitung daya horizontal P = (0,4 + L/300)(w/100)
horizontal
(Wallas,1988)
20 = 20,0764
= cos 5 P = (0,4+20,0764/300)( 0,126/100) =0,00059 hp
horizontal
Menghitung Daya vertikal P = 0,001 H.w
vertikal
(Wallas,1998) H = 20 tg 5 = 1,7498 ft P = 0,001 x 1,7498 x 0,126
vertikal
= 0,00022 hp Dengan demikian daya conveyor seluruhnya adalah : P = 0,01434 hp + 0,00059 hp + 0,00022 hp
= 0,01515 hp Efisiensi motor 80 % Daya yang diperlukan untuk menggerakkan motor ,0,1515 /0,8 = 0,0189 hp
LC-15 Maka digunakan motor standar dengan daya ½ hp
LC.13 Gudang Penyimpanan Sementara Blok Keramik (G-213)
Fungsi : Tempat penyimpanan sementara blok keramik selama 30 hari Bentuk : Bangunan persegi dengan atap berbentuk limas Bahan : Beton
Suhu : 30 C Jumlah : 1 unit Perhitungan desain bangunan keramik yang telah dicetak memiliki berat 340,2504 gr/blok keramik
3
= 4.119,26 kg/m ρ campuran
0,34025
- 5
Volume produk keramik = 8,25 x 10 = F/ρ = 3
4.119,26 /
3
m /blok Laju produk keramik = 2521,79 kg/hari = 105,075 kg/jam Perkiraan banyaknya blok keramik yang tersimpan didalam gudang sementara
105,075
jumlah blok (@0,34025kg) =
0,34025
= 308,82 blok/jam
- 5
3 Volume total : 308,82 blok/jam x 8,25 x 10 m /blok x 30 hari x 24 jam/hari
3
= 18,366 m Faktor kosong ruangan = 20 % dan area jalan dalam gudang = 20 %, sehingga :
3
3 Volume ruang yang dibutuhkan = (1,4) 18,366 m = 25,71 m
Bangunan diperkirakan dibangun dengan panjang 5 m,dengan tinggi tumpukan 2 m, sehingga : V = p x l x t 25,71 = (5) x (l) x (2) L = 2,57 m
Tinggi bangunan direncanakan 2x tinggi tumpukan bahan baku = 5 m
LC-16 Sehiggga ukuran bangun gedung yang digunakan adalah Panjang = 5 m Lebar = 3 m Tinggi = 4 m
LC.14 Belt conveyor (BC-310)
Fungsi : Mengangkut blok keramik ke furnace Bahan Konstruksi : Carbon Steel Kondisi Operasi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 30 atm Jumlah : 1 buah Data : Jumlah materi : 2521,79kg/hari = 105,075 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 % Kapasitas materi : 1,2 x 105,075 kg/jam = 126,09 kg/jam = 0,126 ton/jam Panjang : 20 ft Menghitung daya conveyor : P = P + P + P
empty horizontal vertikal
Kecepatan conveyor (µ) dapat dihitung : Asumsi tebal belt conveyor 24 inci dengan angle of repose 20 maka dari tabel 5.5a wallas diperoleh data untuk conveyor = 87,9
0,126
µ = x 100
87,9
= 0,1434 ft/menit Menghitung daya empty dengan panjang 20 ft dan tebal belt conveyor 24 inci
Horsepower conveyor
dapat dilihat dari grafik 5,5c wallas yaitu = 0,1 hp P = 0,1434 x 0,1 = 0,01434 hp
empty
Menghitung daya horizontal P = (0,4 + L/300)(w/100)
horizontal
(Wallas,1988)
LC-17
20 = 20,0764
= cos 5 P = (0,4+20,0764/300)( 0,126/100) =0,00059 hp
horizontal
Menghitung Daya vertikal P = 0,001 H.w
vertikal
(Wallas,1998) H = 20 tg 5 = 1,7498 ft P = 0,001 x 1,7498 x 0,126
vertikal
= 0,00022 hp Dengan demikian daya conveyor seluruhnya adalah : P = 0,01434 hp + 0,00059 hp + 0,00022 hp
= 0,01515 hp Efisiensi motor 80 % Daya yang diperlukan untuk menggerakkan motor 0,1515 /0,8 = 0,0189 hp Maka digunakan motor standar dengan daya ½ hp
LC.15 Furnace (Q-311)
Fungsi : Tempat peleburan BaCO dan TiO sehingga
3
2
terjadi pembentukan keramik BaTiO
3 Jenis : Electric Furnace
Bahan Konstruksi : Refractory brik dengan dinding dalam (86,8 % Mgo, 6,3 % Fe O , 3 %
magnesite
2
3 CaO, 2,6 % SiO ), dinding tengah kaolin
2 insulating firebrick, dinding luar carbon steel plate SA- grade B, dengan elektroda grafit.
Kondisi : Tekanan : 1 atm Suhu : 1350 C
Jumlah : 3 buah
- TiO
- CO
12,24 m
3
) 0,5 10 = 12,24
3 Rasio tinggi (T) terhadap diameter (D) adalah L:D = 1:1
Volume tangki, V =1/4πD
2 L
V =1/ 4πD
3
3
2521,23 /
=1/4πD
3 D
3
= 15,59 m
3
D = 2,498 mL = 2,498 m slate plate T T
3 LC-18 T 1 Magn esite
Fire bric k T
4.119,26 /
= (
Tabel C.2 Komposisi bahan yang masuk ke Elektric furnace (Q-311)
726,43 4.000 0,1816 Total
Komponen Laju alir (kg/jam) ρ (kg/m
3 ) V campuran (m
3 /jam)
BaCO
3
1794,80 4.286 0,4188 TiO
2
2521,23 4.119,26 0,6120 Reaksi yang terjadi di dalam furnace :
( ) 0,5
BaCO
3(s)
2
BaTiO
3(s)
2
(g) Data : Panas yang dihasilkan = 176.483.931,5 kJ/hari Bahan menduduki 50 % volume dalam tungku, residence time 10 jam.
Volume tungku =
2
LC-19 Tebal dinding tungku reduksi Suhu permukaan dalam tungku 1350 C = 1623,15 K Suhu permukaan luar
28 C = 301,15 K Asumsi heat loss yang terjadi pada dinding
2
2
q = 500 Btu/ft .hr = 15.769, 53 W/m (Bird, dkk,2001)
o Magnesite
Tebal, ∆x = ∆x
1
2 T = 1350 C= 1623 K, k=1,46 Btu/ ft .hr( F/ft)=2,53 W/m. (Perry & Green,1997)
T = 1000 C
1
x = (k)(T ) x 1 (Bird,dkk, 2001)
1 – x – T
1
= (k)(T ) x 1 ∆x
1 – T
1
= (2,53)(1623,15
- – 1273,15) x 1/15.769,53 = 0,056 m
Kaolin insulating firebrick
Tebal, ∆x = ∆x
1
2 T = 1000 C= 1273 K, k=0,23 Btu/ ft .hr( F/ft)=0,4 W/m.K (Perry & Green,1997)
1 T = 60 C
2
x = (k)(T ) x 1 (Bird,dkk, 2001)
2 – x
1 1 – T
2
= (k)(T ) x 1 ∆x
2 1 – T
2
= (0,4)(1273,15-333,15) x 1/15.769,53 = 0,0315 m
Carbon steel plate SA-135 Grade B
Tebal, ∆x = ∆x
3 T = 28 C= 301,15 K, k =45,17 W/m.K (Perry & Green,1997)
3
3
x = (k)(T ) x 1 (Bird,dkk, 2001)
3 – x
2 2 – T
3
= (k)(T ) x 1
3
2
3
∆x – T = (45,17)(333,15-301,15) x 1/15.769,53 = 0,6166 m
Daya aktual yang dibutuhkan, Q = 2.000.384,486 kJ/hari (Lamp.B)
LC-20 = 23,15 kW
Q
Daya, P =
η 23,15
=
0,96
= 24,1173 kW = 32,34 hp
LC.16 Blower (JB-314)
Fungsi : Mengalirkan gas CO dari furnace ke lingkungan
2 Jenis : Blower sentrifugal
Bahan Konstruksi : Commercial steel Kondisi Operasi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 30 C Jumlah : 1 unit Perhitungan desain Blower : Laju alir = 400,33 kg/hari = 16,68 kg/jam
3
ρ = 1977 kg/m
16,68
3 Laju alir volumetrik gas, Q = = 0,0084 m /jam 1977
Efisiensi blower 75 %sehingga daya blower dapat dihitung dengan persamaan :
144
P =
33.000 144 0,75 0,0084
P =
33.000
- 5
P = 2,76 x 10 Hp Maka dipilih Blower dengan daya motor ½ Hp.
LC.17 Belt conveyor (BC- 312)
Fungsi : Mengangkut blok keramik ke gudang penyimpanan produk Jenis : Horizontal belt conveyor Bahan Konstruksi : Carbon Steel Kondisi Operasi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 30 atm
LC-21 Jumlah : 1 unit Data : Jumlah materi : 2121,21 kg/hari = 88,384 kg/jam Faktor kelonggaran : 20 % Kapasitas materi : 1,2 x 88,384 kg/jam = 106,06 kg/jam = 0,106 ton/jam Panjang : 50 ft P = P + P + P
empty horizontal vertikal
Kecepatan conveyor (µ) dapat dihitung : Asumsi tebal belt conveyor 24 inci dengan angle of repose 20 maka dari tabel 5.5a wallas diperoleh data untuk conveyor = 87,9
0,106
µ = x 100
87,9
= 0,1206 ft/menit Menghitung daya empty
Horsepower conveyor dengan panjang 50 ft dan tebal belt conveyor 24 inci dapat
dilihat dari grafik 5,5c wallas yaitu = 0,1 hp P = 0,1206 x 0,1 = 0,01206 hp
empty
Menghitung daya horizontal P = (0,4 + L/300)(w/100)
horizontal
(Wallas,1988)
50 = 50,19
= cos 5 P = (0,4+50,19/300)( 0,106/100) = 0,00060 hp
horizontal
Menghitung Daya vertikal P = 0,001 H.w
vertikal
(Wallas,1998) H = 50 tg 5 = 4,374 ft P = 0,001 x 4,374 x 0,106
vertikal
= 0,00046 hp Dengan demikian daya conveyor seluruhnya adalah : P = 0,01206 hp + 0,00060 hp + 0,00046 hp
LC-22 = 0,01313 hp
Efisiensi motor 80 % Daya yang diperlukan untuk menggerakkan motor 0,01313 /0,8 = 0,0164 hp Maka digunakan motor standar dengan daya ½ hp
LC.18 Gudang Penyimpanan Keramik BaTiO (G-313)
3
3 Bentuk : Bangunan persegi dengan atap berbentuk limas
Bahan : Beton Kondisi operasi : Tekanan : 1 atm
Suhu : 30 C Jumlah : 1 unit Perhitungan desain bangunan Keramik BaTiO di cetak dalam bentuk blok, setiap blok mempunyai ukuran yang
3
bervariasi, desain keramik BaTiO diperkirakan sebagai berikut :
3 Mempunyai ukuran :
3
3 Volume : 0,0000825 m =82,5 cm
Massa : 340,2504 gr Direncanakan ukuran blok : Panjang : 8 cm Lebar : 5 cm Tinggi :2,065 cm
Didalam satu kotak terdapat: 10 buah Dihasilkan 7411,6 blok keramik BaTiO per hari atau 741,16 kotak,
3 Dengan Faktor kosong ruangan (fk) kotak = 20 %
3
2 Volume kotak : 0,0000825 m x 10 lebar x 1,2 = 0,00099 m
3 Volume keramik selama 30 hari = 741,16 kotak/hari x 0,00099 m /kotak x 30 hari
3
= 22,05 m Faktor kosong ruangan (fk) = 20 % dan area jalan dalam gudang = 20 %, sehingga : Volume ruang yang dibutuhkan, V = (1+fk x fj) x V
g
3
= (1 + 0,2 x 0,2 ) x 22,05 m
= 30,873 m
3 Direncanakan :
1. Panjang gedung penyimpanan 5 m, dengan tinggi tumpukan 2 m, sehingga : V = p x l x t
30,873 = (5) x (l) x (2) L = 3,0873 m
Sehiggga ukuran bangun gedung yang digunakan untuk penyimpanan keramik BaTiO
3
adalah : Tinggi gudang = 4 m Panjang gudang = 5 m Lebar gudang = 3,5 m
LC-23
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT UTILITAS D.1 Tangki Bahan Bakar (TB)
3
4 1,465
3
=
1
4
2
2 1,465
4 =
3
=
3
8
H = 1,8660 m
c. Tinggi cairan dalam tangki
1
=
Fungsi : Menyimpan bahan bakar solar selama 7 hari Bentuk : Selinder tegak dengan alas dan tutup datar Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Temperatur : 30 C
a. Volume solar (Va) =
Tekanan : 1 atm Laju massa solar : kg/jam Densitas solar : 0,89 kg/l = 55,56 lbm/ft
3
= 890,0712 kg/m
3
(Perry & Green,1997) Kebutuhan perancangan : 24 jam Faktor keamanan : 20 %
Perhitungan Ukuran Tangki
6,468 kg jam
x 24 jamx 7 hari
890,0712b. Diameter dan tebal tangki Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3
= 1,2208
3 Volume tangki, V t
= 1,2 x 1,2208 m
3
= 1,465 m
3
3 D = 1,2440 m
LD-2
volume cairan x tinggi silinder
Tinggi cairan dalam tangki =
volume tangki 1,2208 1,8660
= = 1,555
1,465
d. Tebal tangki Tekanan hidrostatik P
= ρ x g x t
3
2
= 890,0712 kg/m x 9,8 m/det x 1,555 m = 13.565,75 kPa
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = 13.565,75 kPa + 101,325 kPa = 13.667,076 kPa Faktor kelonggaran = 20 % P = (1,2)( 13.667,076 kPa) = 16.400,490 kPa
design Joint efficiency (E) = 0,8 (Timmerhaus, 2004)
(S) = 12.650 psia = 87.218,714 kPa
Allowable stress
Tebal shell tangki : t =
2 −1,2 (16.400,490 )( 1,2440 )
=