Post on 28-Dec-2015
description
LC-141
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Pra rancangan pabrik pembuatan Pupuk Urea dari Gas Sintesis dilaksanakan
untuk kapasitas produksi sebesar 120.000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai
berikut:
1 tahun operasi = 330 hari kerja
1 hari kerja = 24 jam
Basis = 1 jam operasi
Maka kapasitas produksi Pupuk Urea tiap jam adalah:
=jam 24
hari 1xhari 330
tahun1x ton1
kg 1.000x tahun1
ton120.000
= 15151,5200 kg/jam
Bahan Baku dan Berat Molekul Bahan Baku yang digunakan (Wikipedia, 2007;
Perry, 1999) :
− Nitrogen (N2) = 28 g/mol
− Hidrogen (H2) = 2 g/mol
− Ammonia (NH3) = 17 g/mol
− Karbondioksida (CO2) = 44 g/mol
Berat Molekul Urea = 60 kg/kmol
Kemurnian Urea yang dihasilkan = 99,3 % x 15151,5200 kg/jam
= 15045,4545 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-142
A-1.1 Reaktor (R-101)
Fungsi : Mereaksikan nitrogen dan hidrogen untuk memproduksi amonia
Nitrogen (N8)
Hidrogen (N10)
Amonia (N11)
R-101
150 atm450 C
Neraca massa total : N5 = N2 + N4
Reaksi : N2 + 3 H2 2 NH3
Konversi dalam reaktor adalah sebesar 40 % (Larry, 1978).
N Nitrogen : 31390,0286 kg
MR Nitrogen : 28 kg/kmol
N8 Nitrogen : 2
2
NMr N Massa
= 28
31390,0286 = 1121,0724 kmol/jam
Rasio : N2 : H2 = 1 : 3
N10 Hidrogen : 3 x N2 N2 = 3 x 1121,0724 = 3363,2173 kmol/jam
kmol/jam4289,4481
)4,0(kmol 0724,1121
2
22 =×
=×
=N
XNr NN
σ
N11 Nitrogen = N2N2 - (0,4 x N2 N2)
= 1121,0724 - (0,4 x 1307,9700)
= 672,6434 kmol/jam
N11 Hidrogen = N4 H2 - (3 x (0,4 x N5N2) )
= 3363,2173 - (3 x 448,4289) kmol/jam
= 2017,9306 kmol/jam
N11 Amonia = 35
2 NHNN σ×
= 448,4289 kmol/jam x 2
= 898,8580 kmol/jam
3H2 ( )g + N2 ( )g → 1r 2NH3 ( )g
Universitas Sumatera Utara
LC-143
(Hidrogen) (Nitrogen) (Amonia)
Mula-mula 3363,2173 1121,0724
Bereaksi 1345,2867 448,4289 898,8580
Sisa 2017,9306 672,6434 898,8580
Tabel LA.1 Neraca Massa Reaktor (R-101)
Komponen
Laju Alir masuk Laju Alir Keluar Kmol/jam Kg/jam Kmol/jam Kg/jam
8 10 8 10 11 11 Nitrogen 1121,0724 - 31390,0272 - 672,6434 18834,0152 Hidrogen - 3363,2173 - 6726,4346 2017,9306 4035,8612 Amonia - - - - 898,8580 15280,5860 Total 4484,2897 38116,4618 3589,4320 38116,4618
A-1.2 Flash Drum (F-101)
Fungsi : Untuk memisahkan fasa cair amonia dari campuran fasa gasnya.
F-101-35 C
19 atm
Nitorgen Hidrogen (N12)Amonia
Nitorgen Hidrogen Amonia
Nitorgen Hidrogen Amonia
(N13)
(N14)
Tekanan operasi = 19 atm (1925,18 Kpa)
Temperatur = 238,15 K (-350C)
Tekanan uap masing-masing gas (Reklaitis, 1983):
Kpa0120,129913)8,08)-(238,15
232,32-4Exp(12,7842 ==H
Kpa6825,92)22,6207)-(238,15
2363,24-Exp(15,494NH3 ==
Kpa7216,42204)2,854)-(238,15
658,22-7Exp(13,447N2 ==
Perhitungan Flash Drum
Universitas Sumatera Utara
LC-144
Xi = Zi
Yi = Ki.Zi
PPiKi =
∑ +++== 44332211 ..... PXPXPXpXPXP iibubble (Smith, 2001)
Pdew = ∑
i
i
PY
1 (Smith, 2001)
Tabel LA. 2 Hasil Perhitungan Pbuble dan Pdew
Komponen Zi Pa Pbubble K yi Pdew
Hidrogen 0,5625 12.9913,0121 - 67,4811 0,71626 -
Amonia 0,2500 92,6825 - 0,04814 0,047096 -
Nitrogen 0,1875 42.204,7216 - 21,9225 0,236731 -
Total 1,0000 - - - 1,0000 -
Pbubble - - 81012,6252 - - -
Pdew - - - - - 369,5283
Pdew < P < Pbuble terjadi kesetimbangan uap-cair
369,5283 < 1925,175 < 81012,6252 kPa maka terjadi kesetimbangan uap-cair.
Dimana; L = 1-V
∑ −+−
)1(1)1(
i
ii
KVKZ
= 0
)1(1 −+=
KivZixi
Yi = Ki.Zi
Setelah dilakukan trial terhadap V, maka diperoleh :
V = 0,7821
L = 0,2179
Universitas Sumatera Utara
LC-145
Tabel LA. 3 Hasil Iterasi Flash Drum (F-101)
Komponen
)1(1 −+=
KivZixi Yi = Ki.Zi
Hidrogen 0,0106 0,7163
Amonia 0,9782 0,0471
Nitrogen 0,0108 0,2367
Total 1,0000 1,0000
Jika, N11 = N12 = 3589,4320 kmol /jam = 38116,4618 kg/jam
Maka,
V = 0,7821 x 3589,4320 kmol/jam
= 2807,2948 kmol/jam = 24868,3000 kg/jam
L = 0,2179 x 3589,4320 kmol/jam
= 781,7014 kmol/jam
= 13253,2000 kg/jam
Tabel LA. 4 Hasil Perhitungan Flash Drum (F-101)
Komponen L xi xi . L V yi yi . V
Hidrogen - 0,0106 8,2972 - 0,7163 2009,6330
Amonia - 0,9782 764,7180 - 0,0471 132,1399
Nitrogen - 0,0108 8,4412 - 0,2367 664,2023
Total 781,7014 1,0000 781,7014 2807,2948 1,0000 2807,2948
Alur 11 = Alur 12 Total : N12 = 3589,4320 kmol /jam = 38116,4618 kg/jam Hidrogen : N12
Hidrogen = 2017,9306 kmol/jam = 4035,8612 kg/jam Amonia : N12
Amonia = 898,8580 kmol/jam = 15280,5860 kg/jam
Nitrogen : N12Nitrogen = 672,6434 kmol/jam = 18834,0152 kg/jam
Alur 13 Total : N13 = 2807,2948 kmol/jam = 24868,3000 kg/jam Hidrogen : N13
Hidrogen = 2009,6330 kmol/jam = 4019,2660 kg/jam Amonia :N13
Amonia = 132,1399 kmol/jam = 2246,3783 kg/jam Nitrogen : N13
Nitrogen = 664,2023 kmol/jam = 18597,6644 kg/jam Alur 14 Total : N14
= 781,7014 kmol/jam = 13253,2000 kg/jam Hidrogen : N14
Hidrogen = 8,2972 kmol/jam = 16,5944 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-146
Amonia :N14Amonia = 764,7180 kmol/jam = 13000,2060 kg/jam
Nitrogen : N14Nitrogen = 8,4412 kmol/jam = 236,3536 kg/jam
Tabel LA. 5 Neraca Massa Flash Drum (F-101)
Komponen
Laju Alur Masuk Laju Alur Keluar Kmol/jam Kg/jam Kmol/jam Kg/jam
12 12 13 14 13 14 Nitrogen 672,6434 18834,0152 664,2023 8,4412 18597,6644 236,3536 Hidrogen 2017,9306 4035,8612 2009,6330 8,2972 4019,2660 16,5944 Amonia 898,8580 15280,5860 132,1399 764,7180 2246,3783 13000,2060
Total 3589,4320 38116,4618 3589,4320 38116,4618 A-1.3 Reaktor (R-201)
Fungsi : Tempat terjadinya reaksi menghasilkan urea, produk samping air dan
produk antara karbamat.
Amonia (N16)
Karbon dioksida (N18)
AmoniaKarbon dioksida (N21)
Karbon dioksidaAmoniaUrea KarbamatAir
(N19)
R-201
182 C150 atm
Neraca Massa Total : N19 = N16 + N18 + N21
Reaksi: 2NH3 + CO2 NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O Konversi reaksi 80 % berdasarkan umpan Karbon dioksida yang masuk (Larry, 1978). Massa Karbon dioksida = 12625,9971 kg/jam Mr Karbon dioksida = 44 kg/kmol
N18 Karbon dioksida masuk = N11 Karbon dioksida =
dioksidaKarbon
dioksidaKarbon
Mr Massa
= 44
12625,9971 = 286,9545 kmol/jam
Konversi : X Karbon dioksida = (N18 Karbon dioksida – N19
Karbon dioksida ) / N18 Karbon dioksida
0,8 = (286,9545 – N16 Karbon dioksida ) / 286,9545
N19 Karbon dioksida = 57,3909 kmol/jam
N16Amonia
masuk = 2 x N18 Karbon dioksida masuk
= 573,9090 kmol/jam N19
Amonia = N16Amonia
masuk - (2 x (0,8x N18 Karbon dioksida ))
= 114,7818 kmol/jam N19
karbamat = (0,8 x N18 Karbon dioksida )x0,5
Universitas Sumatera Utara
LC-147
= 229,5636 kmol/jam Konversi terbentuknya urea dari karbamat sebesar 80% (Kirk-Othmer, 1958). N13
Urea = 0,8 x N19Karbamat
= 183,6509 kmol/jam
2NH3 + CO2 NH2COONH4 Mula-mula 573,9090 286,9545 Bereaksi 459,1272 229,5636 229,5636 Sisa 114,7818 57,3909 229,5636
NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O Mula-mula 229,5636 Bereaksi 183,6509 183,6509 183,6509 Sisa 45,9127 183,6509 183,6509 Alur 21 Alur 21 merupakan jumlah dari alur 22 dan alur 27. N21 = N22 + N27 Alur 22 merupakan hasil pemisahan larutan yang terjadi di dalam Knock Out Drum. Di mana fasa uap akan direcycle ke dalam reaktor sebagai bahan baku pembuatan urea. Dari perhitungan knock out drum diperoleh bahwa N22 : Komposisi fasa uap (V) : Terdiri dari : Amonia = 114,7818 kmol/jam Karbon dioksida = 57,3909 kmol/jam NH3 : N22 Amonia = BM Amonia x N22 Amonia = 17 kg/kmol x 114,7818 kmol/jam = 1951,2906 kg/jam CO2 : N22
Karbon dioksida = BM Karbon dioksida x N22 Karbon dioksida = 44 kg/kmol x 57,3909 kmol/jam = 2525,1996 kg/jam Alur 27 merupakan hasil pemisahan larutan yang terjadi di dalam Knock Out Drum.
Di mana fasa uap yakni alur 27 akan direcycle ke dalam reaktor sebagai bahan baku
pembutan urea.
Dari perhitungan Knock Out Drum diperoleh bahwa N27 : Komposisi fasa uap (V) : Terdiri dari : Amonia = 103,2274 kmol/jam Karbon dioksida = 51,6137 kmol/jam Amonia : N27 Amonia = BM Amonia x N27
Amonia = 17 kg/kmol x 103,2274 kmol/jam = 1754,8658 kg/jam Karbon dioksida : N27 Karbon dioksida = BM Karbon dioksida x N27 Karbon dioksida = 44 kg/kmol x 51,6137 kmol/jam = 2271,0028 kg/jam N21
Amonia = N22 Amonia + N27
Amonia N21
Amonia = 114,7818 kmol/jam + 103,2274 kmol/jam = 218,0092 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-148
= 3706,1564 kg/jam N21
Karbon dioksida = N22 Karbon dioksida + N27
Karbon dioksida N21
Karbon dioksida = 57,3909 kmol/jam + 51,6137 kmol/jam = 109,0046 kmol/jam = 4796,2024 kg/jam Setelah dilakukan recycle, bahan baku yang digunakan untuk memproduksi urea menjadi: N18
Karbon dioksida + N20 Karbon dioksida + N27
Karbon dioksida 286,9545 + 57,3909 + 51,6137 = 395,9591 kmol/jam = 17422,2004 kg/jam N16
Amonia + N20 Amonia + N27
Amonia 573,9090 + 114,7818 + 103,2274 = 791,9182 kmol/jam = 13462,6094 kg/jam Reaksi yang terjadi setelah proses terjadi adalah sebagai berikut:
2NH3 + CO2 NH2COONH4 Mula-mula 791,9182 395,9591 Bereaksi 633,5346 316,7673 316,7673 Sisa 158,3836 79,1918 316,7673
NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O Mula-mula 316,7673 Bereaksi 253,4138 253,4138 253,4138 Sisa 63,3535 253,4138 253,4138 Massa Karbon dioksida = 17422,2004 kg/jam Mr Karbon dioksida = 44 kg/kmol
N16 Karbon dioksida masuk = N16
Karbon dioksida = dioksidaKarbon
dioksidaKarbon
Mr Massa
= 44
17422,2000 = 395,9591 kmol/jam
Konversi : X Karbon dioksida = (N18 Karbon dioksida – N19
Karbon dioksida) / N18 Karbon dioksida
0,8 = (395,9591 – N9 Karbondioksida) / 395,9591
N19 Karbon dioksida = 79,1918 kmol/jam
= 3484,4400 kg/jam N16
Amonia masuk = 2 x N18
Karbon dioksida masuk = 791,9182 kmol/jam N19
Amonia = 791,9182 - (2 x (0,8x N18 Karbon dioksida))
= 158,3836 kmol/jam = 2692,5220 kg/jam r1 = N11
Karbon dioksida – N13 Karbon dioksida
= 395,9591 - 79,1918 = 316,7673 kmol/jam Konversi terbentuknya urea dari karbamat sebesar 80% (Kirk-Othmer, 1958). N19
Karbamat = 316,7673 – 253,4138 = 63,3535 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-149
= 4941,5730 kg/jam
r2 = Karbamat
16KarbamatN
σKarbamatX×
= kmol/jam4138,2531
8,07673,316=
×
N19 Urea = 253,4138 kmol/jam
= 15204,8304 kg/jam N19
Air = 253,4138 kmol/jam = 4561,4484 kg/jam Tabel LA.6 Neraca Massa Reaktor (R-201) A-1.4 Knock Out Drum (F-201)
Fungsi : Untuk memisahkan campuran gas dan liquid yang keluar dari
Reaktor (R-201)
Komponen
Laju Alir Masuk Laju Alir Keluar Kmol/jam Kg/jam Kmol/ja
m Kg/jam
16 18 21 16 18 21 19 19 Amonia 573,9090 - 218,0092 9756,453 - 3706,156 158,3836 2692,5212 CO2 - 286,9545 109,0046 - 12625,99 4796,202 79,1918 3484,4392 Karbamat - - - - - - 63,3535 4941,5730 Urea - - - - - - 253,4138 15204,8304 Air - - - - - - 253,4138 4561,4484 Total 1187,8773 30884,8094 802,7565 30884,8094
Universitas Sumatera Utara
LC-150
F-201
220 C150 atm
KarbondioksidaAmmoniaUrea KarbamatAir
AmmoniaKarbondioksida
Urea KarbamatAir
(N19)
(N22)
(N24)
Alur 19 Total : N19 = 802,7565 kmol /jam = 30884,8084 kg/jam Karbon dioksida : N19
Karbon dioksida = 79,1918 kmol/jam = 3484,4392 kg/jam Amonia : N19
Amonia = 153,3836 kmol/jam = 2692,5212kg/jam
Air : N19Air = 253,4138 kmol/jam = 4561,4484 kg/jam
Urea : N19Urea
= 253,4138 kmol/jam = 15204,8304 kg/jam Karbamat : N19
Karbamat = 63,3535 kmol/jam = 4941,5730 kg/jam Alur 22 Total : N22 = 237,5754 kmol /jam = 6176,9604 kg/jam Karbon dioksida : N22
Karbon dioksida = 79,1918 kmol/jam = 3484,4392 kg/jam Amonia : N22
Amonia = 158,3836 kmol/jam = 2692,5212kg/jam
Alur 24 Total : N24 = 570,1811 kmol /jam = 24707,8494 kg/jam Air : N24
Air = 253,4138 kmol/jam = 4561,4484kg/jam Urea : N24
Urea = 253,4138 kmol/jam = 15204,8280 kg/jam
Karbamat : N24Karbamat = 63,3535 kmol/jam = 4941,5730 kg/jam
Tabel LA. 7 Neraca Massa Knock Out Drum (F-201)
Komponen Laju Alur Masuk Laju Alur Keluar
Kmol/jam Kg/jam Kmol/jam Kg/jam 19 19 22 24 22 24
Amonia 158,3836 2692,5212 158,3836 - 2692,5212 - Karbon dioksida 79,1918 3484,4392 79,1918 - 3484,4392 - Karbamat 63,3535 4941,5730 - 63,3535 - 4941,5730 Urea 253,4138 15204,8304 - 253,4138 - 15204,8280 Air 253,4138 4561,4484 - 253,4138 - 4561,4484 Total 802,7565 30884,8094 802,7565 30884,8094
A-1.5 Low Pressure Decomposer (S-201)
Fungsi : Tempat penguraian Amonium Karbamat
Universitas Sumatera Utara
LC-151
r3
Urea KarbamatAir
Karbon dioksidaAmoniaUrea KarbamatAir
S-201
70 C20 atm
(N24) (N25)
Reaksi: NH2COONH4 2NH3 + CO2 Alur 24 Total : N24 = 570,1811 kmol /jam = 24707,8500 kg/jam Air : N24
Air = 253,4138 kmol/jam = 4561,4490 kg/jam Urea : N24
Urea = 253,4138 kmol/jam = 15204,8300 kg/jam
Karbamat : N24Karbamat = 63,3535 kmol/jam = 4941,5690 kg/jam
Konversi karbamat menjadi ammonia dan karbondioksida sebesar 99% (Muliawati, 2007) Konversi : Xkarbamat = 0,99 Xkarbamat = (N24
karbamat – N25karbamat)/N24
karbamat 0,99 = (63,3535 - N21
karbamat)/ 63,3535 N25
karbamat = 0,633535 kmol/jam Karbamat : N25
karbamat = 0,633535 kmol/jam N25
karbamat = N25karbamat - r3
r3 = 62,7199 kmol/jam Air : N25
Air = N24Air
N25Air = 253,4138 kmol/jam
Urea : N25Urea = N25urea
N25Urea = 253,4138 kmol/jam
Amonia : N25Amonia = 2 ×r3
N25Amonia = 2×62,7199
N25Amonia = 125,4399 kmol/jam
Karbon dioksida : N25Karbon dioksida = 62,7199 kmol/jam
Total : N25 = N19karbamat + N19
Urea + N19 Ammonia + N19
Karbon dioksida + N19Air
N25 = 0,633535 + 253,4138 + 125,4399
+ 62,7199 + 253,4138 N25 = 695,6209 kmol/jam
Tabel LA.8 Neraca Massa Low Pressure Decomposer (R-104)
Komponen
Laju Alur Masuk Laju Alur Keluar Kmol/jam Kg/jam Kmol/jam Kg/jam
24 24 25 25
Universitas Sumatera Utara
LC-152
Amonia - - 125,4399 2132,4770 Karbon dioksida - - 62,7199 2759,6760 Karbamat 63,3535 4561,4490 0,633535 49,4157 Urea 253,4138 15204,8300 253,4138 15204,8300 Air 253,4138 4561,4490 253,4138 4561,4490 Total 695,6209 24707,8500 695,6209 24707,8500
A-1.6 Knock Out Drum (F-202)
Fungsi : Untuk memisahkan campuran gas dan liquid yang keluar dari Low
Pressure Decomposer (S-101)
F-202
70 C20 atm
Karbon dioksidaAmoniaUrea KarbamatAir
AmoniaKarbon dioksida
Urea KarbamatAir
25
(N27)
(N26)
Alur 25 Total : N25 = 695,6209 kmol /jam = 24707,8500 kg/jam Karbon dioksida : N25
Karbon dioksida = 62,7199 kmol/jam = 2759,6760 kg/jam Amonia : N25
Amonia = 125,4399 kmol/jam = 2132,4770 kg/jam
Air : N25Air = 253,4138 kmol/jam = 4561,4490 kg/jam
Urea : N25Urea
= 253,4138 kmol/jam = 15204,8300 kg/jam Karbamat : N25
Karbamat = 0,633535 kmol/jam = 49,4157 kg/jam Alur 27 Total : N27 = 188,1598 kmol /jam = 4892,1530 kg/jam CO2 : N27
Karbondioksida = 62,7199 kmol/jam = 2759,6760 kg/jam NH3 : N27
Ammonia = 125,4399 kmol/jam = 2132,4770 kg/jam
Alur 26 Total : N26 = 507,4612 kmol /jam = 19815,6970 kg/jam Air : N26
Air = 253,4138 kmol/jam = 4561,4490 kg/jam Urea : N26
Urea = 253,4138 kmol/jam = 15204,8300 kg/jam
Karbamat : N26Karbamat = 0,6335 kmol/jam = 49,4157 kg/jam
Tabel LA. 11 Neraca Massa Knock Out Drum (F-202) Komponen
Laju Alur Masuk Laju Alur Keluar Kmol/jam Kg/jam Kmol/jam Kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-153
25 25 26 27 26 27 Amonia 125,4399 2132,4770 125,4399 - 2132,4770 - Karbon dioksida 62,7199 2759,6760 62,7199 - 2759,6760 - Karbamat 0,6335 49,4157 - 0,6335 - 49,4157 Urea 253,4138 15204,8300 - 253,4138 - 15204,8300 H2O 253,4138 4561,4490 - 253,4138 - 4561,4490 Total 695,6209 24707,8500 695,6209 24707,8500
A-1.7 Evaporator I (FE-301)
Fungsi : untuk menaikkan konsentrasi larutan urea dengan menguapkan air.
Urea KarbamatAir
Urea KarbamatAir
Air
(N28)
(N30)
(N29)
FE-301
128,96 C0,3 atm
Alur 26 = Alur 28 Total : N28 = N29 + N30 N28 = 507,4612 kmol/jam Urea : N28
urea = 253,4138 kmol/jam H2O : N28
Air = 253,4138 kmol/jam Karbamat : N28
karbamat = 0,6335 kmol/jam Alur 29 Total : N29 = N28 – N30 N24 = 380,7093 kmol/jam Urea : N29
urea = N28urea
N29urea = 253,4138 kmol/jam
H2O : N29Air = N28 - N29
N29 Air = 126,7069 kmol/jam
Karbamat : N29karbamat = N28
karbamat N29
karbamat = 0,6335 kmol/jam Alur 30 Air yang diuapkan dari evaporator I adalah sebesar 50% (Rifai, 2007). Air yang menguap : N30
Air = 0,50 x N22 Air N30
Air = 0,50 x 253,4138 N30
Air = 126,7069 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-154
Tabel LA. 10 Neraca Massa Evaporator I (FE-301) Komponen
Laju Alur Masuk Laju Alur Keluar Kmol/jam Kg/jam Kmol/jam Kg/jam
28 28 29 30 29 30 Urea 253,4138 15204,8300 - 253,4138 - 15204,8300 Karbamat 0,6335 49,4130 - 0,6335 - 49,4130 Air 253,4138 4561,4484 126,7069 126,7069 2280,7242 2280,7242 Total 507,4612 19815,6914 507,4612 19815,6914
A-1.8 Evaporator II (FE-302)
Fungsi : Untuk menaikkan konsentrasi larutan urea dengan menguapkan
air.
Urea KarbamatAir
Urea KarbamatAir
Air
(N31)
(N33)
(N32)
FE-302
157,58 C0,03 atm
Alur 29 = Alur 31 Total : N31 = N32 + N33 N31 = 380,7542 kmol/jam Urea : N31
Urea = N29Urea
N31Urea = 253,4138 kmol/jam
H2O : N31Air = N32 + N33
N31Air = 126,7069 kmol/jam
Karbamat : N31karbamat = N29
karbamat N31
karbamat = 0,6335 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-155
Alur 33 Air yang diuapkan dari evaporator II adalah sebesar 99% (Rifai, 2007). Air : N33
Air = 0,99 x N31 Air
N33Air = 125,4398 kmol/jam
Total Air yang menguap : Air : N34
Air = N31Air + N33
Air N34
Air = 126,7069 + 125,4398 N34
Air = 252,1467 kmol/jam Alur 32 Urea : N32
Urea = N31urea N32
Urea = 253,4138 kmol/jam Karbamat : N32
Karbamat = N31karbamat N32
Karbamat = 0,6335 kmol/jam Air : N32
Air = N31 Air – N33
Air N32
Air = 126,7069 - 125,4398 N32
Air = 1,2671 kmol/jam Tabel LA. 11 Neraca Massa Evaporator 2 (FE-302) Komponen
Laju Alur Masuk Laju Alur Keluar Kmol/jam Kg/jam Kmol/jam Kg/jam
31 31 32 33 32 33 Urea 253,4138 15204,8300 - 253,4138 - 15204,8300 Karbamat 0,6335 49,4130 - 0,6335 - 49,4130 Air 126,7069 2280,7242 125,4398 1,2671 2567,3274 22,8078 Total 380,7542 17534,9672 380,7542 17534,9672
A-1.9 Prilling Tower (TK-402)
Fungsi : Membentuk partikel-partikel urea yang keluar dari melting tank
(TK-401) dengan bantuan udara pendingin dari air cooler (E-302)
TK-402
79,024 C1 atm
Urea KarbamatAir
Urea KarbamatAir
(N37) (N40)
(N42)
Urea KarbamatAir
Total alur masuk : N37 + 42 : 255,3144 kmol/jam Urea : N37+42
Urea = 253,4138 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-156
Air : N37+42 Air = 1,2671 kmol/jam Karbamat : N37+42
karbamat = 0,6335 kmol/jam Alur 37 (setelah direcycle) Urea : N37
Urea = 0,01 x N31Urea + N38
Urea N37
Urea = 255,9480 kmol/jam Air : N37
Air = 0,01 x N37Air + N42 Air
N37 Air = 1,2797 kmol/jam Karbamat : N37
Karbamat = 0,01 x N37Karbamat + N42
karbamat N37
Karbamat = 0,6399 kmol/jam Total : N37 = 257,8676 kmol/jam Produk yang tidak memenuhi standar ukuran produk yang diinginkan, yang diasumsikan 0,01% dari umpan yang yang masuk ke dalam Screening akan diteruskan ke dalam Hopper dan dari Hopper akan direcycle ke dalam Prilling Tank (alur41). Sehingga menghasilkan neraca massa sebagai berikut: Alur 42 Urea : N42
Urea = 0,01 x N37Urea
N42Urea = 2,5595 kmol/jam
Air : N42Air = 0,01 x N37
Air N42 Air = 0,0145 kmol/jam Karbamat : N42
Karbamat = 0,01 x N37Karbamat
N42Karbamat = 0,0064 kmol/jam
Tabel LA. 12 Neraca Massa Prilling Tower (TK-402)
Komponen Laju alir masuk Laju lair keluar
Kmol/jam Kg/jam Kmol/jam Kg/jam 36 42 36 42 37 37
Urea 253,4138 2,5595 15204,8300 153,5700 255,9480 15356,8800 Karbamat 0,6335 0,01279 49,4130 0,9976 0,6399 49,9099 Air 1,2671 0,0064 22,8078 0,1152 1,2797 23,0353 Total 257,8676 15429,8200 257,8676 15429,8200
A-1.10 Screening (C-403)
Fungsi : Mengayak partikel urea yang keluar dari prilling tower (TK-402)
yang diangkut belt conveyor I (C-402) agar mempunyai diameter
partikel yang seragam.
Universitas Sumatera Utara
LC-157
Urea KarbamatAir
Urea KarbamatAir
Urea KarbamatAir C-403
(N40) (N41)
(N43)
Alur 40 Urea : N40
Urea = 255,9480 kmol/jam Air : N40 Air = 1,2797 kmol/jam Karbamat : N40
Karbamat = 0,6399 kmol/jam Total : N40 = 257,8676 kmol/jam Alur 41 Asumsi : N41 = 0,01 x N37 N41 = 2,5786 kmol/jam Urea : N41
Urea = 0,01 x N37Urea
N41Urea = 2,5595 kmol/jam
Air : N41 Air = 0,01 x N37Air
N41 Air = 0,0128 kmol/jam Karbamat : N41
Karbamat = 0,01 x N37Karbamat
N41Karbamat = 0,0064 kmol/jam
Alur 43 Urea : N43
urea = N40urea - N41
urea N43
urea = 253,3885 kmol/jam Air : N43
Air = N40Air - N41
Air N43
Air = 1,2669 kmol/jam Karbamat : N43
Karbamat = N40Karbamat - N41
Karbamat N43
Karbamat = 0,6335 kmol/jam Tabel LA. 13 Neraca Massa Screening (C-403) Komponen
Laju Alur Masuk Laju Alur Keluar Kmol/jam Kg/jam Kmol/jam Kg/jam
40 40 41 43 41 43 Urea 255,9480 15462,9940 2,5595 253,3885 153,5700 15203,3100
Karbamat 0,6399 56,7528 0,0064 0,6335 0,4992 49,4130 Air 1,2797 26,1936 0,0128 1,2669 0,2304 22,8042
Total 257,8676 15151,5200 257,8676 15151,5200
Universitas Sumatera Utara
LC-158
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS
Pra rancangan pabrik pembuatan Pupuk Urea dari Gas Sintesis dilaksanakan
untuk kapasitas produksi sebesar 120.000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut: Basis perhitungan : 1 jam operasi Satuan operasi : kJ/jam Temperatur basis : 298,15 K Tabel LB.1 sampai LB.11 menunjukan data-data yang dibutuhkan dalam perhitungan neraca panas.
Tabel LB.1 Data Kapasitas Panas Komponen Gas ( J/mol K) (Reklaitis, 1983) Komponen a (101) b (10-2) c (10-6) d (10-9) NH3 2,755 2,56278 9,90042 -6,68639 H2 1,76386 6,70055 -131,45 105,883 N2 2,94119 -0,30681 5,45064 5,13186 CO2 1,9022 7,9629 -7,3707 3,7457
Tabel LB.2 Data Panas Perubahan Fasa Komponen (Reklaitis, 1983). Komponen ∆Hvl pada titik didihnya (J/mol) NH3 23351,0 H2O 40656,2 Tabel LB.3 Data Panas Reaksi Komponen (Reklaitis, 1983). Komponen ∆Ho
f (J/mol) H2 0 N2 0 NH3 -45645,6 CO2 -393500 H2O -241830
Universitas Sumatera Utara
LC-159
Urea -332890 Karbamat -645610 Tabel LB.4 Kapasitas panas liquid amonia [ J/mol°K ]
Komponen a (101) b (10-1) c (10-3) d (10-6) NH3 2,0149 8,4577 -4,0675 6,6069
Sumber : Reklaitis, 1983 Tabel LB.5 Estimasi kapasitas panas liquid karbamat Komponen cpl (J/mol K) -NH2 58,58 -CO- 52,97 -O- 35,15 - NH3 43,93 -OH 44,77 cpl Karbamat 235,4
Sumber : Perry, 1991 Tabel LB.6 Estimasi Kapasitas panas solid karbamat Komponen Cps (J/mol K) C 10,89 H 7,56 O 13,42 N 18,74 cps karbamat 120,57
Sumber : Perry, 1991 Tabel LB.7 Kapasitas panas liquid urea [ J/kmol°K ] Komponen a (105) urea 1,2020
Sumber : Chemcad Database Tabel LB.8 Kapasitas panas solid urea Komponen Cps (J/mol K) C 10,89 H 7,56 O 13,42 N 18,74 cps urea 92,03
Sumber : Perry, 1991 Tabel LB.9 Panas pembentukan amonia, karbon dioksida dan air Komponen ΔHf (J/mol) NH3 -4,5689x104 CO2 -3,9350x105 H2O -2,4183x105
Rumus yang dipakai :
∑=
∆=n
icplipL NC
1
Rumus yang dipakai :
∑=
∆=n
iEiipS NC
1
Rumus yang dipakai :
∑=
∆=n
iEiipS NC
1
Komponen ΔHf (J/mol)
Urea -3,3289x105 Karbamat -6,4561x105
Sumber : Chemcad Database
Universitas Sumatera Utara
LC-160
Sumber : Reklaitis, 1983 Tabel LB.10 Sifat fisika bahan baku
Komponen Massa Relatif Titik didih (K) Titik Leleh (K) ΔHovl (J/mol)
NH3 17 239,731 195,41 23351 CO2 44 194,681 216,58 1656,9 H2O 18 373,161 373,15 4065,2 Karbamat 78 404,15 470 - Urea 60 405,85 465 -
Sumber : Reklaitis, 1983 dan Chemcad Database Tabel LB.11 Data steam dan air pendingin yang digunakan Komponen C kJ/kg Keterangan Water in 30 125,734 saturated liquid Water out 60 251,180 saturated liquid Steam in 550 3816,4 Superheated steam Steam out 300 2567,7 saturated vapour Steam out 300 1671,8 saturated liquid
Sumber : Smith, 2001 Tabel LB.12 Data kapasitas panas refrigrant yang digunakan Komponen C kJ/Kg.K
Water in -450C 1,584
Water out -250C 1,763
Sumber : Dow, 2001 Beberapa persamaan yang digunakan untuk perhitungan neraca panas adalah sebagai berikut: Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :
32 dTcTbTaCp +++= Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :
)(4
)(3
)(2
)( 41
42
31
32
21
2212
2
1
TTdTTcTTbTTaCpdTT
T
−+−+−+−=∫
Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :
∫∫ ∫ +∆+=22
1 1
T
Tv
T
T
T
TVll
b
b
dTCpHdTCpCpdT
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :
∫∫ −+∆=2
1
2
1
)(T
Tout
T
Toutr CpdTNCpdTNTHr
dtdQ
Perhitungan neraca panas untuk peralatan yang mengalami perubahan panas: LB.1 REAKTOR (R-101)
Fungsi : Mereaksikan nitrogen dan hidrogen untuk memproduksi amonia
Universitas Sumatera Utara
LC-161
Nitrogen T=450 C
P = 150 atm
Hidrogen T = 450 C
P = 150 atm
Amonia T = 450 C
P = 150 atm
R-101
150 atm450 C(N10)
(N8)
(N11)
Reaksi : N2 + 3 H2 2 NH3
Panas Masuk :
Panas masuk alur 8 dT CplN 723,15
298.15
8senyawa
= ∫∑
Tabel LB.13 Panas masuk alur 8 Komponen N8 (kmol/jam) 298.15∫ 723,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) N2 1121,0724 1,2814x104 1,4365x107 Total 1121,0724 1,2814x104 1,4365x107
Panas masuk alur 10 dT CplN 469,5
298.15
10senyawa
= ∫∑
Tabel LB.14 Panas masuk alur 10 Komponen N10 (kmol/jam) 298.15∫ 723,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) H2 3363,2173 4,0981x104 13,7829x107 Total 3363,2173 4,0981x104 13,7829x107
Total panas masuk = panas masuk alur 8 + panas masuk alur 10
= 15,2194x107 kJ/jam Panas Keluar :
Panas keluar alur 11 dT CpgN 723,15
298.15
11senyawa
= ∫∑
Tabel LB.15 Panas Keluar alur 11 Komponen N11 (kmol/jam) 298.15∫ 723,15 cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Nitrogen 672,6434 12,814x103 0,8619 x107 Hidrogen 2017,9306 13,660x103 2,7565x107 Amonia 898,8580 35,974x103 3,2336 x107 Total 3589,4320 62,4487x103 6,8520 x107
Panas Reaksi Reaksi : N2 + 3 H2 2 NH3 r1 = 448,4289 kmol/jam ∆Hr(298K) = [2 ∆Ho
f NH3 – ( ∆Ho
f N2 + 3 ∆Hof H2) ]
= -91291,2000 kJ/kmol
Universitas Sumatera Utara
LC-162
∆Hr1 x r1 = [(ΔHr (298,15K) + dT (NH3) - dT(N2)
- 3 dT (H2)] x r1
= [-91291,2000 + 35970,6920 – 12826,7170 – 40962,0850] x 448,4289
= -4,8928 x 107 kJ/jam Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −+∆=2
1
2
1
)(T
Tin
T
Toutr CpdTNCpdTNTHr
dtdQ
))10 1,4365()10 13,7829(()10 6,8520()10 4,8928( 7777 ×+×−×+×−=dtdQ
=dtdQ -13,2602x107kJ/jam
Tabel LB.16 Neraca panas Reaktor (R-101) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 15,2194x107 - Produk - 6,8520x107 Panas Reaksi - -4,8928x107 Steam - 13,2602x107 Total 15,2194x107 15,2194x107
LB.2 Flash Drum (F-101)
Fungsi : Untuk memisahkan fasa cair amonia dari campuran fasa gasnya.
F-101-35 C
19 atm
Nitorgen Hidrogen AmoniaT = -35 CP =19 atm
Nitorgen Hidrogen AmoniaT = -35 CP =19 atm
Nitorgen Hidrogen AmoniaT = -35 CP =19 atm
(N13)
(N14)
(N12)
Panas Masuk :
Panas masuk alur 12 dT CplN238,15
298.15
12senyawa
= ∫∑
Tabel LB.17 Panas masuk alur 12 fasa cair Komponen N12 (kmol/jam) 298.15∫ 238,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Nitrogen 672,6434 -1,7449x103 -1,1174x106
Universitas Sumatera Utara
LC-163
Hidrogen 2017,9306 -1,6901x103 -3,4105x106 Ammonia 898,8580 -2,1004x103 -1,8879x106 Total 3589,4320 -5,5354x103 -6,4721x106
Tabel LB.17 Panas masuk alur 12 fasa cair………………….(lanjutan)
Komponen N12 (kmol/jam) ΔHvl
(J/mol) 298.15∫ 238,15 cpl dT
(kJ/kmol) Qout (kJ/jam) Ammonia 898,8580 23351 -4,9502x103 -4,4495x106
Total panas masuk alur 6 = (-1,1174x106) + (-3,4105x106) + ((898,8580 x
(-2,1004x103 + -4,9502 x103 + 23351)) = 1,0068x107 Kj/kmol Panas Keluar :
Panas keluar alur 14 dT CpgN 238,15
298.15
14senyawa
= ∫∑
Tabel LB.18 Panas keluar alur 14 fasa gas Komponen N7 (kmol/jam) 298.15∫ 238,15 cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Nitrogen 8,4412 -1,7449x103 -1,4729x104 Hidrogen 8,2972 -1,6901x103 -1,4023x104 Ammonia 764,7180 -2,1004x103 -160,6213x104 Total 781,4564 -5,5354x103 -1,6348x106
Panas Keluar :
Panas keluar alur 13 dT CpgN 238,15
298.15
13senyawa
= ∫∑
Tabel LB.19 Panas keluar alur 8 fasa gas Komponen N13 (kmol/jam) 298.15∫ 238,15 cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Nitrogen 664,2023 -1,7449x103 -1,1589x106 Hidrogen 2009,6330 -1,6901x103 -3,3965x106 Ammonia 132,1399 - 4,9502x103 - 0,6541x106 Total 2805,9752 - 8,3852x103 - 5,2095x106
Total panas keluar = panas keluar alur 7 + panas keluar alur 8
= -6,8443x106kJ/jam Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
=dtdQ -1,6912x 107 kJ/jam
Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 2,1796 x 107 kJ/jam. Maka untuk menyerap panas ini digunakan air pendingin. Tabel LB.20 Neraca panas Flash Drum (F-101) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 1,0068x107 -
Universitas Sumatera Utara
LC-164
Produk - -6,8443x106 Air Pendingin 1,6912x107
Total 1,0068x107 1,0068x107 LB.3 Reaktor (R-201)
Fungsi : Tempat terjadinya reaksi menghasilkan urea, produk samping air dan
produk antara karbamat.
Amonia
Karbon dioksida
AmoniaKarbon dioksida
Karbon dioksidaAmoniaUrea KarbamatAir
(N19)
R-201
182 C150 atm
(N21)T = 182 CP =150 atm
T = 182 CP =150 atmT = 182 C
P =150 atm
T = 182 CP =150 atm
(N16)
(N18)
Panas Masuk :
Panas masuk alur 16 dT CpgN 455,15
298.15
16senyawa
= ∫∑
Tabel LB.21 Panas masuk alur 16 Komponen N12 (kmol/jam) 298.15∫ 455,15 cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Ammonia 573,9090 1,2012x104 6,8934x106 Total 573,9090 1,2012x104 6,8934x106
Panas Masuk :
Panas masuk alur 18 dT CpgN 455,15
298.15
18senyawa
= ∫∑
Tabel LB.22 Panas masuk alur 18 Komponen N16 (kmol/jam) 298.15∫ 455,15 cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) CO2
286,9545 6,3576x103 1,8243x106 Total 286,9545 6,3576x103 1,8243x106
Panas Masuk :
Panas masuk alur 21 dT CpgN 455,15
298.15
21senyawa
= ∫∑
Tabel LB.23 Panas masuk alur 21 Komponen N21 (kmol/jam) 298.15∫ 455,15 cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Ammonia 218,0092 6,0059x103 1,3093x106 Karbondioksida 109,0046 6,358x103 0,6931x106
Universitas Sumatera Utara
LC-165
Total 327,0138 12,3636x103 2,0024x106 Total panas masuk = panas masuk alur 16 + panas masuk alur 18 + panas masuk
alur 21 = 1,0720 x107 kJ/jam Panas Keluar :
Panas keluar alur 19 dT CpgN 455,15
298.15
19senyawa
= ∫∑
Tabel LB.24 Panas keluar alur 19 fasa gas Komponen N19 (kmol/jam) 298.15∫ 455,15 cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Amonia 158,3836 6,0059x103 0,9512x106 Karbon dioksida 79,1918 6,358x103 0,5035x106 Total 237,5754 12,3636x103 1,4547x106
Tabel LB.25 Panas keluar alur 19 fasa cair Komponen N19 (kmol/jam) 298.15∫ 455,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Karbamat 63,3535 36,9578x103 2,3414x106 Urea 253,4138 18,8714x103 4,7823x106 Air 253,4138 12,0440x103 3,0521x106 Total 570,1811 67,8729x103 10,1758x106
Panas Reaksi Reaksi I : 2NH3 + CO2 Karbamat r1 = 316,7673 kmol/jam ∆Hr(298K) = [∆Ho
f karbamat – (2 ∆Ho
f amonia + ∆Hof CO2) ]
= - 1,6073 x105 kJ/kmol
∆Hr1 x r1 = [(ΔHr (298,15K) + dT (karbamat) -2 dT(NH3)
- dT (CO2)] x r1
= [-1,6073x105 + 40336 – (2 x 21899) + 6952,8] x 316,7673
= -4,9808 x 107 kJ/jam Reaksi II : Karbamat Urea + H2O r2 = 253,4138 kmol/jam ∆Hr(298,15) = [∆Ho
f urea + ∆Ho
f air- ∆Hof karbamat ]
= 7,0890 x104 kJ/kmol
∆Hr2 x r2 = [(ΔHr (298,15K) + dT (Urea) + dT(H2O)
- dT (karbamat)] x r2
= [7,0890x104 + 20596 + 13197 - 40336] x 253,4138
= 1,6306 x 107 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-166
Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −+∆=2
1
2
1
)(T
Tin
T
Toutr CpdTNCpdTNTHr
dtdQ
)101,0720()101631,1() 10 1,6306() 10 4,9808 -( 7777 ×−×+×+×=dtdQ
=dtdQ - 3,2591 x107kJ/jam
Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 3,2591x107 kJ/jam. Maka untuk menyerap panas ini digunakan air pendingin. Data air pendingin yang digunakan: T masuk = 30oC T keluar = 60oC Air pendingin yang diperlukan adalah :
kg/jam 10 2,5980kJ/kg 125,734)-(251,180
kJ/jam 10 x 3,2591(30)pendingin air -(60)pendingin Air
dQ/dt.m
5
7
×=
=
=
Tabel LB.26 Neraca panas Reaktor (R-201) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 1,0720x107 - Produk - 1,1631x107 Panas reaksi - -3,3502x107 Pendingin - 3,2591x107 Total 1,0720x107 1,0720x107
B-1.4 Knock Out Drum I (F-201)
Fungsi : Untuk memisahkan campuran gas dan liquid yang keluar dari
Reaktor (R-201)
Universitas Sumatera Utara
LC-167
F-201
190 C150 atm
Karbon dioksidaAmoniaUrea KarbamatAir
AmoniaKarbon dioksida
Urea KarbamatAir
(N19)
(N22)
(N24)
T = 220 CP =150 atm
T = 220 CP =150 atm
T = 100 CP =150 atm
Panas Masuk :
Panas masuk alur 19 dT CpgN 455,15
298.15
19senyawa
= ∫∑
Tabel LB.27 Panas masuk alur 19 fasa gas Komponen N19 (kmol/jam) 298.15∫ 455,15 cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Amonia 158,3836 6,0059x103 0,9512x106 Karbon dioksida 79,1918 6,358x103 0,5035x106 Total 237,5754 12,3636x103 1,4547x106
Panas masuk alur 19 dT CplN 455,15
298.15
19senyawa
= ∫∑
Tabel LB.28 Panas masuk alur 19 fasa cair Komponen N19 (kmol/jam) 298.15∫ 455,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Karbamat 63,3535 36,9578x103 2,3414x106 Urea 253,4138 18,8714x103 4,7823x106 Air 253,4138 12,0440x103 3,0521x106 Total 570,1811 67,8729x103 10,1758x106
Total Panas Masuk = dT CplN 455,15
298.15
19senyawa +
∫∑ dT CpgN
455,15
298.15
19senyawa
∫∑
= 11,6305 x 106 kJ/jam
Panas Keluar :
Panas keluar alur 22 dT CpgN T
298,15
22senyawa
= ∫∑
Panas keluar alur 24 dT CplN T
298.15
24senyawa
= ∫∑
Tabel LB.29 Panas keluar alur 22 Komponen N22 (kmol/jam) 298.15∫ 493,15 cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Amonia 158,3836 7,5721 x103 1,1992 x106
Universitas Sumatera Utara
LC-168
Karbon dioksida 79,1918 8,0372 x103 0,6365 x106 Total 237,5754 15,6093 x103 1,8357 x106
Tabel LB.30 Panas keluar alur 24 Komponen N24 (kmol/jam) 298.15∫ 493,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Karbamat 63,3535 45,9030 x103 2,9081 x106 Urea 253,4138 23,4390 x103 5,9397 x106 Air 253,4138 15,1341 x103 3,8352 x106 Total 570,1811 84,4761 x103 12,6830 x106
Total panas keluar = panas keluar alur 22 + panas keluar alur 24 = 1,8357 x106 + 12,6830 x106 = 14,5187 x106 kJ/jam Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
) 10 x 11,6305() x1014,5187( 66 −=dtdQ
=dtdQ 2,8882 x106 kJ/jam
Superheated steam pada 1 atm, 5500C, H(5500) = 3596,5 kJ/kg (Smith, 2001) Saturated steam pada 1 atm, 3000C, HV(3000C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001) HL(3000C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001) λ = [H(550oC) – Hv(300oC)]+ [Hv(300oC) – Hl(300oC)] λ = [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1] λ = 2251,4 kJ/kg Steam yang diperlukan adalah :
kg/jam 8462,1282kJ/kg 2251,4
kJ/jam 2,8882x10
dQ/dt.m
5
=
=
=λ
Tabel LB.31 Neraca panas KO Drum (F-201) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 11,6305 x106 - Produk - 14,5187 x106 Steam 2,8882 x106
Universitas Sumatera Utara
LC-169
Total 14,5187 x106 14,5187 x106
B-1.5 Low Pressure Decomposer (S-201)
Fungsi : Tempat penguraian Amonium Karbamat
Urea KarbamatAir
Karbon dioksidaAmoniaUrea KarbamatAir
S-201
70 C20 atm
(N24) (N25)
70 C20 atm
220 C20 atm
Panas Masuk
Panas keluar alur 24 dT CplN T
298.15
24senyawa
= ∫∑
Tabel LB.32 Panas masuk alur 24 Komponen N24 (kmol/jam) 298.15∫ 493,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Karbamat 63,3535 45,9030 x103 2,9081 x106 Urea 253,4138 23,4390 x103 5,9397 x106 Air 253,4138 15,1341 x103 3,8352 x106 Total 570,1811 84,4761 x103 12,6830 x106
Panas keluar alur 25 dT CplN T
298.15
25senyawa
= ∫∑
Tabel LB.33 Panas keluar alur 25 Komponen N25 (kmol/jam) 298,15∫ 343,15 cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam) Amonia 125,4399 1,6454x103 0,2064x106 Karbon dioksida 62,7199 1,7192x103 0,1078x106 Karbamat 0,6335 10,5930x103 0,0067x106 Urea 253,4138 5,4090x103 1,3707x106 Air 253,4138 3,3907x103 0,8593x106 Total 695,6209 22,7571x103 2,5508x106
Panas Reaksi Reaksi III : Karbamat 2NH3 + CO2
r3 = 62,7199 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-170
∆Hr(298,15) = [(2 ∆Hof amonia + ∆Ho
f CO2) – ∆Hof karbamat]
= 1,6073 x105 kJ/kmol
∆Hr x r3 = [(ΔHr (298,15K) +2 x dT (NH3) + dT(CO2)
- dT (karbamat)] x r3
= [1,6073x105 + (2 x 4110,5 + 1719,3 - 21186 ] x 62,7199
= 9,3756 x 106 kJ/jam
Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −+∆=2
1
2
1
)(T
Tin
T
Toutr CpdTNCpdTNTHr
dtdQ
) x1012,6830()102,5508()103756,9( 666 −×+×=dtdQ
−=dtdQ 0,7566 x106 kJ/jam
Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 1,7566 x107 kJ/jam. Maka
untuk menyerap panas ini digunakan air pendingin.
Data air pendingin yang digunakan: T masuk = 30oC T keluar = 60oC Air pendingin yang diperlukan adalah :
Tabel LB.34 Neraca panas Low Pressure Decomposer (R-202) Komponen Q masuk (kJ/jam) Q keluar (kJ/jam) Umpan 12,6830 x106 - Produk - 2,5508x106 Panas reaksi - 9,3756x106 Pendingin - 0,7566x106 Total 12,6830 x106 12,6830 x106
B-1.6 Knock Out Drum II (F-202)
Fungsi : Untuk memisahkan campuran gas dan liquid yang keluar dari Low
Pressure Decomposer (S-101)
kg/jam 2803,6031kJ/kg 125,4460
kJ/jam 100,7566x
dQ/dt.m
6
=
=
=λ
Universitas Sumatera Utara
LC-171
F-202
70 C20 atm
Karbon dioksidaAmoniaUrea KarbamatAir
AmoniaKarbon dioksida
Urea KarbamatAir
(N25)
(N27)
(N26)
70 C20 atm
70 C20 atm
70 C20 atm
Panas Masuk Panas masuk alur 25 = 2,5508 x106kJ/jam Tabel LB.35 Panas keluar alur 25 Komponen N25 (kmol/jam) 298,15∫ 343,15 cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam) Amonia 125,4399 1,6454x103 0,2064x106 Karbon dioksida 62,7199 1,7192x103 0,1078x106 Karbamat 0,6335 1,0593x104 0,0067x106 Urea 253,4138 5,4090x103 1,3707x106 Air 253,4138 3,3905x103 0,8592x106 Total 695,6209 22,7571x103 2,5508x106
Panas Keluar Jika diasumsikan KO drum II bersifat adiabatis maka panas masuk = panas keluar
02
1
2
1
=−= ∫∫T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
∫∫ =2
1
2
1
T
Tout
T
Tin CpdTNCpdTN
2,5508 x106kJ/jam = +
= ∫∑ dT CpgN
T
298,15
20senyawa
dT CplN
T
298.15
21senyawa
∫∑
Suhu keluar KO Drum dapat diperoleh secara iterasi sehingga diperoleh suhu keluar 343,15 K (700 C)
Panas keluar alur 27 dT CpgN T
298,15
27senyawa
= ∫∑
Panas keluar alur 26 dT CplN T
298.15
26senyawa
= ∫∑
Tabel LB. 36 Panas keluar alur 27 Komponen N27 (kmol/jam) 298.15∫ 343,15 cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Amonia 125,4399 1,6454x103 0,2064x106 Karbon dioksida 62,7199 1,7192x103 0,1078x106 Total 188,1598 3,3646x103 0,3142x106
Universitas Sumatera Utara
LC-172
Panas keluar alur 26 dT CplN T
298.15
26senyawa
= ∫∑
Tabel LB. 37 Panas keluar alur 26 Komponen N26 (kmol/jam) 298.15∫ 343,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Karbamat 0,6335 36,9578 x103 0,0067x106 Urea 253,4138 18,8714 x103 1,3707x106 Air 253,4138 12,0440 x103 0,8592x106 Total 507,4611 67,8729 x103 2,2366x106
Total panas keluar = panas keluar alur 20 + panas keluar alur 21 = 0,3142x106 + 2,2366x106 = 2,5508x106 kJ/jam Tabel LB.36 Neraca panas Knock Out Drum (F-202) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 2,5508x106 - Produk - 2,5508x106 Total 2,5508x106 2,5508x106
B-1.7 Evaporator I (FE-301)
Fungsi : untuk menaikkan konsentrasi larutan urea dengan menguapkan air.
Urea KarbamatAir
Urea KarbamatAir
Air
(N28)
(N30)
(N29)
FE-301
128,96 C0,3 atm
128,96 C0,3 atm
128,96 C0,3 atm
70 C20 atm
Panas Masuk Panas masuk alur 26 = Panas masuk alur 28 Tabel LB. 39 Panas keluar alur 28 Komponen N28 (kmol/jam) 298.15∫ 343,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Karbamat 0,6335 36,9578 x103 0,0067x106
Universitas Sumatera Utara
LC-173
Urea 253,4138 18,8714 x103 1,3707x106 Air 253,4138 12,0440 x103 0,8592x106 Total 507,4611 67,8729 x103 2,2366x106
Titik didih campuran
campuranpelaruttanlaru TbTbTb ∆+=
Bcampuran kxPBM
GTb 1000
1
1
=∆
dimana: G1 = Berat zat terlarut (massa urea+karbamat), kg P = Berat pelarut (air), kg kb = Konstanta air = 0,52 BM = Berat molekul zat terlarut = (BM urea x % mol urea) + (BM karbamat x % mol karbamat)
C
kxPBM
GTb Bcampuran
0
1
1
9611,82
52,04561,4484
100060,0448
15254,2430
1000
=
××
=
=∆
KC
CC
TbTbTb campuranpelarutlaru
402,11119611,128
9611,281000
00
tan
==
+=
∆+=
Panas Keluar
Panas keluar alur 30 dT CpgdT CplN 402,1111
bp
bp
298,15
30senyawa
+∆+= ∫∫∑ vlH
Tabel LB.40 Panas keluar alur 30
Komponen N30
(kmol/jam) 298,15∫ bp cpl dT
(kJ/kmol) ΔHvl
(J/mol) bp∫ 402,1111 cpg dT
(kJ/kmol) Qout (kJ/jam) Air 126,7069 5,6719x103 40656,2 9,8682x102 5,9951x106
Panas keluar alur 29 dT CplN 402,1111
298.15
29Senyawa
= ∫∑
Tabel LB.41 Panas keluar alur 29 Komponen N29 (kmol/jam) 298,15∫ 402,111 cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam) Karbamat 0,6335 2,4472x104 0,0155x106
Urea 253,4138 1,2496x104 3,1667x106 Air 126,7069 7,8928x103 1,0001x106 Total 380,7542 4,4861x104 4,1823x106
Total panas keluar = panas keluar alur 29 + panas keluar alur 30
Universitas Sumatera Utara
LC-174
= 10,1774x106 kJ/jam Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
) kJ/jam 10 2,2366() 10 10,1774( 66 ×−×=dtdQ
=dtdQ 7,9408 x 106 kJ/jam
Untuk evaporator I kebutuhan steam yang di perlukan diperoleh dari uap air evaporator II, karena tipe evaporator yang digunakan adalah evaporator double effect yang bertujuan untuk menghemat jumlah energi yang dibutuhkan. Jadi, jumlah steam yang masuk sama dengan steam yang keluar.
( ).......kJ/kg )H - H (
kJ/jam 10 9,12002550,2593
KondensatmasukSteam dQ/dt.m
Kondensat157,58
6
=
×=
−=
Suhu keluar evaporator I dapat diperoleh secara iterasi sehingga diperoleh suhu
keluar 378,9150K (105,765oC).
Tabel LB.42 Neraca panas Evaporator I (FE-301)
Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 2,2366x106 - Produk - 10,1774x106 Steam 7,9408x106 - Total 10,1774x106 10,1774x106
B-1.8 Evaporator II (FE-302)
Fungsi : untuk menaikkan konsentrasi larutan urea dengan menguapkan
air
Universitas Sumatera Utara
LC-175
Urea KarbamatAir
Urea KarbamatAir
Air
(N31)
(N33)
(N32)
FE-302
157,58 C0,03 atm
157,58 C0,03 atm
157,58 C0,03 atm
128,96 C0,3 atm
Panas Masuk Panas keluar alur 30 = Panas masuk alur 31 Tabel LB.43 Panas masuk alur 31 Komponen N31 (kmol/jam) 298,15∫ 402,111 cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam) Karbamat 0,6335 2,4472x104 0,0155x106
Urea 253,4138 1,2496x104 3,1667x106 Tabel LB.43 Panas masuk alur 31………………. (lanjutan) Komponen N31 (kmol/jam) 298,15∫ 402,111 cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam)
Air 126,7069 7,8928x103 1,0001x106
Total 380,7542 4,4861x104 4,1823x106
Titik didih campuran campuranpelaruttanlaru TbTbTb ∆+=
Bcampuran kxPBM
GTb 1000
1
1
=∆
dimana: G1 = Berat zat terlarut (massa urea+karbamat), kg P = Berat pelarut (air), kg kb = Konstanta air = 0,52 BM = Berat molekul zat terlarut = (BM urea x % mol urea) + (BM karbamat x % mol karbamat)
C
kxPBM
GTb Bcampuran
0
1
1
58,5073
52,02257,9164
100060,0448
2430,15254
1000
=
××
=
=∆
Universitas Sumatera Utara
LC-176
KC
CC
TbTbTb campuranpelarutlaru
431,6573158,5073
58,50731000
00
tan
==
+=
∆+=
Panas Keluar
Panas keluar alur 33 dT CpgdT CplN430,7333
bp
bp
298,15
33senyawa
+∆+= ∫∫∑ vlH
Tabel LB.44 Panas keluar alur 34
Komponen N34
(kmol/jam) 298,15∫ bp cpl dT
(kJ/kmol) ΔHvl
(J/mol) bp∫ 431,6573 cpg dT
(kJ/kmol) Qout (kJ/jam) H2O 125,4398 5,6719x103 40656,2 1,9996x103 6,0622 x106
Panas keluar alur 32 dT CplN 430,7333
298.15
32Senyawa
= ∫∑
Tabel LB.45 Panas keluar alur 32 Komponen N32 (kmol/jam) 298,15∫ 431,6573 cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam) Karbamat 0,6335 3,1428x104 1,9909 x104 Urea 253,4138 1,6048x104 4,0667 x106 H2O 1,2671 1,0189x104 1,2910 x104 Total 255,3144 5,7665x104 4,0995x106
Total panas keluar = panas keluar alur 32 + panas keluar alur 33 = 10,1617x106kJ/jam Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
) kJ/jam 10 4,1823() 10 10,1617( 66 ×−×=dtdQ
=dtdQ 5,9794 x106kJ/jam
Superheated steam pada 1 atm, 5500C, Hv(5500) = 3596,5 kJ/kg (Smith, 2001) Saturated steam pada 1 atm, 3000C, HV(3000C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001) HL(3000C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001) λ = [H(550oC) – Hv(300oC)]+ [Hv(300oC) – Hl(300oC)] λ = [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1] λ = 2251,4 kJ/kg Steam yang diperlukan adalah:
Universitas Sumatera Utara
LC-177
kg/jam 10 2,6558kJ/kg 2144,6
kJ/jam 10 5,9794KondensatmasukSteam dQ/dt.m
3
6
×=
×=
−=
Tabel LB.46 Neraca panas Evaporator II (FE-302) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 4,1823x106 - Produk - 10,1617x106 Steam 5,9794x106 - Total 10,1617x106 10,1617x106
B-1.9 Mealting Tank (TK-401)
Fungsi : Melelehkan urea yang keluar dari Evaporator II (FE-302)
(N38) UreaKarbamatAir
UreaKarbamatAir
(N36)
(N42)
UreaKarbamatAir
197 C
157,58 C1 atm
197 C1 atm
Panas Masuk Panas keluar alur 32 = Panas masuk alur 36
Panas masuk alur 36 dT CplN7430,7333
298.15
36Senyawa
= ∫∑
Tabel LB.47 Panas masuk alur 36 Komponen N36 (kmol/jam) 298,15∫ 430,733 cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam) Karbamat 0,6335 3,1210x104 0,0197x106 Urea 253,4138 1,5936x104 4,0384x106
Air 1,2671 1,0115x104 0,0128x106 total 255,3144 5,7262x104 4,0709x106
Produk yang tidak memenuhi standar ukuran produk yang diinginkan, yang diasumsikan 0,01% dari umpan yang yang masuk ke dalam Screening akan diteruskan ke dalam Hopper dan dari Hopper akan direcycle ke dalam Prilling Tank (alur 42) dalam fasa padat. Sehingga menghasilkan neraca panas sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
LC-178
Panas masuk alur 42 dT CpsN7303,15
298.15
42Senyawa
= ∫∑
Tabel LB.48 Panas masuk alur 42 Komponen N42 (kmol/jam) 298,15∫ 470,15 cps dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam) Karbamat 0,0068 602,85 4,0994 Urea 2,5595 0,4605 1,1788
Air 0,0064 0 0 total 2,5787 603,3101 5,2782
Total Panas Masuk = Panas Masuk Alur 36 + Panas Masuk Alur 42 = 4,0709 x106kJ/jam + 5,2782 kJ/jam = 4,0719 x106kJ/jam Panas Keluar
Panas keluar alur 38 dT Cpl dT CpsN470,15
465
470,15
298.15
38senyawa
+= ∫∫∑
Tabel LB.49 Panas keluar alur 38
Komponen N38 (kmol/jam) 298,15∫ 470,15 cps dT
(kJ/kmol) 298,15∫ 470,15 cpl dT
(kJ/kmol) Qout (kJ/jam) Karbamat 0,6399 20,7380 4,0489x104 0,0259x106 Urea 255,9480 15,8292 2,0674x104 5,2955x106 Air 1,2797 0 1,3248x104 0,0169x106 total 257,8676 36,5672 7,4412x104 5,3383x106
Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
) 10 4,0719 ()10 3383,5( 66 ×−×−=dtdQ
=dtdQ 1,2664 x106 kJ/jam
Superheated steam pada 1 atm, 5500C, Hv(5500) = 3596,5 kJ/kg (Smith, 2001) Saturated steam pada 1 atm, 3000C, HV(3000C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001) HL(3000C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001) λ = [H(550oC) – Hv(300oC)]+ [Hv(300oC) – Hl(300oC)] λ = [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1] λ = 2251,4 kJ/kg Steam yang diperlukan adalah:
Universitas Sumatera Utara
LC-179
kg/jam 562,4944kJ/kg 2251,4
kJ/jam 10 1,2664KondensatmasukSteam dQ/dt.m
6
=
×=
−=
Tabel LB.50 Neraca panas Mealting Tank (TK-401) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 4,0719x106 - Produk - 5,3383 x106 Steam 1,2664x106 - Total 5,3383x106 5,3383x106
B-2.0 Prilling Tower (TK-402)
Fungsi : Membentuk partikel-partikel urea yang keluar dari melting tank
(TK-401) dengan bantuan udara pendingin dari air cooler (E-302)
TK-402
79,024 C1 atm
Urea KarbamatAir
Urea KarbamatAir
(N37) (N40)
(N38)
(N39)
Udara
Udara
79,024 C1 atm
62,63 C1 atm
197 C1 atm
30 C1 atm
Panas Masuk Panas masuk alur 37 = 5,3383 x106kJ/jam Tabel LB.51 Panas masuk alur 37
Komponen N37 (kmol/jam) 298,15∫ 470,15 cps dT
(kJ/kmol) 298,15∫ 470,15 cpl dT
(kJ/kmol) Qout (kJ/jam)
Universitas Sumatera Utara
LC-180
Karbamat 0,6399 20,7380 4,0489x104 0,0259x106 Urea 255,9480 15,8292 2,0674x104 5,2955x106 Air 1,2797 0 1,3248x104 0,0169x106 total 257,8676 36,5672 7,4412x104 5,3383x106
Panas masuk udara Asumsi suhu udara masuk 30 oC (298,15 K) dan massa udara 1000 kg/jam
Panas masuk udara dT CpgN 298,15
273.15
masuk udarasenyawa
= ∫∑
Tabel LB.52 Panas masuk udara Prilling Tower (TK402) Komponen N38
udara masuk (kg/jam) 298,15∫ 303,15 cpg dT (kJ/kmol) Qin (kJ/jam) Udara 1000 8,8114 x102 0,8811 x106
Total panas masuk = panas masuk alur 37 + panas masuk udara
= 6,2194 x106 kJ/jam Panas Keluar
Panas keluar alur 40 dT CpsN T
298,15
40senyawa
= ∫∑
Panas keluar udara keluar dT CpgN T
298.15
keluar udarasenyawa
= ∫∑
Jika diasumsikan Priling Tower bersifat adiabatis maka, panas masuk = panas keluar
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
= 0
=∫2
1
T
TinCpdTN ∫
2
1
T
ToutCpdTN
6,2194 x106kJ/jam dT CpsN T
298,15
40senyawa
= ∫∑ dT CpgN
T
298.15
keluar udarasenyawa
= ∫∑
Suhu keluar Priling Tower (T) dapat diperoleh secara iterasi sehingga diperoleh suhu keluar 335,780K (62,63oC). Berikut adalah panas hasil iterasi: Panas Keluar
Panas keluar alur 40 dT CpsN 335,78
298,15
40senyawa
= ∫∑
Tabel LB.53 Panas keluar alur 40 Komponen N40 (kmol/jam) 298,15∫ 335,78 cps dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam) Karbamat 0,6399 4,5370x103 2,9032 x 103
Urea 255,9480 3,4630 0,8863 x 10 3
H2O 1,2797 0 0 Total 257,8676 4,5405x103 3,7895 x 103
Universitas Sumatera Utara
LC-181
Panas keluar udara keluar dT CpgN335,78
298.15
keluar udarasenyawa
= ∫∑
Tabel LB.54 Panas keluar udara Prilling Tower (TK-402)
Komponen Nudara keluar (kmol/jam) 298,15∫ 335,78 cpg dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam)
Udara 1000 6,9846x103 6,9846x106 Tabel LB.55 Neraca panas Prilling Tower (TK-402) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 6,2194x106 - Udara masuk 0,8811 x106 - Produk - 0,0038 x106 Udara keluar - 6,9846 x106 Total 6,9884 x106 6,9884 x106
B-2.1 Heater (E-101)
Fungsi : Untuk menaikan temperatur Nitrogen sebelum dimasukkan ke
dalam Reaktor Amonia (R-101)
(N7) (N8)Nitrogen
Kondensat 350 C
Nitrogen
Steam 650 C
T = 30 CP = 1 atm
T = 450 CP = 150 atm
Panas Masuk Panas masuk alur 7 = 1,6317 x105 kJ/jam Panas Keluar
Panas keluar alur 8 dT CpgN 723,15
298,15
8senyawa
= ∫∑
Tabel LB.55 Panas keluar alur 8 Komponen N8 (kmol/jam) 298,15∫ 723,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam)
Universitas Sumatera Utara
LC-182
Nitrogen 1121,0724 12,8138 x103 14,3652 x106 Total 1121,0724 12,8138 x103 14,3652 x106
Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
) x100,1632() x1014,3652( 66 −=dtdQ
=dtdQ 14,2020 x 106 kJ/jam
Superheated steam pada 1 atm, 5500C, Hv(5500) = 3596,5 kJ/kg (Smith, 2001) Saturated steam pada 1 atm, 3000C, HV(3000C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001) HL(3000C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001) λ = [H(550oC) – Hv(300oC)]+ [Hv(300oC) – Hl(300oC)] λ = [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1] λ = 2251,4 kJ/kg Steam yang diperlukan adalah:
kg/jam 6308,0749kJ/kg 2251,4
kJ/jam 10 14,2020KondensatmasukSteam dQ/dt.m
6
=
×=
−=
Tabel LB.57 Neraca panas Heater (E-101)
Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 0,1632 x106 - Produk - 14,3652 x106 Steam 14,2020 x 106 - Total 14,3652 x106 14,3652 x106
B-2.2 Heater (E-102)
Fungsi : Untuk menaikan temperatur Hidrogen sebelum dimasukkan ke
dalam Reaktor Amonia (R-101)
Universitas Sumatera Utara
LC-183
(N9) (N10)Hidrogen
Kondensat 350 C
Hidrogen
Steam 650 C
T = 30 CP = 1 atm
T = 450 CP = 150 atm
Panas Masuk Panas masuk alur 9 = 4,8694 x 105 Panas Keluar
Panas keluar alur 10 dT CpgN 723,15
298.15
10senyawa
= ∫∑
Tabel LB.58 Panas keluar alur 10 Komponen N10 (kmol/jam) 298.15∫ 723,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Hidrogen 3363,2173 13,6603 x103 4,5943 x107 Total 3363,2173 13,6603 x103 4,5943 x107
Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
) x100486,0() x104,5943( 77 −=dtdQ
=dtdQ 4,5457 x 107 kJ/jam
Superheated steam pada 1 atm, 5500C, Hv(5500) = 3596,5 kJ/kg (Smith, 2001) Saturated steam pada 1 atm, 3000C, HV(3000C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001) HL(3000C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001) λ = [H(550oC) – Hv(300oC)]+ [Hv(300oC) – Hl(300oC)] λ = [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1] λ = 2251,4 kJ/kg Steam yang diperlukan adalah:
kg/jam 2019,0548kJ/kg 2251,4
kJ/jam 10 4,5457KondensatmasukSteam dQ/dt.m
6
=
×=
−=
Universitas Sumatera Utara
LC-184
Tabel LB.59 Neraca panas Heater (E-102)
Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 0,0486x 107 - Produk - 4,5943 x107 Steam 4,5457 x 107 - Total 4,5943 x107 4,5943 x107
B-2.3 Refrigrator (E-103)
Fungsi : Untuk mengkondensasikan gas amonia yang keluar dari Reaktor
Amonia (R-101)
(N11) (N12)NitrogenHidrogenAmonia
Air Pendingin Bekas -30 C
NitrogenHidrogenAmonia
Air Pendingin -80 C
T = 450 CP = 150 atm
T = -35 CP = 19 atm
Panas Masuk Panas masuk alur 11 = 6,8520x107kJ/jam Panas Keluar
Panas keluar alur 12 dT CpgN 238,15
273.15
12senyawa
= ∫∑
Tabel LB.60 Panas keluar alur 12 Komponen N12 (kmol/jam) 298.15∫ 238,15 cpg dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Nitrogen 672,6434 -1,7449x103 -1,1174x106 Hidrogen 2017,9306 -1,6901x103 -3,4105x106 Amonia 898,8580 -2,1004x103 -1,8879x106 Total 3589,4320 -5,5354x103 -6,4721x106
Tabel LB.61 Panas keluar alur 12 Komponen N12 (kmol/jam) ΔHvl 298.15∫ 238,15 cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam)
Universitas Sumatera Utara
LC-185
Amonia 898,8580 23351 -4,9502x103 -4,4495x106 Total panas keluar alur 12 = (-1,1174x106) + (-3,4105x106) + ((898,8580 x
(-2,1004x103 + -4,9502 x103 + 23351)) = 1,0068x107 Kj/kmol Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
) 10 6,8520()10 1,0068( 77 ×−×=dtdQ
kJ/jam x105,8452 7−=dtdQ
Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 5,8452 x107 kJ/jam. Maka untuk menyerap panas ini digunakan air pendingin. Media pendingin yang digunakan adalah Dowtherm J yang masuk pada suhu -45 0 C dan keluar pada suhu -25 0 C (Dow,2001). Dowtherm J yang diperlukan :
kg/jam 10087,535kJ/kg 108,6738
kJ/jam 10 5,8452K 193,15)-(243,15
dQ/dt.m
4
7
×=
×=
=λ
Tabel LB.62 Neraca panas Refrigrator (E-103) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 6,8520x107 - Produk - 1,0068x107 Pendingin - 5,8452x107 Total 6,8520x107 6,8520x107
B-2.4 Heater (E-104)
Fungsi : Untuk menaikkan temperatur amonia sebelum dimasukkan ke
dalam Reaktor Urea (R-201)
Universitas Sumatera Utara
LC-186
(N14) (N15)Amonia
Kondensat 350 C
Amonia
Steam 650 C
T = 182 CP = 150 atm
T = -35 CP = 19 atm
Panas Masuk Panas masuk alur 14 = - 1,6438x106 kJ/jam Panas Keluar
Panas keluar alur 15 dT CpgN 455,15
298.15
15senyawa
= ∫∑
Tabel LB.63 Panas keluar alur 15 Komponen N15 (kmol/jam) 298.15∫ 455,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Ammonia 573,9090 6,0059x103 3,4468x106 Total 573,9090 6,0059x103 3,4468x106
Total panas keluar = N9 x (∆HVl + Qout) = 573,9090 kmol/jam x (23351 + 3,4468 x106kJ/jam ) = 1,9915x107 kJ/jam Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
) 10 1,6438 -()10 9150,19( 66 ×−×=dtdQ
=dtdQ 1,8271 x107kJ/jam
Superheated steam pada 1 atm, 5500C, Hv(5500) = 3596,5 kJ/kg (Smith, 2001) Saturated steam pada 1 atm, 3000C, HV(3000C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001) HL(3000C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001) λ = [H(550oC) – Hv(300oC)]+ [Hv(300oC) – Hl(300oC)] λ = [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1] λ = 2251,4 kJ/kg Steam yang diperlukan adalah:
kg/jam 10 8,1154kJ/kg 2251,4
kJ/jam 10 1,8271KondensatmasukSteam dQ/dt.m
3
7
×=
×=
−=
Universitas Sumatera Utara
LC-187
Tabel LB. 64 Neraca panas Heater (E-104)
Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan -1,6438x106 - Produk - 1,9915 x 107
Steam 1,8271 x 107 - Total 1,9915x107 1,9915 x 107
B-2.5 Heater (E-201)
Fungsi : Untuk temperatur Karbon dioksida sebelum dimasukkan ke dalam
Reaktor Urea (R-201)
(N17) (N18)Karbon dioksida
Kondensat 350 C
Steam 650 C
Karbon dioksidaT = 182 C
P = 150 atmT = 30 CP = 1 atm
Panas Masuk Panas masuk alur 17 = 5,3542 x104 kJ/jam Panas Keluar
Panas keluar alur 18 dT CpgN 455,15
298.15
18senyawa
= ∫∑
Tabel LB.65 Panas keluar alur 18 Komponen N18 (kmol/jam) 298.15∫ 455,15 cpl dT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) Karbon dioksida 286,9545 6,3577 x103 1,8243 x106 Total 286,9545 6,3577 x103 1,8243 x106
Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
) 10 0,0535()10 1,8243( 66 ×−×=dtdQ
=dtdQ 1,7708 x106 kJ/jam
Superheated steam pada 1 atm, 5500C, Hv(5500) = 3596,5 kJ/kg (Smith, 2001) Saturated steam pada 1 atm, 3000C, HV(3000C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001) HL(3000C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001) λ = [H(550oC) – Hv(300oC)]+ [Hv(300oC) – Hl(300oC)] λ = [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1]
Universitas Sumatera Utara
LC-188
λ = 2251,4 kJ/kg Steam yang diperlukan adalah:
Tabel LB.66 Neraca panas Heater (E-201)
Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 0,0535 x106 - Produk - 1,8243 x106 Steam 1,7708 x106 - Total 1,8243 x106 1,8243 x106
B-2.6 Heater (E-202)
Fungsi : Untuk menaikan temperatur Amonia dan Karbon dioksida sebelum
dimasukkan ke dalam Reaktor urea (R-201)
(N20) (N21)AmoniaKarbon dioksida
Air Pendingin Bekas 60 C
Air Pendingin 30 C
AmoniaKarbon dioksidaT = 182 C
P =150 atmT = 130 CP = 85 atm
Panas Masuk Panas masuk alur 20 = 1,3093 x106 kJ/jam Panas Keluar
Panas keluar alur 21 dT CpgN 455,15
298.15
17senyawa
= ∫∑
Tabel LB.67 Panas keluar alur 21 Komponen N21 (kmol/jam) 298,15∫ 455,15 cpl dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam) Amonia 218,0092 6,4534x103 1,4069x106
Karbon dioksida 109,0046 6,3577x103 0,6931x106
Total 327,0138 12,8111x103 2,1000x106
Maka, selisih panas adalah :
kg/jam 10 x 8,2570kJ/kg 2251,4
kJ/jam 10 1,7708
dQ/dt.m
3
6
=
×=
=λ
Universitas Sumatera Utara
LC-189
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
) 103093,1() 10 2,1( 66 ×−×=dtdQ
=dtdQ 7,9070 x105kJ/jam
Superheated steam pada 1 atm, 5500C, Hv(5500) = 3596,5 kJ/kg (Smith, 2001) Saturated steam pada 1 atm, 3000C, HV(3000C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001) HL(3000C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001) λ = [H(550oC) – Hv(300oC)]+ [Hv(300oC) – Hl(300oC)] λ = [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1] λ = 2251,4 kJ/kg Steam yang diperlukan adalah:
Tabel LB.68 Neraca panas Heater (E-202) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 1,3093x106 - Produk - 2,100x106 Pendingin - 0,7907x106 Total 1,3093x106 1,3093x106
LB.2.7 Water Condenser (E-301)
Fungsi : Untuk mengkondensasikan uap air yang keluar dari Evaporator I dan
II untuk diteruskan ke unit utilitas
kg/jam 10 5120,3kJ/kg 2251,4
kJ/jam 7,9070x10KondensatmasukSteam dQ/dt.m
2
5
x=
=
−=
Universitas Sumatera Utara
LC-190
(N31)(N36)
Air Pendingin Bekas 60 C
Air Pendingin 30 C
Air(N34)
Air
Air T = 100 CP = 1 atm
T = 128,96 CP = 0,03 atm
T = 157,58 CP = 0,3 atm
Panas Masuk Panas masuk alur 31 = 5,9951 x106 kJ/jam Panas masuk alur 34 = 6,0622 x106 kJ/jam Total panas masuk = panas masuk alur 31 + panas masuk alur 34
= 12,0573 x106 kJ/jam
Panas Keluar Asumsi suhu keluar kondensor 100 oC Panas keluar alur 36 [ ] N36
senyawa vlH∆= Tabel LB.69 Panas keluar alur 36 Komponen N36 (kmol/jam) ΔHvl (Kj/kmol) Qout (kJ/jam) H2O 252,1467 40656,2 10,2513 x 106
Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
) 10 12,0573()10 10,2513( 66 ×−×=dtdQ
=dtdQ -1,8059 x106 kJ/jam
Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 1,8059 x106 kJ/jam. Maka untuk menyerap panas ini digunakan air pendingin. Data air pendingin yang digunakan: T masuk = 30oC T keluar = 60oC Air pendingin yang diperlukan adalah:
kg/jam 10 1,4396kJ/kg 125,446
kJ/jam 10 1,8059
dQ/dt.m
4
6
×=
×=
=λ
Universitas Sumatera Utara
LC-191
Tabel LB.70 Neraca panas Water Condenser (E-301) Komponen Q masuk (kJ/jam) Q keluar (kJ/jam) Umpan 12,0573 x106 - Produk - 10,2513 x106 Pendingin - -1,8059 x106 Total 12,0573 x106 12,0573 x106
LB.2.9 Cooler (E-302)
Fungsi : Untuk menurukan temperatur yang keluar dari Prillinng Tank
(TK-402)
(N39) (N40)Udara
Air Pendingin Bekas 60 C
Air Pendingin 30 C
UdaraT = 79,024 CP = 1 atm
T = 30 CP = 1 atm
Panas Masuk Panas masuk alur 39 = 6,9825 x106 kJ/jam Panas Keluar
Panas keluar alur 40 dT CpgN 352,174
298.15
40senyawa
= ∫∑
Tabel LB.71 Panas keluar alur 40
Komponen Nudara keluar (kmol/jam) 298,15∫ 352,174 cpg dT (kJ/kmol) Qout (kJ/jam)
Udara 1000 8,8114 x103 8,8114 x105 Maka, selisih panas adalah :
∫∫ −=2
1
2
1
T
Tin
T
Tout CpdTNCpdTN
dtdQ
65 01 6,9825 10 8,8114 ×−×=dtdQ
Universitas Sumatera Utara
LC-192
=dtdQ - 61,0139 x105 kJ/jam
Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 61,0139 x105 kJ/jam. Maka untuk menyerap panas ini digunakan air pendingin. Data air pendingin yang digunakan: T masuk = 30oC T keluar = 60oC Air Pendingin yang diperlukan adalah:
kg/jam10 4,8637 kJ/kg 125,446
kJ/jam 10 61,0139
dQ/dt.m
4
5
×=
×=
=λ
Tabel LB.74 Neraca panas Cooler (E-302) Komponen Qmasuk (kJ/jam) Qkeluar (kJ/jam) Umpan 6,9825 x106 - Produk - 8,8114 x105 Pendingin - 61,0139 x105 Total 6,9825 x106 6,9825 x106
LAMPIRAN C
PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN C.1 Tangki Penyimpanan Nitrogen (TK-101)
Fungsi : Menyimpan nitrogen umpan
Bahan konstruksi : Low alloy steel, SA-285,Grade-C
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup hemispherical
Jenis sambungan : Single welded butt joins
Jumlah : 8 unit
Kebutuhan perancangan : 4 hari
Universitas Sumatera Utara
LC-193
Kondisi operasi :
Tekanan = 150 atm
Temperatur = 30 oC = 303,15 K
Laju alir massa = 31390,0272 kg/jam
Faktor kelonggaran = 20%
Densitas (ρ) = 556 kg/m3 = 0,5560 kg/liter
Perhitungan:
A.Volume Tangki
Kebutuhan larutan Nitrogen per jam = 31.390,0272 kg/jam
Volume gas, Vl = 31390,0272 kg/jam x24 jam/hari x4hari
= 3.013.442,6110 m3
Direncanakan 8 buah tangki, sehingga:
Volume untuk 1 tangki = 3264,680.3768
61103.013.442,= m3
Densitas Bahan dalam tangki = 0,5560 kg/liter = 556 kg/m3
Total volume bahan dalam tangki = kg/liter0,5560
kg64376.680,32 = 677.482,6014 liter
= 677,4826 m3
Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green, 1999) Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 677.482,6014 liter
= 1,2 x 677.482,6014 liter = 812.979.1217 liter
= 812,9791 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 5 : 4
Volume silinder (Vs) = 41 π Dt
2 Hs
Vs = 165 π Dt
3
Tinggi head (Hh) = 1/4 × Dt (Brownell dan Young, 1959) Volume tutup (Vh) ellipsoidal = π/12 × D3
= π/12 × (1/4 × D)3 Vt = Vs + 2 Vh (Brownell dan Young, 1959) Vt = (5π/16 × D3) + (π/48 × D3) Vt = 16π/48 × D3
Universitas Sumatera Utara
LC-194
m 9,1905 16
812,9791 48 16
Vt 48 (D) tangkiDiameter 33 =×
==ππ
Tinggi silinder (Hs) = 5/4 × D = 5/4 × 9,1905 m = 11,4878 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/4 × D = 1/4 x 9,1905 m = 2,2975 m
Tinggi Tangki (HT) = Hs + 2Hh = 16,0838 m
B. Tekanan Desain
Tinggi bahan dalam tangki = tangkivolume
tangkitinggi tangkidalambahan volume ×
= 812,9791
11,4878 677,8426 ×
= 9,5783 m
Tekanan hidrostatis = Densitas bahan × g × tinggi cairan dalam tangki = 566 kg/m3 × 9,8 m/s2 × 9,5783 m
= 53.128,6586 Pa = 0,5243 atm
Tekanan operasi = 150 atm
Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % P desain = (1 + 0,2) × (150 atm + 0,5243 atm)
= 180,6292 atm
= 2.204,4 psia
C. Tebal dinding tangki (bagian silinder) - Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse dan Eber,1954)
- Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959)
- Efisiensi sambungan (E) : 0,9
- Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun
)AC(0,6PSERP(d)silinder Tebal ×+
−×
= (Peters dan Timmerhaus, 2004)
dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi) R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan
( ) ( ) ( )
m 0,6548in 25,7812
100042,0 2654,36526,090,0500.22
361,8392 2654,3652d
==
×+×−×
×=
Universitas Sumatera Utara
LC-195
Dipilih tebal silinder standar = 26 in
D. Tebal dinding head (tutup tangki) Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Eber, 1954)
Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2 (Brownell, 1959)
Efisiensi sambungan (E) : 0,9
Umur alat (A) direncanakan :10 tahun
)AC(1,2P2SEDiP(dh) head Tebal ×+−×
= (Timmerhaus, 2004)
dimana : dh = tebal dinding head (tutup tangki) (in) P = tekanan desain (psi) Di = diameter tangki (in) S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan
( ) ( ) ( )
m 0,6548 in 25,7812
100042,0 2.654,88422,19,0500.222
361,83922.654,8442dh
==
×+×−××
×=
Dipilih tebal head standar = 26 in
C.2 Tangki Penyimpanan Hidrogen (TK-102)
Fungsi : Menyimpan hidrogen umpan
Bahan konstruksi : Low alloy steel, SA-318
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal
Jumlah : 3 unit
Kebutuhan perancangan : 4 hari
Kondisi operasi :
Tekanan = 150 atm
Temperatur = 30 oC
Laju alir massa = 6726,4346 kg/jam
Faktor kelonggaran = 20%
Densitas = 0,6935 kg/liter
Perhitungan:
A. Volume Tangki
Universitas Sumatera Utara
LC-196
Kebutuhan larutan Hidrogen per jam = 6726,4346 kg/jam
Total massa bahan dalam tangki = 6726,4346 kg/jam×24 jam/hari×4 hari
= 645737,7216 kg
Direncanakan 3 buah tangki, sehingga:
Total massa bahan dalam tangki = kg9072,1524523
kg6645737,721=
Densitas Bahan dalam tangki = 0,6935 kg/liter = 693,535 kg/m3
Total volume bahan dalam tangki = kg/liter0,6935
kg 2215245,907 = 310376,2180 liter
= 310,3762 m3
Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green, 1999) Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 310,3762 liter
= 372,4515 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 5 : 4
Volume silinder (Vs) = 41 π Dt
2 Hs
Vs = 165 π Dt
3
Tinggi head (Hh) = 1/4 × Dt (Brownell dan Young, 1959) Volume tutup (Vh) ellipsoidal = π/12 × D3
= π/12 × (1/4 × D)3 Vt = Vs + 2 Vh (Brownell dan Young, 1959) Vt = (5π/16 × D3) + (π/48 × D3) Vt = 16π/48 × D3
7,0863m 16
372,4515 48 16
Vt 48 (D) tangkiDiameter 33 =×
==ππ
Tinggi silinder (Hs) = 5/4 × D = 5/4 × 7,0863 m = 8,8578 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/4 × D = 1/4 x 7,0863 m = 1,7715 m
Tinggi Tangki (HT) = Hs + 2Hh = 12,4011 m
B. Tekanan Desain
Tinggi silinder (Hs) = 9,3236 m
Tinggi bahan dalam tangki = tangkivolume
tangkitinggi tangkidalambahan volume ×
Universitas Sumatera Utara
LC-197
= 372,4515
8,8578 310,3762 ×
= 7,3816 m
Tekanan hidrostatis = Densitas bahan × g × tinggi cairan dalam tangki = 693,535 × 9,8 × 7,3816
= 50,1674 kPa = 0,4951 atm
Tekanan operasi = 150 atm
Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % P desain = (1 + 0,2) × (150 atm + 0,4951 atm)
= 180,5941 atm
= 2.654,6475 psia
C. Tebal dinding tangki (bagian silinder) - Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse dan Eber,1954)
- Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959)
- Efisiensi sambungan (E) : 0,9
- Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun
)AC(0,4P4SEDP(d)silinder Tebal ×+
−×
= (Brownell dan Young, 1959)
dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi) R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan
( ) ( ) ( )
in 9,3068
100042,0 2.654,47714,090,0500.224
278,9879 2.654,4771d
=
×+×−××
×=
Dipilih tebal silinder standar = 10 in
D. Tebal dinding head (tutup tangki) - Faktor korosi (C) : 0, 042 in/tahun (Chuse dan Eber, 1954)
- Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959)
- Efisiensi sambungan (E) : 0,9
- Umur alat (A) direncanakan :10 tahun
- )AC(0,4P4SEDP(dh) head Tebal ×+
−×
= (Brownell dan Young, 1959)
Universitas Sumatera Utara
LC-198
dimana : dh = tebal dinding head (tutup tangki) (in) P = tekanan desain (psi) Di = diameter tangki (in) S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan
( ) ( ) ( )
m 0,24875 in 9,7933
100042,0 2.654,47714,090,0500.224
293,6562 2.654,4771dh
==
×+×−××
×=
Dipilih tebal head standar = 10 in.
C.3 Tangki Penyimpanan Fuel gas (TK-103)
Fungsi : Menyimpan fuel gas
Bahan konstruksi : High alloy steel, SA-318
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup hemispherical
Jumlah : 4 unit
Kebutuhan perancangan : 2 hari
Kondisi operasi :
Tekanan = 1925,1750 kPa = 19 atm
Temperatur = -35 oC = 238,15 K
Laju alir massa = 24863,2682 kg/jam
Faktor kelonggaran = 20%
Tabel LC.I Komposisi pada tangki penyimpanan fuel gas
No Komponen Laju alir 8
(kg/jam)
Laju alir 8
(kmol/jam)
% mol BM %mol x
BM
1 NH3 2246,3378 132,1399 0,0471 17 0,8006
2 H2 4019,2660 2009,6330 0,7162 2 1,4324
3 N2 18597,6644 664,2023 0,2367 28 6,6279
Total 24863,2682 2805,9752 1 8,8608
Densitas gas = RT
BMP×
BMcampuran = 8,8608 Kg/Kmol
Universitas Sumatera Utara
LC-199
Densitas gas = kg/liter 0,48315,2381005,82
8608,8193 =××
×−
Perhitungan:
A. Volume Tangki
Kebutuhan larutan Fuel gas per jam = 24863,2682 kg/jam
Total massa bahan dalam tangki = 24863,2682 kg/jam×24 jam/hari×2 hari
= 1193436,8740 kg
Direncanakan 4 buah tangki, sehingga:
Total massa bahan dalam tangki = kg4298359,2184
kg 41193436,87=
Densitas Bahan dalam tangki = 0,4832 kg/liter = 483,2 kg/m3
Total volume bahan dalam tangki = 4832,0
8298359,214 = 617,4652 m3
Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green, 1999) Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 617,4652
= 740,9583 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 5 : 4
Volume silinder (Vs) = 41
π Dt2 Hs
Vs = 165π Dt
3
Tinggi head (Hh) = 1/4 × Dt (Brownell dan Young, 1959) Volume tutup (Vh) ellipsoidal = π/12 × D3 = π/12 × (1/4 × D)3
Vt = Vs + 2 Vh (Brownell dan Young, 1959) Vt = (5π/16 × D3) + (π/48 × D3) Vt = 16π/48 × D3
m 8,9124 16
740,9583 48 16
Vt 48 (D) tangkiDiameter 33 =×
==ππ
Tinggi silinder (Hs) = 5/4 × D = 5/4 × 8,9124 m = 11,1405 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/4 × D = 1/4 x 8,9124 m = 2,2281 m
Tinggi Tangki (HT) = Hs + 2Hh = 15,5967 m
Universitas Sumatera Utara
LC-200
B. Tekanan Desain
Tinggi silinder (Hs) = 11,1405 m
Tinggi bahan dalam tangki = tangkivolume
tangkitinggi tangkidalambahan volume ×
= 707,9219
11,1405 617,4652 ×
= 9,2837 m
Tekanan hidrostatis = Densitas bahan × g × tinggi cairan dalam tangki = 483,2× 9,8 × 9,2837
= 0,4338 atm
Tekanan operasi = 19 atm
Faktor keamanan tekanan = 20 % P desain = (1 + 0,2) × (19 atm + 0,4338atm)
= 23,3206 atm
C. Tebal dinding tangki (bagian silinder)
Faktor korosi (C) : 0,035 in/tahun (Chuse,1954)
Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2 (Brownell, 1959)
Efisiensi sambungan (E) : 0,9
Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun
)AC(0,4P4SEDiP(d)silinder Tebal ×+
−×
= (Brownell, 1959)
dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (psi) R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan
( ) ( ) ( )
in 0,4535
100,0042 336,24984,090,022.5004
350,8812 336,2498d
=
×+×−××
×=
Dipilih tebal silinder standar = ½ in.
D. Tebal dinding head (tutup tangki)
Faktor korosi (C) : 0,042 in/tahun (Chuse, 1954)
Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2 (Brownell, 1959)
Efisiensi sambungan (E) : 0,9
Universitas Sumatera Utara
LC-201
Umur alat (A) direncanakan :10 tahun
)AC(P4,04SE
DiP(dh) head Tebal ×+−×
= (Brownell, 1959)
dimana : dh = tebal dinding head (tutup tangki) (in)
P = tekanan desain (psi) Di = diameter tangki (in) S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan
( ) ( ) ( )
in 0,4535
100,0042 336,24984,090,022.5004
350,8812 336,2498d
=
×+×−××
×=
Dipilih tebal head standar = 3/4 in
C.4 Tangki Penyimpanan Amonia (TK-201)
Fungsi : wadah penyimpanan amonia
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, Grade C
Bentuk : Silinder horizontal dengan alas dan tutup hemispherical
Jumlah : 5 unit
Kebutuhan perancangan : 2 hari
Tabel LC.2 Komposisi pada tangki penyimpanan ammonia
Komponen Laju alir massa
(kg/jam)
Laju alir mol
(kmol/jam)
%mol BM %mol x BM
NH3 13000,2060 764,718 0,9786 17 15,6358
H2 16,5944 8,2972 0,0106 2 0,0212
N2 236,3536 8,4412 0,0108 28 0,3025
Total 13253,1540 781,4564 1,0000 15,9596
Densitas cairan (persamaan Grain)
nblb TTM )/(23( ×−×= ρρ (Lyman, 1982)
M = berat molekul rata-rata
lbρ = densitas pada titik didih = Vb1
T = temperatur operasi
Tb = titik didih normal rata-rata
Universitas Sumatera Utara
LC-202
n = bilangan eksponen = 0,31 (non hidrocarbon)
Dari tabel 19-5 Lyman, diperoleh Vb untuk setiap unsur C, H, N, dan O = 7
Sehingga diperoleh jumlah total = 98
Jadi lbρ = 3gr/cm0,01020408981
=
Densitas cairan = 331,0
gr/cm0,1528264,230
253230102,09596,15 =
−××
= 152,8 kg/m3
Perhitungan:
A. Volume Tangki
Kebutuhan larutan Amonia per jam = 13253,1540kg/jam
Total massa bahan dalam tangki = 13253,1540 kg/jam×24 jam/hari×2 hari
= 636151,3920 kg
Direncanakan 5 buah tangki, sehingga:
Total massa bahan dalam tangki = kg4127230,2785
kg0636151,392=
Densitas Bahan dalam tangki = 0,1528 kg/liter = 152,8kg/m3
Total volume bahan dalam tangki = kg/liter0,1528
kg 4127230,278
= 832,6588 m3
Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green, 1999) Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 832,6588
= 999,1906 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 5 : 4
Volume silinder (Vs) = 41
π Dt2 Hs
Vs = 165π Dt
3
Tinggi head (Hh) = 1/4 × Dt (Brownell dan Young, 1959) Volume tutup (Vh) ellipsoidal = π/12 × D3 = π/12 × (1/4 × D)3 Vt = Vs + 2 Vh (Brownell dan Young, 1959) Vt = (5π/16 × D3) + (π/48 × D3)
Universitas Sumatera Utara
LC-203
Vt = 16π/48 × D3
9,8464m 16
999,1906 48 16
Vt 48 (D) tangkiDiameter 33 =×
==ππ
Tinggi silinder (Hs) = 5/4 × D = 5/4 × 9,8464 m = 12,3080 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/4 × D = 1/4 x 9,8464 m = 2,4616 m
Tinggi Tangki (HT) = Hs + 2Hh = 17,2313 m
B. Tekanan Desain
Tinggi silinder (Hs) = 12,3080 m
Tinggi bahan dalam tangki = tangkivolume
tangkitinggi tangkidalambahan volume ×
= 999,1906
12,3080 832,6588 ×
= 10,2567 m
Tekanan hidrostatis = Densitas bahan × g × tinggi cairan dalam tangki = 152,8 × 9,8 × 10,2567
= 0,1516 atm
Tekanan operasi = 150 atm
Faktor keamanan tekanan = 20 % P desain = (1 + 0,2) × (150 atm + 0,1516 atm)
= 180,1819 atm = 2592,4841 psia
C. Tebal dinding tangki (bagian silinder)
Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse,1954)
Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2 (Brownell, 1959)
Efisiensi sambungan (E) : 0,9
Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun
)AC(0,4P4SEDP(d)silinder Tebal ×+
−×
= (Brownell, 1959)
dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (psi) R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan
Universitas Sumatera Utara
LC-204
( ) ( ) ( )
in 12,6102
100042,0 2592,48414,090,0500.224
387,6546 2592,4841d
=
×+×−××
×=
Dipilih tebal silinder standar = 12 3/4 in.
D. Tebal dinding head (tutup tangki)
Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse, 1954)
Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2 (Brownell, 1959)
Efisiensi sambungan (E) : 0,9
Umur alat (A) direncanakan :10 tahun
)AC(0,4P4SEDP(dh) head Tebal ×+
−×
= (Brownell, 1959)
dimana : dh = tebal dinding head (tutup tangki) (in)
P = tekanan desain (psi) Di = diameter tangki (in) S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan
( ) ( ) ( )
in 12,6102
100042,0 2592,48414,090,0500.224
387,6546 2592,4841d
=
×+×−××
×=
Dipilih tebal head standar = 12 3/4 in.
C.5 Tangki Penyimpanan CO2 (TK-201)
Fungsi : Menyimpan kabondioksida umpan
Bahan konstruksi : Low alloy steel, SA-318
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup hemispherical
Jumlah : 4 unit
Kebutuhan perancangan : 4 hari
Kondisi operasi :
Tekanan = 150 atm
Temperatur = 30 oC
Laju alir massa = 12625,9971 kg/jam
Faktor kelonggaran = 20%
Densitas = 1,7243 kg/m3
Universitas Sumatera Utara
LC-205
Perhitungan:
A. Volume Tangki
Kebutuhan larutan Karbon dioksida per jam = 12625,9971 kg/jam
Total massa bahan dalam tangki = 12625,9971 kg/jam×24 jam/hari×4 hari
= 1212095,7220 kg
Direncanakan 4 buah tangki, sehingga:
Total massa bahan dalam tangki = kg9304,0302334
kg 201212095,72=
Densitas Bahan dalam tangki = 0,2696 kg/liter = 269,957 kg/m3
Total volume bahan dalam tangki =957,269
kg 4303023,930 = 1122,4896 m3
Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green, 1999) Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 1122,4896
= 1,2 x 1122,4896 = 1346,9875 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 5 : 4
Volume silinder (Vs) = 41
π Dt2 Hs
Vs = 165π Dt
3
Tinggi head (Hh) = 1/4 × Dt (Brownell dan Young, 1959) Volume tutup (Vh) ellipsoidal = π/12 × D3 = π/12 × (1/4 × D)3 Vt = Vs + 2 Vh (Brownell dan Young, 1959) Vt = (5π/16 × D3) + (π/48 × D3) Vt = 16π/48 × D3
m 10,8772 16
1346,9875 48 16
Vt 48 (D) tangkiDiameter 33 =×
==ππ
Tinggi silinder (Hs) = 5/4 × D = 5/4 × 10,8772 m = 13,5965 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/4 × D = 1/4 x 10,8772 m = 2,7193 m
Tinggi Tangki (HT) = Hs + 2Hh = 19,0352 m
B. Tekanan Desain
Tinggi silinder (Hs) = 13,5965 m
Universitas Sumatera Utara
LC-206
Tinggi bahan dalam tangki = tangkivolume
tangkitinggi tangkidalambahan volume ×
= 1346,9875
13,5965 1122,4896 ×
= 11,3304 m
Tekanan hidrostatis = Densitas bahan × g × tinggi cairan dalam tangki = 269,957 × 9,8 × 11,3304
= 0,2958 atm
Tekanan operasi = 150 atm
Faktor keamanan tekanan = 20 % P desain = (1 + 0,2) × (150 atm + 0,2958 atm)
= 180,3550 atm
= 2600,4572 psia
C. Tebal dinding tangki (bagian silinder)
Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse,1954)
Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2 (Brownell, 1959)
Efisiensi sambungan (E) : 0,9
Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun
)AC(0,4P4SEDP(d)silinder Tebal ×+
−×
= (Brownell, 1959)
dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (psi) R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan
( ) ( ) ( )
in9691,31
100042,0 2600,45724,090,0500.224
428,2362 2600,4572dh
=
×+×−××
×=
Dipilih tebal silinder standar = 14 in.
D. Tebal dinding head (tutup tangki)
Faktor korosi (C) : 0,042 in/tahun (Chuse, 1954)
Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2 (Brownell, 1959)
Efisiensi sambungan (E) : 0,9
Umur alat (A) direncanakan :10 tahun
Universitas Sumatera Utara
LC-207
)AC(P4,04SE
DiP(dh) head Tebal ×+−×
= (Brownell, 1959)
dimana : dh = tebal dinding head (tutup tangki) (in)
P = tekanan desain (psi) Di = diameter tangki (in) S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan
( ) ( ) ( )
in9691,31
100042,0 2600,45724,090,0500.224
428,2362 2600,4572dh
=
×+×−××
×=
Dipilih tebal head standar = 13 in.
C. 6 Reaktor amonia (R-101)
Fungsi : mereaksikan nitrogen dan hidrogen untuk memproduksi amonia
Jenis : Fixed bed ellipsoidal
Bahan : Low alloy steel, SA-318
Kondisi operasi : T = 7230K (Walas, 1988)
P = 150 atm
Tabel LC.3 Komposisi pada reaktor amonia
No Komponen N5(kmol/jam) F5(kg/jam) BM % Berat BMx%Berat
1 N2 1121,0724 18834,0152 28 0,7500 7,0000
2 H2 3363,2173 4035,8612 2 0,2500 1,5000
Total 4484,2897 22869,8764 1,0000 8,5000
Laju massa gas (F) = 22869,8764 Kg/jam
Densitas gas = RT
BMP×
P = 150 atm
BMcampuran = 8,5000 Kg/Kmol
Densitas gas = 33
Kg/m21,49017231005,82
5000,8150=
×××
−
Universitas Sumatera Utara
LC-208
Volume gas = 3m1064,20404901,21
22869,8764==
ρF
Volume katalis :
Katalis yang digunakan adalah logam besi (Fe) (Walas, 1988)
7800 GHSV = katalisvolume
gasVolume , ft3 pada kondisi standard (250C, 1 atm)
Densitas gas pada keadaan standard = 33
Kg/m34750,2981005,82
5000,81=
×××
−
Volume gas = 33 ft0232445,549m65820,06373475,0
22869,8764===
ρF
Maka volume katalis = 33 m8,4383297,962ft7800
549,232445==
Waktu tinggal = 28 s (Walas, 1988)
Volum gas = 3m 8,2771)3600
28(2040,1064 =×
Porositas pada reaktor fixed bed = 0,4 (Ulrich, 1984)
Maka volume katalis = 300,14)4,01(
4383,8 m=−
Volume total = 8,2771 + 14 = 22,34 m3
Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green, 1999) Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 22,34 m3
= 26,8080 m3
Ukuran reaktor :
Volume total = 26,8080 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 3:2
Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) = 1:4
Volume silinder = 32
83
4DHD s
ππ=×
Volume tutup elipsoidal = 3
24D×
π x 2
Vt = Vs + Vh
Universitas Sumatera Utara
LC-209
Vt = 3
2410 D×π
Diameter tangki = m 2,5714 3,1410
8080,26241024
33 =×
×=
πtV
Tinggi tangki = m8571,3571,223
=× m
Tinggi tutup elipsoidal = m6438,05714,241
=×
Tinggi total reaktor = Hs + He = 4,5064 m
Tebal dinding tangki :
Tekanan = 150 atm = 2204,25 psi
Tekanan design = (1,05 x 2204,25) = 2314,62 psi
Allowable working stress (S) = 16800 psi
Efisiensi sambungan (E) = 0,9
Corrosion factor (CA) =0,0042 in/thn
Umur alat (n) = 10 thn
Tebal silinder (t)
ts = AC1,2P2SE
PD n+−
= (10)0,0042) 62,3142x(1,20,9)x16800x(2
) 875,99x(2314,62+
−
= 5,8978 in
maka digunakan silinder dengan tebal tangki 6 in.
C.7 Flash drum (F-101)
Fungsi : untuk memisahkan fasa cair amonia dari campuran fasa gasnya.
Bahan : Stainless steel, SA-283, Grade C
Bentuk : Silinder tegak elopsoidal
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan = 19 atm
Universitas Sumatera Utara
LC-210
Temperatur = -350C
Tabel LC.4 Komposisi pada flash drum
No Komponen N6(kmol/jam) F6(kg/jam) %mol BM %mol x BM
1 N2 672,6434 18834,0152 0,1874 28 5,2471
2 H2 2017,9306 4035,8612 0,5622 2 1,1244
3 NH3 898,8580 15280,5860 0,2504 17 4,2571
Total 3589,4320 38116,4618 1,000 10,6286
Massa komponen umpan : 38116,4618 Kg/jam
Densitas campuran : 33 Kg/m10,3348
15,2381005,826286,1019
=××
×=
×−RT
BMP
Volume : 33
m3688,1800/3348,10
1/4618,38116=
mkgjamjamxkg
Ukuran Flash drum :
Volume total = 3688,1800 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 3:2
Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) = 1:4
Volume silinder = 32
83
4DHD s
ππ=×
Volume tutup elipsoidal = 3
24D×
π x 1
Vt = Vs + Vh
Vt = 3
2410
D×π
Diameter tangki = m 11,9144 3,1410
1800,3688241024
33 =×
×=
πtV
Tinggi tangki = m8716,179144,1123
=×
Tinggi tutup elipsoidal = m9786,28716,1741
=×
Tinggi total flash drum = Hs + He = 20,8501 m
Universitas Sumatera Utara
LC-211
Tebal dinding tangki :
Tekanan = 19 atm = 1925,1750 kPa
Tekanan design = (1,2 x 1925,1750) = 330,8220 psi
Allowable working stress (S) = 18700 psi
Efisiensi sambungan (E) = 0,8
Corrosion factor (CA) =0,0035 m/thn
Umur alat (n) = 10 thn
Tebal silinder (t) =
ts = AC1,2P2SE
PD n+−
= (10)0,0035330,8220)x(1,20,85)x18700x(2
) 11,9144x (330,8220+
−
= 4,1254 in
maka digunakan silinder dengan tebal tangki 4,5 in (0,1143 m).
C.8 Reaktor Urea (R-201)
Fungsi : Tempat terjadinya reaksi menghasilkan urea, produk samping
air dan produk antara karbamat.
Bahan konstruksi : low alloy steel SA-353
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Temperatur = 455,15 K
Tekanan = 15198,75 kPa = 150 atm
Waktu tinggal (τ) = 30 menit-1 = 0,5jam-1 (Muliawati,2008)
Reaksi = Reaksi I : 2NH3 (g) + CO2 (g) Karbamat (l) Reaksi II : Karbamat (l) Urea (l) + H2O (l)
Tabel LC 5. Komposisi umpan
No Komponen N11 N12 %mol BM %mol x
BM
1 NH3 - 573,909
0
0,6667 17 3,7051
Universitas Sumatera Utara
LC-212
2 CO2 286,9545 - 0,3333 44 12,4103
Total 286,9545 573,909
0
1 16,1154
Perhitungan :
A. Volume reaktor
CCO2 = )15,455)(/ .314,8(
(0,3333) 150002 3 KmolKmPakPa
RTmolCOxP
= = 1338,7648mol/m3
V = 33
1
1714,107/ 338,76481
)/ 9545,286.(5,0 mmmol
jamkmoljamCN
AO
AO ==−τ
Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green, 1999) Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 107,1714 m3
= 128,6056 m3
Tutup tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga :
Tinggi head (Hh) = 1/6 × D (Brownell dan Young, 1959) Volume tutup (Vh) ellipsoidal = π/4 × D2Hh
= π/4 × D2(1/6 × D) = π/24 × D3
Vt = Vs + Vh (Brownell dan Young, 1959) Vt = (3π/8 × D3) + (π/24 × D3) Vt = 10π/24 × D3
m 4,6144 10
128,6056 24 10
Vt 24 (D) tangkiDiameter 33 =×
==ππ
Tinggi silinder (Hs) = 3/2 × D = 3/2 × 4,6144 m = 6,9215 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 × D = 1/6 x 4,6144 m = 0,7690 m
Tinggi Tangki (HT) = Hs + 2Hh = 8,4597 m
B. Tekanan Desain Tinggi bahan dalam tangki Volume tangki = 10π/24 × D3 = 10π/24 × (4,6144 m) 3 = 128,6056 m3
Tinggi silinder (Hs) = 6,9125 m
Universitas Sumatera Utara
LC-213
Tinggi bahan dalam tangki = tangkivolume
tangkitinggi tangkidalambahan volume ×
= m 5,7679 = 128,6056
9125,6 107,1714×
Tekanan operasi = 15.199 kPa = 150 atm
Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % P desain = (1 + 0,2) × 150 atm
= 180,005 atm
= 2.645,3321 psia
C. Tebal dinding tangki (bagian silinder) - Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse dan Eber,1954)
- Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959)
- Efisiensi sambungan (E) : 0,9
- Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun
)AC(0,4PSE4
DP(d)silinder Tebal ×+−×
×=
i (Brownell dan Young, 1959)
dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi) R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan
( ) ( ) ( )
in 6,75300
100042,0 2.645,33214,090,0500.224
6685,181 2.645,3321d
=
×+×−××
×=
Dipilih tebal silinder standar = 7 in
D. Tebal dinding head (tutup tangki) - Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse dan Eber, 1954)
- Allowable working stress (S) : 22.500 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959)
- Efisiensi sambungan (E) : 0,9
- Umur alat (A) direncanakan :10 tahun
- )AC(0,4P4SEDiP(dh) head Tebal ×+
−×
= (Brownell dan Young, 1959)
dimana : dh = tebal dinding head (tutup tangki) (in) P = tekanan desain (psi) Di = diameter tangki (in)
Universitas Sumatera Utara
LC-214
S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan
( ) ( ) ( )
in 6,75300
100042,0 2.645,33214,090,0500.224
6685,181 2.645,3321d
=
×+×−××
×=
Dipilih tebal head standar = 7 in .
E. Disain pipe
Direncanakan di dalam reaktor dipasang pipa pendingin. Pendingin
menggunakan air pendigin, dengan kondisi sebagai berikut :
Fluida dingin
Laju alir massa air pendingin = 259800 kg/jam
Densitas air pendingin = 998,23 kg/m3
Laju volume = 260,2606 m3/jam
Volum waktu tinggal = 260,2606 m3/jam x 0,5 jam-1
= 130,1303 m3
Laju alir waktu tinggal = 259800 kg/jam x 0,5jam-1
= 129900 kg/jam
Untuk 1 reaktor = 64950 kg/jam=143190,0690 lbm/jam
Temperatur awal (t1) =30°C = 86°F
Temperatur akhir (t2) = 60°C = 140°F
Di luar pipa pendingin (diasumsi sebagai shell) mengalir larutan hasil reaksi,
dengan kondisi sebagai berikut :
Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 22382,4510 kg/jam
Densitas bahan = 610,6695 kg/m3
Laju volume = m3/jam
Laju alir waktu tinggal = 22382,4510 kg/jam x 0,5jam-1
= 11191,2255 kg/jam
Temperatur awal (T1) = 190°C = 374°F
Universitas Sumatera Utara
LC-215
Temperatur akhir (T2) = 182°C = 359°F
Panas yang diserap oleh air pendingin adalah sebagai berikut :
Panas yang diserap (Q) = 32591000 kJ/jam
(1) ∆t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas Fluida dingin Selisih
T1 = 374°F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 140°F ∆t1 = 273,6°F T2 = 359°F Temperatur yang lebih rendah t1 = 86°F ∆t2 = 234°F
T1 – T2 =14,4°F Selisih t2 – t1 =54°F ∆t2 – ∆t1 = 39,6°F
243,15289
273,6234ln
39,6
1Δt2Δt
ln
1Δt2ΔtLMTD =
=
−= °F
Asumsi pertukaran panas sempurna counter-flow sehingga tidak terjadi
koreksi suhu, maka ∆t = LMTD = 243,15289 °F
Direncanakan spesifikasi pipa yang dipilih sebagai berikut:
Ukuran nominal = 3 in, sch 40
ID = 3,068 in = 0,2556 ft
OD = 3,5 in = 0,2917 ft
Surface perlin ft = 0,917 ft2/ft
Flow area per pipe = 7,38 in2
Panjang = 5 m = 16,4042 ft
Fluida panas: sisi shell, fluida
(2) Kecepatan massa
2L
wsG =
2ftjammlb
0340,15042x16,4042sG
49344,7991⋅
==
Universitas Sumatera Utara
LC-216
(3) Bilangan Reynold
Pada Tc = 372,515°F
µ = 0,09265 cP = 0,2242 lbm/ft2⋅jam [Gbr. 15, Kern]
Res = 4Gs/µ
= 4 x 1504,0340 / 0,2242
= 26842,2138
(4) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh
jH = 60 pada Ret = 26842,2138
(5) ho = 3/1
ODGsjH
= 3/1
2917,0
0340,150460
= 1036,5771
Fluida dingin: sisi tube, water
(2′) Kecepatan massa
Flow area tube, at′ = 7,38 in2 = 0,0512 ft2
[Tabel 10, Kern]
ta
WtG = [Pers. (7.2), Kern]
2ftjammlb
75,111029740,0512tG
143190,069⋅
==
(3’) Bilangan Reynold
Pada tc = 113°F
µ = 0,85 cP = 2,0562 lbm/ft2⋅jam
Dari Tabel 10, Kern, untuk 3,5 in OD,
diperoleh
ID = 3,068 in = 0,2556 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-217
μ
tGIDtRe
×= [Pers. (7.3), Kern]
4580,8310462,0562
75,111029740,2556tRe =
×=
(4′) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh
jH = 982 pada Ret = 831046,4580
(5′) Pada tc = 113°F
c = 0,95 Btu/lbm⋅°F [Fig.2, Kern]
k = 0,356 Btu/jam.ft2.(°F/ft) [Tabel 4, Kern]
7637,10,356
2,05620,95
k
μc 31
31
=×
=⋅
(6’) 3
1
k
μckjH
tφih
ID
⋅
××=
7637,10,2556
0,356982
tφih
××= = 2411,854
0116,546
4,54,026 x 2961,106
ODIDx
tφih
tφioh
==
=
(7′) Karena viskositas rendah,
maka φs = 1
tφtφ
iohioh ×=
hio = 2411,8543× 1 = 2411,8543
F2ftBtu/jam 5485,6951036,57718543,2411
5771,10368543,2411
ohiohohioh
CU °⋅⋅=+×
=+
×=
[Pers. (6.38), Kern]
Rd = 0,003, hd = 003,01 = 333,3333
Universitas Sumatera Utara
LC-218
UD = 333,33335485,695
).(333,3333(695,5485)
dhcUd.hcU
+=
+= 225,3412
A = (252,2599)(225,3412)
515445153,5.ΔΔDU
Q= = 271,7085 ft2
Luas permukaan setiap pipa = 0,917 ft2/ft x 16,4042 ft = 15,0426 ft2
Jumlah pipa = 0426,157085,271 = 18,0625 ≈ 19buah
C.9 KO Drum (F-201)
Fungsi : Untuk memisahkan campuran gas dan cairan yang
keluar dari reaktor urea (R-201) menuju Low
Pressure Decomposer (S-201)
Bentuk : silinder tegak dengan alas ellipsoidal
Bahan konstruksi : carbon steel SA-285 grade C
Jumlah :1 unit
Kondisi operasi :
Temperatur = 190 C = 463,15 K
Tekanan = 150 atm
Laju alir gas, Fgas = 6176,9604 kg/jam = 13617,8504 lbm/jam
Laju alir cairan, Fcairan = 24707,8490 kg/jam = 54471,4181 lbm/jam
Laju alir mol gas, Ngas = 237,5754 kmol/jam
Laju alir mol cairan, Ncairan = 565,1811 kmol/jam
Tabel LC.6 Komposisi pada KO drum
No Komponen N14 %mol BM %mol x BM
1 NH3 158,3836 0,6667 17 11,3333
2 CO2 79,1918 0,3333 44 14,6667
Total 237,5754 1,0000 26,0000
Universitas Sumatera Utara
LC-219
Perhitungan :
a. Ukuran tangki
ρgas = K) K)(463,15 L.atm/mol (0,082
kg/mol) (26 atm) (150RTBM P av =
= 102,6902 kg/m3 = 6,4115 lbm/m3
ρcairan = 638,4945 kg /m3 = 39,8645 lbm/ft3
Volume udara, Vgas = 3
av
kg/m 102,6902kmol/jam) 37,5754kg/kmol)(2 26(
ρNBM=
= 60,1514 m3/jam= 0,5901 ft3/detik
Volume cairan, Vcairan = 3kg/m 38,49456 kg/jam 24707,849
ρF=
= 38,6970 m3/jam = 0,3796 ft3/detik
Kecepatan linear yang diinjinkan : 114.0 −=udaracairanu
ρρ (Walas,1988)
= =−16,4115
39,864514.0 0,3198 ft/detik
Diameter tangki :
D = ==)3198,0)(4/(
0,5901 )4/( ππ u
Vgas 1,5331 ft = 0,4673 m (Walas,1988)
Tinggi kolom uap minimum = 5,5 ft (Walas,1988)
Waktu tinggal = 1 menit = 60 s
Tinggi cairan, Lcairan = 2
3
2 )5331,1)(4/(60/ 0,3796
)4/( ftssft
DV
ππ×
= =12,3438 ft =3,7624 m
Panjang kolom ; L = Lcairan + Luap
= 3,7624 + 5,5= 17,8438 ft = 5,4387 m
b. Tebal shell tangki :
PHidrostatik = ρ x g x l
= 638,4945 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,7624 m = 23,5423 kPa
P0 = Tekanan operasi = 15198,75 kPa
P = 23,7128 kPa + 15198,75 kPa = 15222,2923 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Universitas Sumatera Utara
LC-220
Maka, Pdesign = (1,05) (15222,2923 kPa) = 15983,4069 kPa
Joint efficiency = 0,8
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa (Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
in 2,4429 m 0,0621kPa) 40691,2(15983,kPa)(0,8) 402(87218,71
m) (0,4673 kPa) 9(15983,4061,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 2,4429 in + 1/8 in = 3,6929 in
Tebal shell standar yang digunakan = 4 in (Brownell,1959)
c. Head tangki dan tebal head tangki tangki
Diameter tutup = diameter tangki = 0,4673 m
Ratio axis = Lh:D = 1: 4
Lh = 4673,041Lh
×
=×
D
D= 0,1168 m
L (panjang tangki) = Ls + Lh = 5,4387 m + 2(0,1168 m) = 5,5556 m
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal
tutup 4 in.
C.10 Low Pressure Decomposer (S-201)
Fungsi :Tempat penguraian Amonium Karbamat
Bentuk :Tangki silinder tegak, tutup atas ellipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C
Jumlah : 1 unit
Kondisi Operasi :
Temperatur : 70 0C = 343,15 K
Tekanan : 20 atm = 2026,5 kPa
Laju alir fluida : 24707,8500 kg/jam
Densitas fluida : 731,7037 kg/m3
Universitas Sumatera Utara
LC-221
Waktu tinggal : 1 jam-1
Faktor keamanan : 20 %
Reaksi : Karbamat(l) → 2NH3(g) + CO2(g)
Perhitungan :
a. Volume LPD
Laju alir volum, vo = 3kg/m 7037,317
kg/jam 8500,47072= 33,7676 m3/jam
V = vo/τ = (33,7676 m3/jam ) / 1 jam-1 = 33,7676 m3
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 33,7676 m3 = 40,5211 m3
b. Diameter dan tinggi tangki
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 4 : 5
33
23
2
πD165m 40,5211
D45πD
41m5211,40
HπD41V
=
=
=
Maka: D = 3,4560 m ; H = 4,3201 m
Tinggi cairan dalam tangki = 3201,45211,407676,33 x = 3,6000 m = 11,8112 ft
c. Tebal tangki
PHidrostatik = ρ x g x l
= 731,8037 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,60m = 25,8145 kPa
P0 = Tekanan operasi = 2000 kPa
P = 25,8145 kPa+ 2000 kPa = 2025,8148 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Universitas Sumatera Utara
LC-222
Maka, Pdesign = (1,05) (2025,8148 kPa) = 2127,1056 kPa
Joint efficiency = 0,8
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa (Brownell,1959)
Tebal shell tangki silinder :
in 2,11260,0537mkPa) 1481,2(2025,8kPa)(0,8) 42(87218,71
m) (3,4560 kPa) (2025,81481,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 2,1126 in + 1/8 in = 3,3626 in
Tebal shell standar yang digunakan = 4 in
d. Head tangki dan tebal head tangki tangki
Diameter tutup = diameter tangki = 3,4560 m
Ratio axis = Lh:D = 1: 4
Lh = 4560,341Lh
×
=×
D
D= 0,8640 m
L (panjang tangki) = Ls + Lh = 4,3201 m + 0,8640 m = 5,1841 m
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal
tutup 4 in.
e. Disain pipe
Fluida dingin
Laju alir air pendingin = 151300 kg/jam = 333559,0060 lbm/jam
Temperatur awal (t1) = 30°C = 86°F
Temperatur akhir (t2) = 60°C = 140°F
Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 24707,8500 kg/jam = 54471,4203 lbm/jam
Temperatur awal (T1) = 190°C = 374°F
Temperatur akhir (T2) = 70°C = 158°F
Panas yang diserap (Q) = 1,8983x107 kJ/jam = 1,7992x107 Btu/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-223
(1) ∆t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida dingin Selisih T1 = 374°F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 140°F ∆t1 = 234°F T2 = 158°F Temperatur yang lebih rendah t1 = 86°F ∆t2 = 72°F
T1 – T2 =216°F Selisih t2 – t1 = 54°F ∆t2 – ∆t1 = 162°F
4448,137
23472ln
162
1Δt2Δt
ln
1Δt2ΔtLMTD =
=
−= °F
454216
ttTT
R12
21 ==−−
=
2308,086374
54tTtt
S11
12 =−
=−−
=
Maka dari grafik 18 (Kern,1965) diperoleh Ft = 0,951
∆t = Ft x LMTD = 130,5726 °F
(2) Tc dan tc
2662
1583742
TTT 21
c =+
=+
= °F
1132
861402
ttt 21
c =+
=+
= °F
Direncanakan spesifikasi pipa yang dipilih sebagai berikut :
Ukuran nominal = 6 in, sch 40
ID = 6,065 in = 0,5054 ft
OD = 6,625 in = 0,5521 ft
Surface perlin ft = 1,734 ft2/ft
Flow area per pipe = 28,9 in2
Panjang = (3/4) dari tinggi cairan
= (3/4) 3,60 = 2,70 m = 8,8584 ft
Fluida dingin : sisi tube,cooler water
(3) Flow area tube,at’ = 28,9 in2 (Tabel 10, Kern)
Kecepatan massa
Universitas Sumatera Utara
LC-224
t
t awG = (Pers. (7.2), Kern)
57509,4895 90,28
333559,006==tG lbm/jam.ft 2
(4) Bilangan Reynold
Pada tc = 113°F
µ = 0,621 cP = 1,5004 lbm/ft2⋅jam
Dari tabel 10, Kern, untuk 6 in OD,diperoleh :
ID = 6,065 in = 0,5054 ft
µt
tGID×
=Re (Pers.(7.3),Kern)
19371,56215004,157509,4895 0,5054Re =
×=t
(5) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 145 pada Ret = 19371,5621
(6) Pada tc = 113°F
c = 0,98 Btu/lbm.°F
k = 0,432 Btu/jam lbm ft.°F
5042,1432,0
5004,1 0,98. 31
31
=
×=
kc µ
(8) 3
1.
××=
kc
IDkjH
h
t
i µϕ
186,4311 5042,15054,0
0,432145 =××=t
ihϕ
170,6724 625,6065,6186,4311 =×=
×=
t
io
t
i
t
io
hODIDhh
ϕ
ϕϕ
(9) Karena viskositas rendah, maka diambil tϕ = 1 (Kern, 1965)
170,6724 1170,6724 =×=
×=
io
tt
ioio
h
hh ϕ
ϕ
Universitas Sumatera Utara
LC-225
Fluida panas: sisi shell,fluida
(3’) Kecepatan massa
L
wGs 2= (Pers. (7.2), Kern)
3074,57478,8584 x 2
54471,4203==sG lbm/jam.ft 2
(4’) Bilangan Reynold
Pada Tc = 266°F
µ = 0,6639 cP = 1,6066 lbm/ft⋅jam
µ
ss
G×=
4Re (Pers. (7.3), Kern)
7654,6794 1,6066
3074,5747 4Re =×
=s
(5′) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 40 pada Res = 7654,6794
(6’) 3
1
×=ODG
jHh so
708,80895521,0
5747,307440 =
×=oh
FftBtu/jam5516,1378089,0876724,1708089,0876724,170
hhhh
U 2
oio
oioC °⋅⋅=
+×
=+×
=
Rd = 0,003, hd = 003,01 = 333,3333
UD = 333,33335516,137
).(333,3333(137,5516)hU
.hU
dc
dc
+=
+= 97,3710
A = 130,5726)(97,3710)(
117992412,0.ΔΔU
Q
D
= = 1415,1672 ft2
Luas permukaan setiap pipa = 1,734 ft2/ft x 1415,1672 ft = 15,3604 ft2
Jumlah pipa = 3604,151672,1415 = 92,1308 ≈ 92 buah
Universitas Sumatera Utara
LC-226
C.11 KO Drum (F-202)
Fungsi : Untuk memisahkan campuran gas dan cairan yang keluar dari
Low Pressure Decomposer (S-201)
Bentuk : silinder tegak dengan alas ellipsoidal
Bahan konstruksi : carbon steel SA-285 grade C
Jumlah :1 unit
Kondisi operasi :
Temperatur = 70 C = 343,15 K
Tekanan = 20 atm
Laju alir gas, Fgas = 4892,1553 kg/jam = 10785,3400 lbm/jam
Laju alir cairan, Fcairan = 19815,6947 kg/jam = 43686,0800 lbm/jam
Laju alir mol gas, Ngas = 237,5754 kmol/jam
Laju alir mol cairan, Ncairan = 565,1811 kmol/jam
Tabel LC.7 Komposisi pada KO drum
No Komponen N14 %mol BM %mol x BM
1 NH3 125,4399 0,6667 17 11,3333
2 CO2 62,7199 0,3333 44 14,6667
Total 188,1598 1,0000 26,0000
Perhitungan :
a. Ukuran tangki
ρgas = K) K)(343,15 L.atm/mol (0,082
kg/mol) (26 atm) (20RTBM P av =
= 18,4801 kg/m3 = 1,1538 lbm/m3
ρcairan = 639,0352 kg /m3 = 39,8983 lbm/ft3
Volume udara, Vgas = 3
av
kg/m 18,4801kmol/jam) 88,1598kg/kmol)(1 26(
ρNBM=
= 264,7248 m3/jam= 2,5968 ft3/detik
Volume cairan, Vcairan = 3kg/m 39,03526 kg/jam 19815,6947
ρF=
Universitas Sumatera Utara
LC-227
= 31,0088 m3/jam = 0,3042 ft3/detik
Kecepatan linear yang diinjinkan : 114.0 −=udaracairanu
ρρ (Walas,1988)
= =−11,1538
39,898314.0 0,8113 ft/detik
Diameter tangki :
D = ==)8113,0)(4/(
2,5968 )4/( ππ u
Vgas 2,0193 ft = 0,6155 m (Walas,1988)
Tinggi kolom uap minimum = 5,5 ft (Walas,1988)
Waktu tinggal = 1 menit = 60 s
Tinggi cairan, Lcairan = 2
3
2 )0193,2)(4/(60/ 0,3042
)4/( ftssft
DV
ππ×
= = 5,7017 ft = 1,7378 m
Panjang kolom ; L = Lcairan + Luap
= 5,7017 + 5,5= 11,2017 ft = 3,4143 m
b. Tebal shell tangki :
PHidrostatik = ρ x g x l
= 639,0352 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,7378 m = 10,8836 kPa
P0 = Tekanan operasi = 2026,500 kPa
P = 10,8836 kPa + 2026,500 kPa = 2037,3836 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Maka, Pdesign = (1,05) (2037,3836 kPa) = 2139,2528 kPa
Joint efficiency = 0,8
Allowable stress = 13700 psia = 94458 kPa (Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
in 0,3489 m 0,0089kPa) 5281,2(2139,2kPa)(0,8) 2(94458
m) (0,6155 kPa) (2139,25281,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Universitas Sumatera Utara
LC-228
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,3489 in + 1/8 in = 1,5989 in
Tebal shell standar yang digunakan = 2 in (Brownell,1959)
d. Head tangki dan tebal head tangki tangki
Diameter tutup = diameter tangki = 0,6155 m
Ratio axis = Lh:D = 1: 4
Lh = 6155,041Lh
×
=×
D
D= 0,1539 m
L (panjang tangki) = Ls + Lh = 3,4143 m + 2(0,1539 m) = 3,5682 m
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal
tutup 2 in.
C.12 Evaporator I (FE-301)
Fungsi : untuk menaikkan konsentrasi larutan urea dengan menguapkan
air.
Bentuk : Long-tube Vertical Evaporator
Tipe : Single Effect Evaporator
Jenis : 1-2 shell and tube exchanger
Dipakai : 1 1/2 in OD Tube 18 BWG, panjang = 16 ft
Jumlah : 1 unit
Fluida panas
Laju alir steam masuk = 3704,2 kg/jam = 8166,353 lbm/jam
Temperatur awal (T1) = 650°C = 1202°F
Temperatur akhir (T2) = 350°C = 662°F
Fluida dingin
Laju alir cairan masuk = 19815,6914 kg/jam = 43686,07 lbm/jam
Temperatur awal (t1) = 70°C = 158°F
Temperatur akhir (t2) = 128,96°C = 264,128°F
Panas yang diserap (Q) = 7940800 kJ/jam = 7526426 Btu/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-229
(1) ∆t = beda suhu sebenarnya
Hot fluid Cold fluid Selisih 1202 Temp.yang lebih tinggi 315,644 886,356 662 Temp.yang lebih rendah 264,128 397,872 540 selisih 51,516 -488,484
609,8516
886,356397,872ln
488,484-
ΔtΔtln
ΔtΔtLMTD
1
2
12 =
=
−
= °F
10,482251,516
540ttTTR
12
21 ==−−
=
328,0158932
106,128tTtt
S11
12 =−
=−−
=
Maka dari grafik 18 (Kern,1965) diperoleh Ft = 0,934
∆t = Ft x LMTD = 495,8203 °F
(2) Tc dan tc
5402
66212022
TTT 21c =
+=
+= °F
289,8862
264,128644,3152
ttt 21c =
+=
+= °F
Dalam perancangan ini digunakan spesifikasi:
- Diameter luar tube (OD) = 1 1/2 in
- Jenis tube = 18 BWG
- Pitch (PT) = 1 7/8 in triangular pitch
- Panjang tube (L) = 16 ft a. Dari Tabel 8 (Kern, 1965) heater untuk fluida panas steam dan fluida dingin
heavy organics, diperoleh nilai UD = 6-60 Btu/jam⋅ft2⋅°F dan faktor pengotor
(Rd) = 0,003
Diambil UD = 36 Btu/jam⋅ft2⋅°F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
Universitas Sumatera Utara
LC-230
2
oo2
D
ft6595,421F8203,495
FftjamBtu36
Btu/jam7526426ΔtU
QA =×
⋅⋅
=×
=
Luas permukaan luar (a″) = 0,3925 ft2/ft (Tabel 10, Kern, 1965)
Jumlah tube, 1432,67/ftft 0,3925ft16
ft6595,421aL
AN 2
2
"t =×
=×
= buah
b. Dari Tabel 9 (Kern, 1965) nilai yang terdekat adalah 70 tube dengan ID shell
21,25 in.
c. Koreksi UD
2ft6000,439
/ft2ft0,392570ft 16
"atNLA
=
××=
××=
Fftjam
Btu5308,34F8203,495439,6000ft
Btu/jam 7526426ΔtA
QU22D °⋅⋅
=°×
=⋅
=
Fluida dingin: sisi shell, larutan urea
(3) Flow area shell
T
's
s PBCD
a×××
=144
ft2 [Pers. (7.1), Kern]
Ds = Diameter dalam shell = 21,25 in
B = Baffle spacing = 8 in
PT = Tube pitch = 1 7/8 in
C′ = Clearance = PT – OD
= 1 7/8 – 1 1/2 = 3/8 in
20,3542ft7/8) (1144
83/8)(21,25sa =
×
××=
(4) Kecepatan massa
sa
wsG = [Pers. (7.2), Kern]
2ftjam
mlb9390,23057
0,3542sG8166,3530
⋅==
Universitas Sumatera Utara
LC-231
(5) Bilangan Reynold
Pada tc = 212,064°F
µ = 0,305 cP = 0,7381 lbm/ft2⋅jam [Gbr. 15, Kern]
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 1 1/2 in dan
1 7/8 tri. pitch, diperoleh de = 1,06 in.
De =1,06/12 = 0,0883 ft
μsGeD
sRe×
= [Pers. (7.3), Kern] 4968,27597,0154
23057,93900,0883sRe =
×=
(6) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh
jH = 27 pada Ret = 2759,4968
(7) Pada tc = 212,064°F
c = 0,55 Btu/lbm⋅°F [Fig.2, Kern]
k = 0,135 Btu/jam.ft2.(°F/ft) [Tabel 4, Kern]
9861,00,135
7381,00,55
k
μc 31
31
=×
=⋅
Fluida panas: sisi tube, steam
(3′) Flow area tube, at′ = 1,54 in2
[Tabel 10, Kern]
n144
'tatN
ta×
×= [Pers. (7.48), Kern]
2ft0,18722144
1,5470ta =
×
×=
(4′) Kecepatan massa
ta
WtG = [Pers. (7.2), Kern]
2ftjam
mlb9233424,638
0,1872tG43686,07
⋅==
(5’) Bilangan Reynold
Universitas Sumatera Utara
LC-232
Pada Tc = 752°F
µ = 0,024 cP = 0,05808 lbm/ft2⋅jam
Dari Tabel 10, Kern, untuk 1 1/2 in OD,
18 BWG, diperoleh
ID = 1,4 in = 0,1167 ft
μ
tGIDtRe
×= [Pers. (7.3), Kern]
2468885,562 0,05808
9233424,6380,1167tRe =
×=
(6′) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh
jH = 855 pada Ret = 468885,5622
(7′) Pada Tc = 752°F
c = 0,52 Btu/lbm⋅°F [Fig.2, Kern]
k = 0,0315 Btu/jam.ft2.(°F/ft) [Tabel 4, Kern]
9861,00,0315
,0580800,52
k
μc 31
31
=×
=⋅
(8) 3
1
kμc
DekjH
sφoh
⋅
××=
9861,00,0883
0,13527
sφ
h O ××=
= 59,5597
(9) 0,14
0,80,7015
0,14
wsφ
==
ϕϕ =0,98
sφsφoh
oh ×=
ho = 59,5597 × 0,98 = 58,4742
(8’) 3
1
k
μckjH
tφih
ID
⋅
××=
Universitas Sumatera Utara
LC-233
9861,00,1167
0,0315855
tφih
××=
= 227,6339
1,5
1,4 x 227,6339
ODID
xtφih
tφioh
=
=
= 212,4583
(9′) Karena viskositas rendah, maka φs = 1 [Kern, 1965]
tφtφ
iohioh ×=
hio = 212,4583 × 1 = 212,4583 (10) Clean Overall coefficient, UC
FftBtu/jam45,85394742,58212,45834742,58212,4583
hhhh
U 2
oio
oioC °⋅⋅=
+×
=+×
=
[Pers. (6.38), Kern]
(11) Faktor pengotor, Rd
0,007234,530845,8539
5308,3445,8539UUUU
RDC
DCd =
×−
=×−
=
[Pers. (6.13), Kern] Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi dapat diterima.
Pressure drop
Fluida panas : sisi tube
(1) Untuk Ret = 87650,03
(2) f = 0,00017 ft2/in2 (Gbr.26, Kern)
s = 0,048
φt = 1
(3) tφsID10105,22
nL2tGf
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= (Pers. (7.53), Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-234
(1)(0,048)) (0,1167)1010(5,22
4)(16)(2)43634,6898((0,00017)tΔP
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= = 0,0487 psi
(4) Dari Gbr. 27, Kern, 1965 pada diperoleh 2g'
2V= 0,0054
psi 8000,1
.0,00540,048(4).(4)
2g'
2V.s
4nrΔP
=
=
=
∆PT = ∆Pt + ∆Pr
= 0,0487 psi + 1,8000psi
= 1,8487 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Fluida dingin : sisi shell
(1′) Untuk Res = 14761,9831
f = 0,0028 ft2/in2 (Gbr. 29, Kern)
φs =1
s = 0,7597
(2′) BL x 12 1N =+
8
16 x 12 1N =+ = 96 (Pers. (7.43), Kern)
Ds = 21,25/12 = 0,66667 ft
(3′)
sϕ s. . eD . 1010.22,5
1)(N .sD . 2sG f.
sP+
=∆ (Pers. (7.44), Kern)
(1) (0,576). (0,7597) . 1010.22,5
(96) (1,7708). . 223)(123348,90 0,0028 sP =∆ = 0,1031psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
C.13 Evaporator II (FE-302)
Universitas Sumatera Utara
LC-235
Fungsi : untuk meningkatkan konsentrasi larutan urea dengan menguapkan
air.
Bentuk : Long-tube Vertical Evaporator
Tipe : Single Effect Evaporator
Jenis : 2-4 shell and tube exchanger
Dipakai : 1 1/4 in OD Tube 18 BWG, panjang = 12 ft
Jumlah : 1 unit
Fluida panas
Laju alir steam masuk = 2789,3000kg/jam = 6149,3470 lbm/jam
Temperatur awal (T1) = 650°C = 1202°F
Temperatur akhir (T2) = 350°C = 662°F
Fluida dingin
Laju alir cairan masuk = 17534,9672 kg/jam = 38657,94 lbm/jam
Temperatur awal (t1) = 128,96°C = 264,128°F
Temperatur akhir (t2) = 157,58°C = 315,644°F
Panas yang diserap (Q) = 6830300 kJ/jam = 6473875 Btu/jam
(1) ∆t = beda suhu sebenarnya
Hot fluid Cold fluid Selisih 1202 Temp.yang lebih tinggi 315,644 616,356 662 Temp.yang lebih rendah 264,128 307,872 542 selisih 51,516 308,484
4114,444
307,484616,356ln
308,484
ΔtΔtln
ΔtΔtLMTD
1
2
12 =
=
−
= °F
6,9881 51,516
360ttTTR
12
21 ==−−
=
0771,0128,264932
51,516tTttS
11
12 =−
=−−
=
Maka dari grafik 18 (Kern,1965) diperoleh Ft = 0,985
∆t = Ft x LMTD = 437,7452 °F
(2) Tc dan tc
Universitas Sumatera Utara
LC-236
7522
5729322
TTT 21c =
+=
+= °F
886,2892
644,315128,2642
ttt 21c =
+=
+= °F
Dalam perancangan ini digunakan spesifikasi:
- Diameter luar tube (OD) = 1 1/4 in
- Jenis tube = 18 BWG
- Pitch (PT) = 1 9/16 in triangular pitch
- Panjang tube (L) = 12 ft d. Dari Tabel 8 (Kern, 1965) heater untuk fluida panas steam dan fluida dingin
heavy organics, diperoleh nilai UD = 6-60 Btu/jam⋅ft2⋅°F dan faktor pengotor
(Rd) = 0,003
Diambil UD = 24 Btu/jam⋅ft2⋅°F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
2
oo2
D
ft2142,616F7452,437
FftjamBtu24
Btu/jam 6473875ΔtU
QA =×
⋅⋅
=×
=
Luas permukaan luar (a″) = 0,3271 ft2/ft (Tabel 10, Kern, 1965)
Jumlah tube, 9892,156/ftft 0,3271ft12
ft2141,616aL
AN 2
2
"t =×
=×
= buah
e. Dari Tabel 9 (Kern, 1965) nilai yang terdekat adalah 164 tube dengan ID
shell 25 in.
f. Koreksi UD
2
2
"t
ft28,2224/ftft0,3271425ft 16
aNLA
=
××=
××=
Fftjam
Btu9740,22F7452,437ft 616,2142
Btu/jam 6473875ΔtA
QU 22D °⋅⋅=
°×=
⋅=
Universitas Sumatera Utara
LC-237
Fluida dingin: sisi shell, urea solution (3) Flow area shell
n x TP144
B'CsDsa
×
××= ft2 [Pers. (7.1), Kern]
Ds = Diameter dalam shell = 25 in
B = Baffle spacing = 9 in
PT = Tube pitch = 1 9/16 in
C′ = Clearance = PT – OD
= 1 9/16 – 1 1/4 = 5/16 in
2ft 0,156252 x 9/16) (1144
95/16)(25sa =
×
××=
(4) Kecepatan massa
sa
wsG = [Pers. (7.2), Kern]
2ftjammlb
8121,2474100,1563sG
38657,94⋅
==
(5) Bilangan Reynold
Pada tc = 289,886°F
µ = 0,191 cP = 0,4645 lbm/ft2⋅jam [Gbr. 15, Kern]
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 1 1/4 in dan
1 9/16 tri. pitch, diperoleh de = 0,91 in.
De =0,91/12 = 0,0758 ft
μsGeD
sRe×
= [Pers. (7.3), Kern] 6198,403790,4645
247410,820,0758sRe =
×=
(6) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh
jH = 112 pada Ret = 40379,6198
(7) Pada tc = 289,886°F
c = 0,192 Btu/lbm⋅°F [Fig.2, Kern]
k = 0,153 Btu/jam.ft2.(°F/ft) [Tabel 4, Kern]
8380,00,153
0,46450,192
k
μc 31
31
=×
=⋅
Universitas Sumatera Utara
LC-238
Fluida panas: sisi tube, steam
(3′) Flow area tube, at′ = 1,04 in2
[Tabel 10, Kern]
n144
'tatN
ta×
×= [Pers. (7.48), Kern]
2ft 0,59224144
1,04164ta =
×
×=
(4′) Kecepatan massa
ta
WtG = [Pers. (7.2), Kern]
2ftjammlb
10383,51200,5922tG
6149,3470⋅
==
(5’) Bilangan Reynold
Pada Tc =752°F
µ = 0,024cP = 0,05802 lbm/ft2⋅jam
Dari Tabel 10, Kern, untuk 1 1/4 in OD,
18 BWG, diperoleh
ID = 1,15 in = 0,0958 ft
μ
tGIDtRe
×= [Pers. (7.3), Kern]
6205596,3980,05802
10383,51200,0958tRe =
×=
(6′) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh
jH = 476 pada Ret = 205596,397
(7′) Pada Tc = 752°F
c = 0,52 Btu/lbm⋅°F [Fig.2, Kern]
k = 0,0315 Btu/jam.ft2.(°F/ft) [Tabel 4, Kern]
9861,00,0315
,0580800,52
k
μc 31
31
=×
=⋅
Universitas Sumatera Utara
LC-239
(8) 3
1
kμc
DekjH
sφoh
⋅
××=
8380,00,07583
0,15112
sφ
hO ××=
= 185,6562
(9) sφsφoh
oh ×=
ho = 185,6562 × 1 = 185,6562
(8’) 3
1
k
μckjH
tφih
ID
⋅
××=
9861,00,0958
0,0315476
tφih
××=
= 154,2798
1,25
1,15 x 154,2798
ODID
xtφih
tφioh
=
=
= 177,4218
(9′) Karena viskositas rendah, maka φs = 1 [Kern, 1965]
tφtφ
iohioh ×=
hio = 177,4218 × 1 = 177,4128 (10) Clean Overall coefficient, UC
FftBtu/jam 7228,90185,6562177,4128185,6562177,4128
hhhhU 2
oio
oioC °⋅⋅=
+×
=+×
=
[Pers. (6.38), Kern
(11) Faktor pengotor, Rd
0,032522,974090,7222
9740,2290,7228UUUU
RDC
DCd =
×−
=×−
=
[Pers. (6.13), Kern] Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi heater dapat diterima.
Universitas Sumatera Utara
LC-240
Pressure drop
Fluida panas : sisi tube
(1) Untuk Ret = 205596,4
(2) f = 0,00018 ft2/in2 (Gbr. 26, Kern)
s = 0,048
φt = 1
(3) tφsID10105,22
nL2tGf
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= (Pers. (7.53), Kern)
(1)(0,048)) (0,09583)1010(5,22
1)(16)(2)10383,5120((0,00018)tΔP
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= = 0,005173 psi
(4) Dari Gbr. 27, Kern, 1965 pada diperoleh 2g'
2V= 0
psi 0
.00,048(4).(2)
2g'
2V.s
4nrΔP
=
=
=
∆PT = ∆Pt + ∆Pr
= 0,005173 psi + 0 psi
= 0,005173 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Fluida dingin : sisi shell
(1′) Untuk Res = 40379,6198
f = 0,00144 ft2/in2 (Gbr. 29, Kern)
φs =1
s = 0,7147
(2′) BL x 12 1N =+
9
12 x 12 1N =+ = 16 (Pers. (7.43), Kern)
Ds = 25/12 = 2,0833 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-241
(3′)
sϕ s. . eD . 1010.22,5
1)(N .sD . 2sG f.
sP+
=∆ (Pers. (7.44), Kern)
(1) (0,7147). (0,09583) . 1010.22,5
(16) (3,2500). . 221)(247410,81 0,00144 sP =∆ = 1,0384 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
C.14 Heater Nitrogen (E-101)
Fungsi : Memanaskan nitrogen sebelum masuk reaktor amonia (R-101)
Jenis : 2-4 shell and tube exchanger
Dipakai : 0,75 in OD tube 16 BWG, panjang = 20 ft, 8 pass
Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 6622,2 kg/jam = 14599,3021 lbm/jam
Temperatur awal (T1) = 650°C = 1202°F
Temperatur akhir (T2) = 350°C = 662°F
Fluida dingin
Laju alir fluida dingin = 31390,0272 kg/jam = 69203,0000 lbm/jam
Temperatur awal (t1) = 30°C = 100,4°F
Temperatur akhir (t2) = 450°C = 842 °F
Panas yang diserap (Q) = 1780800 kJ/jam = 2000000 Btu/jam
(1) ∆t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida Dingin Selisih
T1 = 1202°F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 842°F ∆t1 = 90°F
T2 = 662°F Temperatur yang lebih rendah t1 = 86°F ∆t2 = 486°F
T1 – T2 =540°F Selisih t2 – t1 = 756°F ∆t2 – ∆t1 = -214°F
459,5710
360576ln
216-
1Δt2Δt
ln
1Δt2ΔtLMTD =
=
−= °F
Universitas Sumatera Utara
LC-242
0,7140756540
ttTTR
12
21 ==−−
=
0,6770861202
756tTttS
11
12 =−
=−−
=
Maka dari grafik 18 (Kern,1965) diperoleh Ft = 0,96
∆t = Ft x LMTD = 441,1880 °F (2) Tc dan tc
7522
5729322
TTT 21
c =+
=+
= °F
464284286
2tt
t 21c =
+=
+= °F
Dalam perancangan ini digunakan heater dengan spesifikasi:
- Diameter luar tube (OD) = 0,75 in
- Jenis tube = 16 BWG
- Pitch (PT) = 1,3125 in triangular pitch
- Panjang tube (L) = 20 ft
o Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, heater untuk fluida panas steam dan fluida
dingin gases, diperoleh UD = 5 - 50, faktor pengotor (Rd) = 0,003
Diambil UD = 3 Btu/jam⋅ft2⋅°F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
2
oo2
D
ft1460,250F186,3855
FftjamBtu47
Btu/jam 236644504,7ΔtU
QA =×
⋅⋅
=×
=
Luas permukaan luar (a″) = 0,1963 ft2/ft (Tabel 10, Kern)
Jumlah tube, 63,7152 /ftft0,1963ft20
ft 250,1460aL
AN2
2
"t =×
=×
= buah
o Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 78 tube dengan
ID shell 12 in.
o Koreksi UD
Universitas Sumatera Utara
LC-243
2
2
"t
ft 306,228/ftft0,196378ft 20
aNLA
=
××=
××=
Fftjam
Btu28,5902F186,3855ft306,228
Btu/jam 2000000ΔtA
QU22D °⋅⋅
=°×
=⋅
=
Fluida panas : sisi tube,steam
(3) Flow area tube,at’ = 0,302 in2 (Tabel 10, Kern)
naN
a ttt ×
×=
144
'
(Pers. (7.48), Kern)
0204,08144
302,078=
××
=ta ft 2
(4) Kecepatan massa
t
t awG = (Pers. (7.2), Kern)
89563,6455 0204,0
1831,4000==tG lbm/jam.ft 2
(5) Bilangan Reynold
Pada Tc = 752°F
µ = 0,024 cP = 0,0581 lbm/ft2⋅jam
Dari tabel 10, Kern, untuk 0,75 in OD, 18 BWG, diperoleh :
ID = 0,620 in = 0,0517 ft
µt
tGID×
=Re (Pers.(7.3),Kern)
79673,8091 0581,089563,6455 0,0517Re =
×=t
(6) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 198 pada Ret = 79673,8091
(7) Pada Tc = 752°F
c = 0,267 Btu/lbm.°F
k = 0,0232 Btu/jam lbm ft.°F
8744,00232,0
0581,0 0,267. 31
31
=
×=
kc µ
Universitas Sumatera Utara
LC-244
(8) 3
1.
××=
kc
IDkjH
h
t
i µϕ
77,7377 8744,00517,0
0,0232198 =××=t
ihϕ
64,263175,0
620,077,7377 =×=
×=
t
io
t
i
t
io
hODIDhh
ϕ
ϕϕ
(9) Karena viskositas rendah, maka diambil tϕ = 1 (Kern, 1965)
64,2631 164,2631 =×=
×=
io
tt
ioio
h
hh ϕ
ϕ
Fluida dingin: sisi shell,gases
(3’) Flow area shell
2'
144ft
PBCD
aT
ss ×
××= (Pers. (7.1), Kern)
Ds = Diameter dalam shell = 12 in
B = Baffle spacing = 6 in
PT = Tube pitch = 1,3125 in
C′ = Clearance = PT – OD
= 1,3125 – 0,75 = 0,5625 in
0,21438144
65625,012=
×××
=sa ft 2
(4’) Kecepatan massa
s
s awG = (Pers. (7.2), Kern)
9322947,7140,2143
69203,0000==sG lbm/jam.ft 2
(5’) Bilangan Reynold
Pada tc = 464°F
µ = 0,0264 cP = 0,0639 lbm/ft⋅jam
Universitas Sumatera Utara
LC-245
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 0,75 in dan 1 in triangular pitch, diperoleh De = 0,55 in.
De = 0,55/12 = 0,0458 ft
µ
ses
GD ×=Re (Pers. (7.3), Kern)
9231683,105 0,0639
9322947,714 0,0458Re =×
=s
(6′) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 568 pada Res = 231683,1059
(7’) Pada tc = 464°F
c = 0,267 Btu/lbm⋅°F
k = 0,0232 Btu/jam lbm ft.°F
0,90260232,0
0,0639267,0. 31
31
=
×=
kc µ
(8’) 3
1.
××=
kc
DkjH
h
es
o µϕ
259,49920,9026 0,0458
0232,0568 =××=s
ohϕ
(9’) Karena viskositas rendah, maka diambil sϕ = 1 (Kern, 1965)
259,49921259,4992 =×=×= ss
oo
hh ϕ
ϕ
(10) Clean Overall Coefficient, UC
FftBtu/jam5076,51259,499264,2631259,499264,2631
hhhh
U 2
oio
oioC °⋅⋅=
+×
=+×
=
(Pers. (6.38), Kern) (11) Faktor pengotor, Rd
0,01565902,285076,515902,285076,51
UUUU
RDC
DCd =
×−
=×−
=
(Pers. (6.13), Kern) Rd hitung = 0,0156 ≥ Rd batas = 0,003, maka spesifikasi heater dapat diterima
Pressure drop
Fluida panas : sisi tube
(1) Untuk Ret = 79673,8091
Universitas Sumatera Utara
LC-246
(2) f = 0,000125 ft2/in2 (Gbr. 26, Kern)
s = 0,643
φt = 1
(3) tφsID10105,22
nL2tGf
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= (Pers. (7.53), Kern)
(1)(0,643)) (0,0486)1010(5,22
8)()20(2)89563,6455((0,000125)tΔP
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= = 0,0231 psi
(4) Dari Gbr. 27, Kern, 1965 pada diperoleh 2g'
2V= 0
psi 0
.00,643(4).(8)
2g'
2V.s
4nrΔP
=
=
=
∆PT = ∆Pt + ∆Pr
= 0,3545 psi + 0 psi
= 0,0231 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Fluida dingin : sisi shell
(1′) Untuk Res = 231683,1059
f = 0,0019 ft2/in2 (Gbr. 29, Kern)
φs =1
s = 1,122
(2′) BL x 12 1N =+
620 x 12 1N =+ = 40 (Pers. (7.43), Kern)
Ds = 12/12 = 1 ft
(3′)
sϕ s. . eD . 1010.22,5
1)(N .sD . 2sG f.
sP+
=∆ (Pers. (7.44), Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-247
(1) (1,122). (0,0468) . 1010.22,5
(40) (1). . 249)(322947,71 0,0019 sP =∆ = 0,2548 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
C.15 Heater Hidrogen (E-102)
Fungsi : Memanaskan hidrogen sebelum masuk reaktor amonia (R-101)
Jenis : 2-4 shell and tube exchanger
Dipakai : 0,75 in OD tube 14 BWG, panjang = 16 ft, 1 pass
Jumlah : 1 unit
Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 2119,6 kg/jam = 4672,8702 lbm/jam
Temperatur awal (T1) = 650°C = 1202°F
Temperatur akhir (T2) = 350°C = 662°F
Fluida dingin
Laju alir fluida dingin = 6726,4346 kg/jam = 14829,2323 lbm/jam
Temperatur awal (t1) = 30°C = 86°F
Temperatur akhir (t2) = 450°C = 842 °F
Panas yang diserap (Q) = 38662000 kJ/jam = 36644504,72 Btu/jam
(3) ∆t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida Dingin Selisih T1 = 1202°F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 842°F ∆t1 = 360°F T2 = 662°F Temperatur yang lebih rendah t1 = 86°F ∆t2 = 576°F
T1 – T2 = 540°F Selisih t2 – t1 = 756°F ∆t2 – ∆t1 = -216°F
459,5710
360576ln
216-
1Δt2Δt
ln
1Δt2ΔtLMTD =
=
−= °F
0,7140756540
ttTTR
12
21 ==−−
=
0,6770861202
756tTttS
11
12 =−
=−−
=
Universitas Sumatera Utara
LC-248
Maka dari grafik 18 (Kern,1965) diperoleh Ft = 0,96
∆t = Ft x LMTD = 441,1880 °F (4) Tc dan tc
7522
5729322
TTT 21
c =+
=+
= °F
471,22
8424,1002
ttt 21
c =+
=+
= °F
Dalam perancangan ini digunakan heater dengan spesifikasi:
- Diameter luar tube (OD) = 0,75 in
- Jenis tube = 14 BWG
- Pitch (PT) = 0,9375 in triangular pitch
- Panjang tube (L) = 16 ft
o Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, heater untuk fluida panas steam dan fluida
dingin gases, diperoleh UD = 5 - 50, faktor pengotor (Rd) = 0,003
Diambil UD = 47 Btu/jam⋅ft2⋅°F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
2
oo2
D
ft1048,4183F186,3855
FftjamBtu47
Btu/jam 236644504,7ΔtU
QA =×
⋅⋅
=×
=
Luas permukaan luar (a″) = 0,1963 ft2/ft (Tabel 10, Kern)
Jumlah tube, 1331,8596/ftft0,1963ft16
ft 4183,1048aL
AN2
2
"t =×
=×
= buah
o Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 1377 tube
dengan ID shell 39 in.
o Koreksi UD
2
2
"t
ft 4324,8816/ftft0,19631337ft 16
aNLA
=
××=
××=
Fftjam
Btu45,4592F186,3855ft4324,8816
Btu/jam 236644504,7ΔtA
QU22D °⋅⋅
=°×
=⋅
=
Fluida panas : sisi tube,steam
Universitas Sumatera Utara
LC-249
(3) Flow area tube,at’ = 0,268 in2 (Tabel 10, Kern)
naN
a ttt ×
×=
144
'
(Pers. (7.48), Kern)
5628,22144268,01337
=×
×=ta ft 2
(8) Kecepatan massa
t
t awG = (Pers. (7.2), Kern)
15514,70955628,2
39760,3217==tG lbm/jam.ft 2
(9) Bilangan Reynold
Pada Tc = 752°F
µ = 0,0243 cP = 0,0588 lbm/ft2⋅jam
Dari tabel 10, Kern, untuk 0,75 in OD, 18 BWG, diperoleh :
ID = 0,584 in = 0,0486 ft
µt
tGID×
=Re (Pers.(7.3),Kern)
3154075,9500486,0
15514,7095 0,584Re =×
=t
(10) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 397 pada Ret = 154075,9503
(11) Pada Tc = 752°F
c = 0,49 Btu/lbm.°F
k = 0,185 Btu/jam lbm ft.°F
5381,0185,0
0588,0 0,49. 31
31
=
×=
kc µ
(8) 3
1.
××=
kc
IDkjH
h
t
i µϕ
812,0315 5381,00486,0
0,185397 =××=t
ihϕ
Universitas Sumatera Utara
LC-250
474,226475,0
584,0812,0315 =×=
×=
t
io
t
i
t
io
hODIDhh
ϕ
ϕϕ
(9) Karena viskositas rendah, maka diambil tϕ = 1 (Kern, 1965)
474,2264 1474,2264 =×=
×=
io
tt
ioio
h
hh ϕ
ϕ
Fluida dingin: sisi shell,gases
(3’) Flow area shell
2'
144ft
PBCD
aT
ss ×
××= (Pers. (7.1), Kern)
Ds = Diameter dalam shell = 39 in
B = Baffle spacing = 5 in
PT = Tube pitch = 0,9375in
C′ = Clearance = PT – OD
= 0,9375 – 0,75 = 0,1875 in
0,81251144
51875,039=
×××
=sa ft 2
(4’) Kecepatan massa
s
s awG = (Pers. (7.2), Kern)
18251,36270,8125
14829,2322==sG lbm/jam.ft 2
(5’) Bilangan Reynold
Pada tc = 471,2°F
µ = 0,0182 cP = 0,0440 lbm/ft⋅jam
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 0,75 in dan 1 in triangular pitch, diperoleh De = 0,55 in.
De = 0,55/12 = 0,0458 ft
µ
ses
GD ×=Re (Pers. (7.3), Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-251
18992,8433 0,0440
18251,3627 0,0458Re =×
=s
(6′) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 81 pada Res = 18992,8433
(7’) Pada tc = 471,2°F
c = 3,6 Btu/lbm⋅°F
k = 0,174 Btu/jam lbm ft.°F
0,9695174,00,04406,3. 3
13
1
=
×=
kc µ
(8’) 3
1.
××=
kc
DkjH
h
es
o µϕ
298,12580,9695 0,0458
1740,081 =××=s
ohϕ
(9’) Karena viskositas rendah, maka diambil sϕ = 1 (Kern, 1965)
298,12581298,1258 =×=×= ss
oo
hh ϕ
ϕ
(10) Clean Overall Coefficient, UC
FftBtu/jam0500,183298,1258474,2264298,1258474,2264
hhhh
U 2
oio
oioC °⋅⋅=
+×
=+×
=
(Pers. (6.38), Kern) (11) Faktor pengotor, Rd
0,01654593,450500,1834593,450500,183
UUUU
RDC
DCd =
×−
=×−
=
(Pers. (6.13), Kern) Rd hitung = 0,0165 ≥ Rd batas = 0,003, maka spesifikasi heater dapat diterima
Pressure drop
Fluida panas : sisi tube
(3) Untuk Ret = 154075,9503
(4) f = 0,000183 ft2/in2 (Gbr. 26, Kern)
s = 0,0023
φt = 1
Universitas Sumatera Utara
LC-252
(2) tφsID10105,22
nL2tGf
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= (Pers. (7.53), Kern)
(1)(0,0023)) (0,0486)1010(5,22
1)(16)(2)15514,7095((0,000183)tΔP
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= = 0,3545 psi
(3) Dari Gbr. 27, Kern, 1965 pada diperoleh 2g'
2V= 0
psi 0
.00,0023(4).(1)
2g'
2V.s
4nrΔP
=
=
=
∆PT = ∆Pt + ∆Pr
= 0,3545 psi + 0 psi
= 0,3545 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Fluida dingin : sisi shell
(1′) Untuk Res = 18992,8434
f = 0,0021 ft2/in2 (Gbr. 29, Kern)
φs =1
s = 1,012
(2′) BL x 12 1N =+
5
16 x 12 1N =+ = 38,5 (Pers. (7.43), Kern)
Ds = 39/12 = 3,2500 ft
(3′)
sϕ s. . eD . 1010.22,5
1)(N .sD . 2sG f.
sP+
=∆ (Pers. (7.44), Kern)
(1) (1,012). (0,0468) . 1010.22,5
(38,5) (3,2500). . 28)(18251,362 0,0021 sP =∆ = 0,0248 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Universitas Sumatera Utara
LC-253
C.16 Kondenser (E-103)
Fungsi : Mendinginkan ammonia sebelum masuk ke flash drum (F-101)
Jenis : 2-4 shell and tube exchanger
Dipakai : 0,75 in OD tube 14 BWG, panjang = 16 ft, 4 pass
Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 38116,4618 kg/jam = 39068,5984 lbm/jam
Temperatur awal (T1) = 450°C = 842 °F
Temperatur akhir (T2) = -35°C = -31°F
Fluida dingin
Laju alir fluida dingin = 48637 kg/jam = 107225,1302 lbm/jam
Temperatur awal (t1) = -80°C = -112°F
Temperatur akhir (t2) = -30°C = -22°F
Panas yang diserap (Q) = 6101390 kJ/jam = 5782979,1670 Btu/jam
∆t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida Dingin Selisih T1 = 842°F Temperatur yang lebih tinggi t2 = -112°F ∆t1 = 873°F T2 = -31°F Temperatur yang lebih rendah t1 = -22°F ∆t2 = 72°F
T1 – T2 = 135,4°F Selisih t2 – t1 = 90°F ∆t2 – ∆t1 = 783°F
344,6112
90873ln
783
1Δt2Δt
ln
1Δt2ΔtLMTD =
=
−= °F
18,845
846ttTT
R12
21 ==−−
=
0,04902)76(842
72tTtt
S11
12 =−−
=−−
=
Dari Fig. 18 Kern , 1965 diperoleh FT = 0,97
Maka : ∆t = FT × LMTD = 335,6513 °F (1) Tc dan tc
-672
-22)(112-2
TTT 21
c =+
=+
= °F
Universitas Sumatera Utara
LC-254
405,52
-31)(8422
TTT 21
c =+
=+
= °F
Dalam perancangan ini digunakan kondensor dengan spesifikasi:
• Diameter luar tube (OD) = 0,75 in
• Jenis tube = 18 BWG
• Pitch (PT) = 1 in square pitch
• Panjang tube (L) = 20 ft
a. Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, kondensor untuk fluida panas gases dan
fluida dingin water, diperoleh UD =2 - 50, faktor pengotor (Rd) = 0,003
Diambil UD = 35 Btu/jam⋅ft2⋅°F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
2
oo2
D
ft1485,8698 F 111,1995
FftjamBtu35
Btu/jam 675782979,16ΔtU
QA =×
⋅⋅
=×
=
Luas permukaan luar (a″) = 0,1963 ft2/ft (Tabel 10, Kern)
Jumlah tube, 4692,378/ftft0,1963ft20
ft 1485,8698aL
AN 2
2
"t =×
=×
= buah
b. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 394 tube dengan
ID shell 25
in.
c. Koreksi UD
2
2
"t
ft1546,8440 /ftft0,1963394ft 20
aNLA
=
××=
××=
Fftjam
Btu33,6203 F111,1995 ft1546,8440
Btu/jam 75782979,16ΔtA
QU 22D °⋅⋅=
°×=
⋅=
Fluida panas : sisi tube
(3) Flow area tube,at’ = 0,652 in2 (Tabel 10, Kern)
naN
a ttt ×
×=
144
'
(Pers. (7.48), Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-255
0,45692144652,0394
=×
×=ta
ft 2
(4) Kecepatan massa
t
t awG =
3183904,426 0,4569
84031,5517==tG lbm/jam.ft 2
(5) Bilangan Reynold
Pada Tc = 99,5 °F
µ = 0,0105 cP = 0,0254 lbm/ft2⋅jam
Dari tabel 10, Kern, untuk 0,75 in OD, 18 BWG, diperoleh :
ID = 0,482 in = 0,0402 ft
µt
tGID×
=Re (Pers.(7.3),Kern)
9290810,739 0254,0
3183904,426 0,0402Re =×
=t
(6) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 5556 pada Ret = 290810,7399
(7) Pada Tc = 99,5°F
c = 0,295Btu/lbm.°F
k = 0,1504Btu/jam lbm ft.°F
3679,01504,0
0254,0 0,295. 31
31
=
×=
kc µ
(8) 3
1.
××=
kc
IDkjH
h
t
i µϕ
NO Komponen y ρ y x ρ
1 H2 0,5622 0,009 0,0051
2 N2 0,1874 0,018 0,0034
3 NH3 0,2504 0,008 0,0020
Total 0,0105
Universitas Sumatera Utara
LC-256
766,0675 3679,00402,0
0,1504556 =××=t
ihϕ
492,326075,0482,0766,0675 =×=
×=
t
io
t
i
t
io
hODIDhh
ϕ
ϕϕ
(9) Karena viskositas rendah, maka diambil tϕ = 1 (Kern, 1965)
492,3260 1492,3260x ==
×=
io
tt
ioio
h
hh ϕϕ
Fluida dingin: sisi shell
(3’) Flow area shell
2'
144ft
PBCD
aT
ss ×
××= (Pers. (7.1), Kern)
Ds = Diameter dalam shell = 25 in
B = Baffle spacing = 3 in
PT = Tube pitch = 1 in
C′ = Clearance = PT – OD
= (1) – 0,75 = 0,25 in
0,13021144
325,025=
×××
=sa ft 2
(4’) Kecepatan massa
s
s awG = (Pers. (7.2), Kern)
9823488,9991302,0
2107225,130==sG lbm/jam.ft 2
(5’) Bilangan Reynold
Pada tc = -40°F
µ = 3,184 cP = 7,7024 lbm/ft⋅jam
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 0,75 in dan 1 in square pitch, diperoleh De = 0,95 in.
De = 0,95/12 = 0,07917ft
Universitas Sumatera Utara
LC-257
µ
ses
GD ×=Re (Pers. (7.3), Kern)
8463,9537 7024,7
9823488,999 0,07917Re =×
=s
(6′) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 47 pada Res = 8463,9537
(7’) Pada tc = -40°F
c = 0,385 Btu/lbm⋅°F
k = 0,0843 Btu/jam lbm ft.°F
3,2766 0843,0
7024,7385,0. 31
31
=
×=
kc µ
(8’) 3
1.
××=
kc
DkjH
h
es
o µϕ
163,9846 2766,3 0,0791
0843,047 =××=s
ohϕ
(9’) Karena viskositas rendah, maka diambil sϕ = 1 (Kern, 1965)
163,9846 1163,9846 =×=×= ss
oo
hh ϕϕ
(10) Clean Overall Coefficient, UC
FftBtu/jam 0117,123163,9846492,3260163,9846492,3260
hhhhU 2
oio
oioC °⋅⋅=
+×
=+×
= (Pers. (6.38),
Kern)
(11) Faktor pengotor, Rd
0,02166204,33123,01176204,33123,0117
UUUUR
DC
DCd =
×−
=×−
=
(Pers. (6.13), Kern) Rd hitung = 0,0216 ≥ Rd batas = 0,003, maka spesifikasi cooler dapat diterima
Pressure drop
Fluida panas : sisi tube
(1) Untuk Ret = 290810,7399
f = 0,00011 ft2/in2 (Gbr. 26, Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-258
s = 0,9533
φt = 1
(2) tφsID10105,22
nL2tGf
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= (Pers. (7.53), Kern)
(1)(0,9533)) (0,0402)1010(5,222)(20)(2)4263,183904((0,00011)
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= = 0,0744 psi
(3) Dari Gbr. 27, Kern, 1965 pada diperoleh 2g'
2V= 0,0048
psi 0403,0
.0,00481
(4).(2)2g'
2V.s
4nrΔP
=
=
=
∆PT = ∆Pt + ∆Pr
= 0,0744 psi + 0,0403psi
= 0,1147 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Fluida dingin : sisi shell
(1′) Untuk Res = 8463,9537
f = 0,00024ft2/in2 (Gbr. 29, Kern)
φs =1
s =0,876
(2′) BL x 12 1N =+
320 x 12 1N =+ = 80 (Pers. (7.43), Kern)
Ds = 25/12 = 2,0833 ft
(3′)
sϕ s. . eD . 1010.22,5
1)(N .sD . 2sG f.
sP+
=∆ (Pers. (7.44), Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-259
(1) (0,876). (0,0458) . 1010.22,5
(80) (2,0833). . 299)(823488,99 0,00024 sP =∆ = 7,1808 psi
∆Ps yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
C.17 Hea t Exchanger (E-104)
Fungsi : Memanaskan campuran amonia sebelum masuk reaktor urea (R-201)
Jenis : 1-2 shell and tube exchanger
Dipakai : 0,75 in OD tube 18 BWG, panjang = 20 ft, 2 pass
Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 8519,6 kg/jam = 17244,1815 lbm/jam
Temperatur awal (T1) = 650°C = 1202°F
Temperatur akhir (T2) = 350°C = 662°F
Fluida dingin
Laju alir fluida dingin = 9756,4530 kg/jam = 21509,0763 lbm/jam
Temperatur awal (t1) = - 35°C = -31°F
Temperatur akhir (t2) = 182°C = 359,6 °F
Panas yang diserap (Q) = 199319500kJ/jam = 188917691,9 Btu/jam
(1) ∆t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida Dingin Selisih T1 = 932°F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 359,6°F ∆t1 = 572,4°F T2 = 572°F Temperatur yang lebih rendah t1 = -31°F ∆t2 = 603°F
T1 – T2 = 360°F Selisih t2 – t1 = 390,6°F ∆t2 – ∆t1 = 30,6°F
765,2709
842,4693ln
149,4
1Δt2Δt
ln
1Δt2ΔtLMTD =
=
−= °F
1,382390,6540
ttTTR
12
21 ==−−
=
0,317)31(6,359
390,6tTttS
11
12 =−−
=−−
=
Dari Fig. 18 Kern , 1965 diperoleh FT = 0,951
Maka : ∆t = FT × LMTD = 734,6601°F
Universitas Sumatera Utara
LC-260
(2) Tc dan tc
9322
66212022
TTT 21
c =+
=+
= °F
164,32
6,359312
ttt 21c =
+−=
+= °F
Dalam perancangan ini digunakan heater dengan spesifikasi:
- Diameter luar tube (OD) = 0,75 in
- Jenis tube = 18 BWG
- Pitch (PT) = 1 in triangular pitch
- Panjang tube (L) = 20 ft
o Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, heater untuk fluida panas steam dan fluida
dingin heavy organic, diperoleh UD = 6 - 60, faktor pengotor (Rd) = 0,003
Diambil UD = 60 Btu/jam⋅ft2⋅°F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
2
oo2
D
ft7938,5640F558,1888
FftjamBtu60
Btu/jam 9188917691,ΔtU
QA =×
⋅⋅
=×
=
Luas permukaan luar (a″) = 0,3925 ft2/ft (Tabel 10, Kern)
Jumlah tube, 718,5725/ftft0,3925ft20
ft 5640,7938aL
AN 2
2
"t =×
=×
= buah
o Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 728 tube dengan
ID shell 31 in.
o Koreksi UD
2
2
"t
ft 5714,8/ftft0,3925728ft 20
aNLA
=
××=
××=
Fftjam
Btu59,2230F558,1888ft5714,8
Btu/jam 9188917691,ΔtA
QU 22D °⋅⋅=
°×=
⋅=
Fluida panas : sisi tube,steam
(3) Flow area tube,at’ = 0,334 in2 (Tabel 10, Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-261
naN
a ttt ×
×=
144
'
(Pers. (7.48), Kern)
8443,02144334,0728
=×
×=ta ft 2
(4) Kecepatan massa
t
t awG = (Pers. (7.2), Kern)
7242786,561 8443,0
8204979,298==tG lbm/jam.ft 2
(5) Bilangan Reynold
Pada Tc = 752°F
µ = 0,023 cP = 0,0556 lbm/ft2⋅jam
Dari tabel 10, Kern, untuk 0,75 in OD, 18 BWG, diperoleh :
ID = 1,15 in = 0,0958 ft
µt
tGID×
=Re (Pers.(7.3),Kern)
418172,21 0556,0
7242786,561 0,0958Re =×
=t
(6) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 794 pada Ret = 418172,2111
(7) Pada Tc = 752°F
c = 0,513 Btu/lbm.°F
k = 0,812 Btu/jam lbm ft.°F
3274,0812,0
0556,0 0,513. 31
31
=
×=
kc µ
(8) 3
1.
××=
kc
IDkjH
h
t
i µϕ
2202,4000 3274,00958,0
0,812794 =××=t
ihϕ
Universitas Sumatera Utara
LC-262
3377,013475,015,12202,4 =×=
×=
t
io
t
i
t
io
hODIDhh
ϕ
ϕϕ
(9) Karena viskositas rendah, maka diambil tϕ = 1 (Kern, 1965)
3377,0134 13377,0134 =×=
×=
io
tt
ioio
h
hh ϕϕ
Fluida dingin: sisi shell,gases
(3’) Flow area shell
2'
144ft
PBCD
aT
ss ×
××= (Pers. (7.1), Kern)
Ds = Diameter dalam shell = 31 in
B = Baffle spacing = 3 in
PT = Tube pitch = 1 in
C′ = Clearance = PT – OD
= 1 – 0,75 = 0,25 in
0,16152144
325,031=
×××
=sa ft 2
(4’) Kecepatan massa
s
s awG = (Pers. (7.2), Kern)
7133217,5040,1615
21509,0763==sG lbm/jam.ft 2
(5’) Bilangan Reynold
Pada tc = 164,3°F
µ = 0,42 cP = 1,0162 lbm/ft⋅jam
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 0,75 in dan 1 in triangular pitch, diperoleh De = 0,73 in.
De = 0,73/12 = 0,0608 ft
µ
ses
GD ×=Re (Pers. (7.3), Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-263
7976,29601,0162
133217,504 0,0608Re =×
=s
(6′) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 50 pada Res =7976,2960
(7’) Pada tc = 164,3°F
c = 0,757 Btu/lbm⋅°F
k = 0,2958 Btu/jam lbm ft.°F
1,37512958,0
1,0162757,0. 31
31
=
×=
kc µ
(8’) 3
1.
××=
kc
DkjH
h
es
o µϕ
334,32501,37510,0608
2958,050 =××=s
ohϕ
(9’) Karena viskositas rendah, maka diambil sϕ = 1 (Kern, 1965)
334,3251334,3250 =×=×= ss
oo
hh ϕϕ
(10) Clean Overall Coefficient, UC
FftBtu/jam2084,304334,3253377,0134334,3253377,0134
hhhhU 2
oio
oioC °⋅⋅=
+×
=+×
=
(Pers. (6.38), Kern) (11) Faktor pengotor, Rd
0,01342230,592084,3042230,592084,304
UUUUR
DC
DCd =
×−
=×−
=
(Pers. (6.13), Kern) Rd hitung = 0,0134 ≥ Rd batas = 0,003, maka spesifikasi heater dapat diterima
Pressure drop
Fluida panas : sisi tube
(1) Untuk Ret = 418172,2111
(2) f = 0,00135 ft2/in2 (Gbr. 26, Kern)
s = 0,082
φt = 1
Universitas Sumatera Utara
LC-264
(3) tφsID10105,22
nL2tGf
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= (Pers. (7.53), Kern)
(1)(0,082)) (0,0958)1010(5,22
2)(20)(2)7242786,561((0,00135)tΔP
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= = 0,7759 psi
(4) Dari Gbr. 27, Kern, 1965 pada diperoleh 2g'
2V= 0,0076
psi 74146,0
.0,00760,082(4).(2)
2g'
2V.s
4nrΔP
=
=
=
∆PT = ∆Pt + ∆Pr
= 0,7759 psi + 0,7416 psi
= 1,5174 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Fluida dingin : sisi shell
(1′) Untuk Res = 7976,2690
f = 0,0029 ft2/in2 (Gbr. 29, Kern)
φs =1
s = 0,71
(2′) BL x 12 1N =+
3
20 x 12 1N =+ = 80 (Pers. (7.43), Kern)
Ds = 31/12 = 2,5833 ft
(3′)
sϕ s. . eD . 1010.22,5
1)(N .sD . 2sG f.
sP+
=∆ (Pers. (7.44), Kern)
(1) (0,71). (0,0608) . 1010.22,5
(80) (2,5833). . 247)(133217,50 0,0029 sP =∆ = 4,7176 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Universitas Sumatera Utara
LC-265
C.18 Heater (E-201)
Fungsi : Memanaskan karbondioksida sebelum masuk reaktor urea
(R-201)
Jenis : 2-4 shell and tube exchanger
Dipakai : 0,75 in OD tube 16 BWG, panjang = 16 ft, 4 pass
Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 825,7 kg/jam = 1671,2663 lbm/jam
Temperatur awal (T1) = 650°C = 1202°F
Temperatur akhir (T2) = 350°C = 662°F
Fluida dingin
Laju alir fluida dingin = 12625,9900 kg/jam = 27835,2575 lbm/jam
Temperatur awal (t1) = 30°C = 86°F
Temperatur akhir (t2) = 182°C = 359,6 °F
Panas yang diserap (Q) = 1661100kJ/jam = 1574412,83 Btu/jam
(1) ∆t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida Dingin Selisih
T1 = 1202°F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 359,6°F ∆t1 = 842,4°F
T2 = 662°F Temperatur yang lebih rendah t1 = 86°F ∆t2 = 585°F
T1 – T2 = 540°F Selisih t2 – t1 = 282,6°F ∆t2 – ∆t1 = 257,4°F
705,896
842,4585ln
257,4
1Δt2Δt
ln
1Δt2ΔtLMTD =
=
−= °F
1,911282,6540
ttTTR
12
21 ==−−
=
0,251861202
282,6tTttS
11
12 =−
=−−
=
Dari Fig. 18 Kern , 1965 diperoleh FT = 0,932
Maka : ∆t = FT × LMTD = 671,876°F
Universitas Sumatera Utara
LC-266
(2) Tc dan tc
9322
66212022
TTT 21
c =+
=+
= °F
222,82359,686
2tt
t 21c =
+=
+= °F
Dalam perancangan ini digunakan heater dengan spesifikasi:
- Diameter luar tube (OD) = 0,75 in
- Jenis tube = 16 BWG
- Pitch (PT) = 1 in triangular pitch
- Panjang tube (L) = 16 ft
o Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, heater untuk fluida panas steam dan fluida
dingin gases, diperoleh UD = 5 - 50, faktor pengotor (Rd) = 0,003
Diambil UD = 38 Btu/jam⋅ft2⋅°F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
2
oo2
D
ft3473,73F564,8728
FftjamBtu38
Btu/jam 1574412,83ΔtU
QA =×
⋅⋅
=×
=
Luas permukaan luar (a″) = 0,1963 ft2/ft (Tabel 10, Kern)
Jumlah tube, 23,3530 /ftft0,1963ft16
ft 73,3473aL
AN 2
2
"t =×
=×
= buah
o Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 24 tube dengan
ID shell 8 in.
o Koreksi UD
2
2
"t
ft 75,3792/ftft0,196324ft 16
aNLA
=
××=
××=
Fftjam
Btu36,9756F564,8728ft75,3792
Btu/jam 1574412,83ΔtA
QU 22D °⋅⋅=
°×=
⋅=
Fluida panas : sisi tube,steam
Universitas Sumatera Utara
LC-267
(3) Flow area tube,at’ = 0,302 in2 (Tabel 10, Kern)
naN
a ttt ×
×=
144
'
(Pers. (7.48), Kern)
0126,04144
302,024=
××
=ta ft 2
(4) Kecepatan massa
t
t awG = (Pers. (7.2), Kern)
0135757,2240126,0
1708,2784==tG lbm/jam.ft 2
(5) Bilangan Reynold
Pada Tc = 752°F
µ = 0,0244 cP = 0,0556 lbm/ft2⋅jam
Dari tabel 10, Kern, untuk 0,75 in OD, 16 BWG, diperoleh :
ID = 0,620 in = 0,0414 ft
µt
tGID×
=Re (Pers.(7.3),Kern)
3126062,908 0556,0135757,224 0,0414Re =
×=t
(6) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 294 pada Ret = 126062,9083
(7) Pada Tc = 752°F
c = 0,512 Btu/lbm.°F
k = 0,185 Btu/jam lbm ft.°F
5359,0185,0
0556,0 0,512. 31
31
=
×=
kc µ
(8) 3
1.
××=
kc
IDkjH
h
t
i µϕ
564,2518 5359,00414,0
0,185294 =××=t
ihϕ
Universitas Sumatera Utara
LC-268
466,448175,0
620,0564,2518 =×=
×=
t
io
t
i
t
io
hODIDhh
ϕ
ϕϕ
(9) Karena viskositas rendah, maka diambil tϕ = 1 (Kern, 1965)
466,4481 1466,4481 =×=
×=
io
tt
ioio
h
hh ϕϕ
Fluida dingin: sisi shell,gases
(3’) Flow area shell
2'
144ft
PBCD
aT
ss ×
××= (Pers. (7.1), Kern)
Ds = Diameter dalam shell = 8 in
B = Baffle spacing = 4 in
PT = Tube pitch = 1 in
C′ = Clearance = PT – OD
= 1 – 0,75 = 0,25 in
0,05554144
425,08=
×××
=sa ft 2
(4’) Kecepatan massa
s
s awG = (Pers. (7.2), Kern)
501034,6360,0555
27835,2575==sG lbm/jam.ft 2
(5’) Bilangan Reynold
Pada tc = 145,265°F
µ = 0,0174 cP = 0,04209 lbm/ft⋅jam
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 0,75 in dan 1 in triangular pitch, diperoleh De = 0,73 in.
De = 0,73/12 = 0,0608 ft
µ
ses
GD ×=Re (Pers. (7.3), Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-269
724112,92 0,04209
501034,636 0,0608Re =×
=s
(6′) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 874 pada Res = 724112,92
(7’) Pada tc = 145,265°F
c = 0,225 Btu/lbm⋅°F
k = 0,0091 Btu/jam lbm ft.°F
1,013400091,0
0,04209225,0. 31
31
=
×=
kc µ
(8’) 3
1.
××=
kc
DkjH
h
es
o µϕ
132,4929 1,0134 0,0608
0091,0874 =××=s
ohϕ
(9’) Karena viskositas rendah, maka diambil sϕ = 1 (Kern, 1965)
132,49291132,4929 =×=×= ss
oo
hh ϕϕ
(10) Clean Overall Coefficient, UC
FftBtu/jam1838,103132,4929466,4481132,4929466,4481
hhhhU 2
oio
oioC °⋅⋅=
+×
=+×
=
(Pers. (6.38), Kern) (11) Faktor pengotor, Rd
0,017359758,36184,1039756,36184,103
UUUUR
DC
DCd =
×−
=×−
=
(Pers. (6.13), Kern) Rd hitung = 0,0173 ≥ Rd batas = 0,003, maka spesifikasi heater dapat diterima
Pressure drop
Fluida panas : sisi tube
(1) Untuk Ret = 126062,9083
(2) f = 0,000144 ft2/in2 (Gbr. 26, Kern)
s = 0,069
Universitas Sumatera Utara
LC-270
φt = 1
(3) tφsID10105,22
nL2tGf
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= (Pers. (7.53), Kern)
(1)(0,069)) (0,0414)1010(5,22
4)(16)(2)0135757,224((0,000144)tΔP
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= = 0,9127 psi
(4) Dari Gbr. 27, Kern, 1965 pada diperoleh 2g'
2V= 0,0038
psi 8815,0
.0,00380,069(4).(4)
2g'
2V.s
4nrΔP
=
=
=
∆PT = ∆Pt + ∆Pr
= 0,9127 psi + 0,8815psi
= 1,7939 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Fluida dingin : sisi shell
(1′) Untuk Res = 724112,9157
f = 0,00094 ft2/in2 (Gbr. 29, Kern)
φs =1
s = 0,576
(2′) BL x 12 1N =+
4
16 x 12 1N =+ = 48 (Pers. (7.43), Kern)
Ds = 8/12 = 0,66667 ft
(3′)
sϕ s. . eD . 1010.22,5
1)(N .sD . 2sG f.
sP+
=∆ (Pers. (7.44), Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-271
(1) (0,576). (0,0608) . 1010.22,5
(48) (0,66667). . 26)(501034,63 0,00094 sP =∆ = 4,1284psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
C.19 Heater (E-202)
Fungsi : Untuk memanaskan Amonia dan Karbon dioksida yang
keluar dari Knock Out Drum (F-201)
Bentuk : Horizontal heater
Jenis : 2-4 shell and tube exchanger
Dipakai : 0,75 in OD tube 16 BWG, panjang = 20 ft, 2 pass
Jumlah : 1 unit
Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 368,69 kg/jam = 813,2768 lbm/jam
Temperatur awal (T1) = 650°C = 1202 °F
Temperatur akhir (T2) = 350°C = 662°F
Fluida dingin
Laju alir fluida dingin = 64018 kg/jam = 141134,0828 lbm/jam
Temperatur awal (t1) = 145°C = 266°F
Temperatur akhir (t2) = 182°C = 359,6°F
Panas yang diserap (Q) = 8030800 kJ/jam = 7611699,809 Btu/jam
(1) ∆t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida dingin Selisih T1 = 1202°F Temperatur yang lebih tinggi t2 =359,6°F ∆t1 = 842,4°F T2 = 842°F Temperatur yang lebih rendah t1 = 266°F ∆t2 = 396°F
T1 – T2 = 540°F Selisih t2 – t1
= 93,6°F ∆t2 – ∆t1
= 446,4°F
591,383
842,4396ln
446,4
1Δt2Δt
ln
1Δt2ΔtLMTD =
=
−= °F
5,76993,6540
ttTT
R12
21 ==−−
=
Universitas Sumatera Utara
LC-272
0,12261202
93,6tTtt
S11
12 =−
=−−
=
Maka dari grafik 18 (Kern,1965) diperoleh Ft = 0,95
∆t = Ft x LMTD = 561,8139 °F (2) Tc dan tc
9322
66212022
TTT 21
c =+
=+
= °F
312,82359,6266
2tt
t 21c =
+=
+= °F
Dalam perancangan ini digunakan spesifikasi:
• Diameter luar tube (OD) = 0,75 in
• Jenis tube = 16 BWG
• Pitch (PT) = 15/16 in triangular pitch
• Panjang tube (L) = 20 ft
a. Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, kondensor untuk fluida panas heavy
organics dan fluida dingin air, diperoleh UD = 5 - 75, faktor pengotor (Rd) =
0,003
Diambil UD = 70 Btu/jam⋅ft2⋅°F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
2
oo2
D
ft824,1079F 137,4447
FftjamBtu70
Btu/jam 287611699,08ΔtU
QA =×
⋅⋅
=×
=
Luas permukaan luar (a″) = 0,1963 ft2/ft (Tabel 10, Kern)
Jumlah tube, 209,9103 /ftft0,1963ft20
ft 1079,824aL
AN 2
2
"t =×
=×
= buah
b. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 224 tube dengan
ID shell 17,25 in.
c. Koreksi UD
Universitas Sumatera Utara
LC-273
2
2
"t
ft879,4240 /ftft0,1963224ft 20
aNLA
=
××=
××=
Fftjam
Btu65,5969 F137,4447ft 879,4240
Btu/jam 287611699,08ΔtA
QU 22D °⋅⋅=
°×=
⋅=
Fluida panas : sisi shell
(3) Flow area tube,at’ = 0,302 in2 (Tabel 10, Kern)
naN
a ttt ×
×=
144
'
(Pers. (7.48), Kern)
0,23482144302,0224
=×
×=ta ft 2
(4) Kecepatan massa
t
t awG = (Pers. (7.2), Kern)
7231900,820 0,2348
54470,9261==tG lbm/jam.ft 2
(5) Bilangan Reynold
Pada Tc = 266°F
µ = 0,1722 cP = 0,4166 lbm/ft2⋅jam
Dari tabel 10, Kern, untuk 0,75 in OD, 16 BWG, diperoleh :
ID = 0,620 in = 0,0516 ft
µt
tGID×
=Re (Pers.(7.3),Kern)
28762,1501 4166,0
7231900,820 0,0516Re =×
=t
(6) Taksir jH dari Gbr. 91, Kern, diperoleh jH = 596 pada Ret = 28762,1501
(7) Pada Tc = 266°F
c = 0,8258 Btu/lbm.°F
k = 0,2760 Btu/jam lbm ft.°F
0762,12760,0
4166,0 0,8258. 31
31
=
×=
kc µ
Universitas Sumatera Utara
LC-274
(8) 3
1.
××=
kc
IDkjH
h
t
i µϕ
523,15290762,10516,0
0,276091 =××=t
ihϕ
432,473175,062,0523,1529 =×=
×=
t
io
t
i
t
io
hODIDhh
ϕ
ϕϕ
(9) Karena viskositas rendah, maka diambil tϕ = 1 (Kern, 1965)
432,47311432,4731 =×=
×=
io
tt
ioio
h
hh ϕϕ
Fluida dingin: sisi tube
(3’) Flow area shell
2'
144ft
PBCD
aT
ss ×
××= (Pers. (7.1), Kern)
Ds = Diameter dalam shell = 17,25 in
B = Baffle spacing = 8 in
PT = Tube pitch = 15/16 in
C′ = Clearance = PT – OD
= (15/16) – 0,75 = 0,1875 in
0,19169375,0144
81875,025,17=
×××
=sa ft 2
(4’) Kecepatan massa
s
s awG = (Pers. (7.2), Kern)
3736351,7361916,0
8141134,082==sG lbm/jam.ft 2
(5’) Bilangan Reynold
Pada tc = 113°F
µ = 0,65 cP = 1,5724 lbm/ft⋅jam
Universitas Sumatera Utara
LC-275
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 0,75 in dan 15/16 in triangular pitch, diperoleh De =
0,55 in.
De = 0,55/12 = 0,0458 ft
µ
ses
GD ×=Re (Pers. (7.3), Kern)
21463,4525 5724,1
3736351,736 0,0458Re =×
=s
(6′) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 80 pada Res = 21463,4525
(7’) Pada tc = 113°F
c = 1,202 Btu/lbm⋅°F
k = 0,385 Btu/jam lbm ft.°F
1,6996 385,0
5724,1202,1. 31
31
=
×=
kc µ
(8’) 3
1.
××=
kc
DkjH
h
es
o µϕ
1142,1056 6996,1 0,0458
385,080 =××=s
ohϕ
(9’) Karena viskositas rendah, maka diambil sϕ = 1 (Kern, 1965)
1142,1056 11142,1056 =×=×= ss
oo
hh ϕϕ
(10) Clean Overall Coefficient, UC
FftBtu/jam 6902,3131142,1058423,47311142,1058423,4731
hhhhU 2
oio
oioC °⋅⋅=
+×
=+×
= (Pers.
(6.38), Kern)
(11) Faktor pengotor, Rd
0,01215969,65 313,69025969,65313,6902
UUUUR
DC
DCd =
×−
=×−
=
(Pers. (6.13), Kern) Rd hitung = 0,0121 ≥ Rd batas = 0,003, maka spesifikasi cooler dapat diterima
Pressure drop
Fluida panas : sisi shell
Universitas Sumatera Utara
LC-276
(1) Untuk Ret = 28762,1501
f = 0,00024 ft2/in2 (Gbr. 26, Kern)
s = 0,62
φt = 1
(2) tφsID10105,22
nL2tGf
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= (Pers. (7.53), Kern)
(1)(1)) (0,0516)1010(5,222)(20)(2)8207,231900((0,00024)
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= = 0,3088 psi
(3) Dari Gbr. 27, Kern, 1965 pada diperoleh 2g'
2V= 0,007
psi 056,0
.0,0071
(4).(2)2g'
2V.s
4nrΔP
=
=
=
∆PT = ∆Pt + ∆Pr
= 0,3088 psi + 0,056psi
= 0,3648 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Fluida dingin : sisi tube
(1′) Untuk Res = 21463,4525
f = 0,0009ft2/in2 (Gbr. 29, Kern)
φs =1
s = 0,98
(2′) BL x 12 1N =+
820 x 12 1N =+ = 30 (Pers. (7.43), Kern)
Ds = 17,25/12 = 1,4375 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-277
(3′)
sϕ s. . eD . 1010.22,5
1)(N .sD . 2sG f.
sP+
=∆ (Pers. (7.44), Kern)
(1) (0,98). (0,0458) . 1010.22,5
(30) (1,4375). . 263)(736351,73 0,0009 sP =∆ = 8,9753 psi
∆Ps yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
C.20 Cooler (E-203)
Fungsi : Mendinginkan produk yang dihasilkan dari KO drum-I dan KO
drum-II yang akan direcycle kembali ke reaktor urea (R-201)
Jenis : 2-4 shell and tube exchanger
Dipakai : 1¼ in OD tube 17 BWG, panjang = 8 ft, 4 pass
Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 8502,3580 kg/jam = 18744,2985 lbm/jam
Temperatur awal (T1) = 190°C = 374 °F
Temperatur akhir (T2) = 182°C = 359,6°F
Fluida dingin
Laju alir fluida dingin = 631,3474 kg/jam = 1391,8685 lbm/jam
Temperatur awal (t1) = 30°C = 86°F
Temperatur akhir (t2) = 60°C = 140°F
Panas yang diserap (Q) = 79200 kJ/jam = 75066,8208 Btu/jam
(1) ∆t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida Dingin Selisih T1 = 374°F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 140°F ∆t1 = 234°F T2 = 359,6°F Temperatur yang lebih rendah t1 = 86°F ∆t2 = 273,6°F
T1 – T2 = 14,4°F Selisih t2 – t1 = 54°F ∆t2 – ∆t1 =39,6°F
253,2843
234273,6ln
39,6
ΔtΔt
ln
ΔtΔtLMTD
1
2
12 =
=
−
= °F
0,266754
14,4ttTTR
12
21 ==−−
=
Universitas Sumatera Utara
LC-278
1875,086-374
54tTttS
11
12 ==−−
=
Dari Fig. 18 Kern , 1965 diperoleh FT = 0,98
Maka : ∆t = FT × LMTD = 0,98 × 253,2843= 248,2186 °F (2) Tc dan tc
366,82
6,2593742
TTT 21c =
+=
+= °F
113214086
2tt
t 21c =
+=
+= °F
Dalam perancangan ini digunakan kondensor dengan spesifikasi:
• Diameter luar tube (OD) = 1,25 in
• Jenis tube = 17 BWG
• Pitch (PT) = 1 9/16 in square pitch
• Panjang tube (L) = 8 ft
a. Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, kondensor untuk fluida panas heavy
organics dan fluida dingin air, diperoleh UD = 5 - 75, faktor pengotor (Rd) =
0,003
Diambil UD = 12 Btu/jam⋅ft2⋅°F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
2
oo2
D
ft2019,25F 248,2186
FftjamBtu12
Btu/jam 75066,8208ΔtU
QA =×
⋅⋅
=×
=
Luas permukaan luar (a″) = 0,3271 ft2/ft (Tabel 10, Kern)
Jumlah tube, 6308,9/ftft0,3271ft8
ft 25,2019aL
AN 2
2
"t =×
=×
= buah
b. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 10 tube dengan
ID shell 10
in.
c. Koreksi UD
2
2
"t
ft 26,1680 /ftft0,327110ft 8
aNLA
=
××=
××=
Universitas Sumatera Utara
LC-279
Fftjam
Btu11,5569 F242,2186ft 26,1680
Btu/jam 75066,8208ΔtA
QU 22D °⋅⋅=
°×=
⋅=
Fluida panas : sisi tube,umpan
(3) Flow area tube,at’ = 1,01 in2 (Tabel 10, Kern)
naN
a ttt ×
×=
144
'
(Pers. (7.48), Kern)
0,0175414401,110
=×
×=ta ft 2
(4) Kecepatan massa
t
t awG = (Pers. (7.2), Kern)
1068981,77 0,0175
18744,2985==tG lbm/jam.ft 2
(5) Bilangan Reynold
Pada Tc = 366 °F
µ = 0,0193 cP = 0,0467 lbm/ft2⋅jam
Dari tabel 10, Kern, untuk 1,25 in OD, 17 BWG, diperoleh :
ID = 1,15 in = 0,0958 ft
µt
tGID×
=Re (Pers.(7.3),Kern)
219419,545 0467,0
301068981,77 0,0958Re =×
=t
Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 502 pada Ret = 219419,545
(6) Pada Tc = 366°F
c = 0,8258 Btu/lbm.°F
k = 0,276 Btu/jam lbm ft.°F
5189,0276,0
0467,0 0,8258. 31
31
=
×=
kc µ
(8) 3
1.
××=
kc
IDkjH
h
t
i µϕ
Universitas Sumatera Utara
LC-280
750,16980958,0
0,276502 ××=t
ihϕ
690,156225,115,1750,1698 =×
×=
t
io
t
i
t
io
hODIDhh
ϕ
ϕϕ
(9) Karena viskositas rendah, maka diambil tϕ = 1 (Kern, 1965)
690,15621690,1562 =×=
×=
io
tt
ioio
h
hh ϕϕ
Fluida dingin: sisi shell
(3’) Flow area shell
2'
144ft
PBCD
aT
ss ×
××= (Pers. (7.1), Kern)
Ds = Diameter dalam shell = 10 in
B = Baffle spacing = 3 in
PT = Tube pitch = 1 9/16 in
C′ = Clearance = PT – OD
= (1 9/16) – 0,75 = 0,3125 in
0,04165625,1144
33125,010=
×××
=sa ft 2
(4’) Kecepatan massa
s
s awG = (Pers. (7.2), Kern)
33404,84350416,0
1391,8685==sG lbm/jam.ft 2
(5’) Bilangan Reynold
Pada tc = 113°F
µ = 0,98 cP = 2,3707 lbm/ft⋅jam
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 1,25 in dan 1 9/16 in square pitch, diperoleh De = 1,23
in.
Universitas Sumatera Utara
LC-281
De = 1,23/12 = 0,1025ft
µ
ses
GD ×=Re (Pers. (7.3), Kern)
1444,2867 3707,233404,8435 0,1025Re =
×=s
(6′) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 25 pada Res = 1444,2867
(7’) Pada tc = 113°F
c = 1,2002 Btu/lbm⋅°F
k = 0,385 Btu/jam lbm ft.°F
1,9848 385,0
3707,2202,1. 31
31
=
×=
kc µ
(8’) 3
1.
××=
kc
DkjH
h
es
o µϕ
183,0001 9848,1 0,1025
385,025 =××=s
ohϕ
(9’) Karena viskositas rendah, maka diambil sϕ = 1 (Kern, 1965)
183,0001 1183,0001 =×=×= ss
oo
hh ϕϕ
(10) Clean Overall Coefficient, UC
FftBtu/jam 6461,144183,0001690,1562183,0001690,1562
hhhhU 2
oio
oioC °⋅⋅=
+×
=+×
=
(Pers. (6.38), Kern)
(11) Faktor pengotor, Rd
0,07965569,116461,4415569,11144,6461
UUUUR
DC
DCd =
×−
=×−
=
(Pers. (6.13), Kern) Rd hitung = 0,0796 ≥ Rd batas = 0,003, maka spesifikasi cooler dapat diterima
Pressure drop
Universitas Sumatera Utara
LC-282
Fluida panas : sisi tube
(1) Untuk Ret = 219419,545
f = 0,00028 ft2/in2 (Gbr. 26, Kern)
s = 0,62
φt = 1
(2) tφsID10105,22
nL2tGf
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= (Pers. (7.53), Kern)
(1)(0,62)(0,0958))1010(5,224)(8)(2)773,1068981((0,00028)
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= = 3,3012 psi
(3) Dari Gbr. 27, Kern, 1965 pada diperoleh 2g'
2V= 0,15
3,8709psi
.0,0151
(4).(4)2g'
2V.s
4nrΔP
=
=
=
∆PT = ∆Pt + ∆Pr
= 3,3012 psi + 3,8709 psi
= 7,1722 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Fluida dingin : sisi shell
(1′) Untuk Res = 1444,2866
f = 0,0041 ft2/in2 (Gbr. 29, Kern)
φs =1
s = 0,98
(2′) BL x 12 1N =+
38 x 12 1N =+ = 32 (Pers. (7.43), Kern)
Ds = 10/12 = 0,8333 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-283
(3′)
sϕ s. . eD . 1010.22,5
1)(N .sD . 2sG f.
sP+
=∆ (Pers. (7.44), Kern)
(1) (0,98). (0,0958) . 1010.22,5
(32) 0,8333). . 25)(33404,843 0,0041 sP =∆ = 0,0232 psi
∆Ps yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
C. 21 Kondenser (E-301)
Fungsi : mengkondensasikan uap air yang keluar dari evaporator-I
(FE-301) dan evaporator-II (FE-302)
Jenis : 2-4shell and tube exchanger
Dipakai : 0,75 in OD tube 18 BWG, panjang = 20 ft, 4 pass
Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 6842,1732 kg/jam = 15084,2550 lbm/jam
Temperatur awal (T1) = 100°C = 212 °F
Temperatur akhir (T2) = 80°C = 176°F
Fluida dingin
Laju alir fluida dingin = 96075 kg/jam = 211806,945 lbm/jam
Temperatur awal (t1) = 30°C = 86°F
Temperatur akhir (t2) = 60°C = 140°F
Panas yang diserap (Q) = 12052200 kJ/jam = 11423236,59 Btu/jam
(1) ∆t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida Dingin Selisih T1 = 212°F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 140°F ∆t1 = 72°F T2 = 176°F Temperatur yang lebih rendah t1 = 86°F ∆t2 = 90°F
T1 – T2 = 36°F Selisih t2 – t1 = 54°F ∆t2 – ∆t1 = 18°F
Universitas Sumatera Utara
LC-284
80,6656
7290ln
18
ΔtΔt
ln
ΔtΔtLMTD
1
2
12 =
=
−
= °F
0,66675436
ttTTR
12
21 ==−−
=
4285,086-212
54tTttS
11
12 ==−−
=
Dari Fig. 18 Kern , 1965 diperoleh FT = 0,955
Maka : ∆t = FT × LMTD = 0,955 ×80,6656 = 77,4389 °F (2) Tc dan tc
1942
1762122
TTT 21c =
+=
+= °F
113214086
2tt
t 21c =
+=
+= °F
Dalam perancangan ini digunakan kondensor dengan spesifikasi:
• Diameter luar tube (OD) = 0,75 in
• Jenis tube = 18 BWG
• Pitch (PT) = 1 1/4 in triangular pitch
• Panjang tube (L) = 20 ft
a. Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, kondensor untuk fluida panas gases dan
fluida dingin air, diperoleh UD = 2 - 50, faktor pengotor (Rd) = 0,003
Diambil UD = 44 Btu/jam⋅ft2⋅°F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
2
oo2
D
ft3352,5642F 4389,77
FftjamBtu44
Btu/jam 911423236,5ΔtU
QA =×
⋅⋅
=×
=
Luas permukaan luar (a″) = 0,2618 ft2/ft (Tabel 10, Kern)
Jumlah tube, 640,2910/ftft0,2618ft20
ft 3352,5642aL
AN 2
2
"t =×
=×
= buah
b. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 664 tube dengan ID
shell 37 in.
Universitas Sumatera Utara
LC-285
c. Koreksi UD
2
2
"t
ft3476,7040 /ftft0,2618664ft 20
aNLA
=
××=
××=
Fftjam
Btu42,4289 F77,4389ft3476,7040
Btu/jam 911423236,5ΔtA
QU 22D °⋅⋅=
°×=
⋅=
Fluida panas : sisi tube,gas H2O
(3) Flow area tube,at’ = 0,639 in2 (Tabel 10, Kern)
naN
a ttt ×
×=
144
'
(Pers. (7.48), Kern)
1,473252144639,0664
=×
×=ta ft 2
(4) Kecepatan massa
t
t awG = (Pers. (7.2), Kern)
10238,7613 1,47325
15084,2550==tG lbm/jam.ft 2
(5) Bilangan Reynold
Pada Tc = 194°F
µ = 0,014 cP = 0,0338lbm/ft2⋅jam
Dari tabel 10, Kern, untuk 1 in OD, 18BWG, diperoleh :
ID = 0,902 in = 0,0752 ft
µt
tGID×
=Re (Pers.(7.3),Kern)
78543,0876 0266,0
3100238,761 0,0752Re =×
=t
(6) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 267 pada Ret = 78543,0876
(7) Pada Tc = 194°F
c = 0,465 Btu/lbm.°F
Universitas Sumatera Utara
LC-286
k = 0,0132Btu/jam lbm ft.°F
0598,10132,0
0338,0 0,465. 31
31
=
×=
kc µ
(8) 3
1.
××=
kc
IDkjH
h
t
i µϕ
49,8053 0598,107517,0
0,0132267 =××=t
ihϕ
44,92431
0752,049,8053 =×=
×=
t
io
t
i
t
io
hODIDhh
ϕ
ϕϕ
(9) Karena viskositas rendah, maka diambil tϕ = 1 (Kern, 1965)
44,9243144,9243 =×=
×=
io
tt
ioio
h
hh ϕϕ
Fluida dingin: sisi shell
(3’) Flow area shell
2'
144ft
PBCD
aT
ss ×
××= (Pers. (7.1), Kern)
Ds = Diameter dalam shell = 37 in
B = Baffle spacing =5 in
PT = Tube pitch = 1 1/4 in
C′ = Clearance = PT – OD
= (1 1/4) – 1 = 0,25 in
0,256925,1144
525,037=
×××
=sa ft 2
(4’) Kecepatan massa
s
s awG = (Pers. (7.2), Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-287
9824329,7312569,0
211806,945==sG lbm/jam.ft 2
(5’) Bilangan Reynold
Pada tc = 113°F
µ = 0,64 cP = 1,5482 lbm/ft⋅jam
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 1 in dan 1 ¼ in triangular pitch, diperoleh De = 0,99
in.
De = 0,99/12 = 0,0825ft
µ
ses
GD ×=Re (Pers. (7.3), Kern)
43925,9454 5482,1
9824329,731 0,0825Re =×
=s
(6′) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 148 pada Res = 43925,9454
(7’) Pada tc = 113°F
c = 1,112 Btu/lbm⋅°F
k = 0,421 Btu/jam lbm ft.°F
1,5991 421,0
5482,1112,1. 31
31
=
×=
kc µ
(8’) 3
1.
××=
kc
DkjH
h
es
o µϕ
1126,1409 5991,1 0,0825
421,0138 =××=s
ohϕ
(9’) Karena viskositas rendah, maka diambil sϕ = 1 (Kern, 1965)
1126,1409 11126,1409 =×=×= ss
oo
hh ϕϕ
(10) Clean Overall Coefficient, UC
FftBtu/jam 2009,431126,140944,92431126,140944,9243
hhhhU 2
oio
oioC °⋅⋅=
+×
=+×
=
(Pers. (6.38), Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-288
(11) Faktor pengotor, Rd
0,01154289,4243,20094289,4243,2009
UUUUR
DC
DCd =
×−
=×−
=
(Pers. (6.13), Kern) Rd hitung = 0,0115 ≥ Rd batas = 0,003, maka spesifikasi cooler dapat diterima
Pressure drop
Fluida panas : sisi tube
(1) Untuk Ret = 78543,0876
f = 0,00022 ft2/in2 (Gbr. 26, Kern)
s = 0,98
φt = 1
(2) tφsID10105,22
nL2tGf
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= (Pers. (7.53), Kern)
(1)(0,98)) (0,0752)1010(5,222)(20)(2)7613,100238((0,00022)
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= = 0,0002 psi
(3) Dari Gbr. 27, Kern, 1965 pada diperoleh 2g'
2V= 0,0013
psi 1060,0
.0,00130,98
(4).(2)2g'
2V.s
4nrΔP
=
=
=
∆PT = ∆Pt + ∆Pr
= 0,0002 psi + 0,0106psi
= 0,0108 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Fluida dingin : sisi shell
(1′) Untuk Res = 43925,9454
f = 0,00018ft2/in2 (Gbr. 29, Kern)
φs =1
Universitas Sumatera Utara
LC-289
s = 0,79
(2′) BL x 12 1N =+
520 x 12 1N =+ = 48 (Pers. (7.43), Kern)
Ds = 37/12 = 3,0833 ft
(3′)
sϕ s. . eD . 1010.22,5
1)(N .sD . 2sG f.
sP+
=∆ (Pers. (7.44), Kern)
(1) (0,79). (0,0825) . 1010.22,5
(48) (3,0833). . 219)(824329,73 0,00018 sP =∆ = 5,3208 psi
∆Ps yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
C.22 Cooler (E-302)
Fungsi : Mendinginkan udara yang keluar dari prilling tower (TK-401)
Jenis : 2-4shell and tube exchanger
Dipakai : 0,75 in OD tube 10 BWG, panjang = 20 ft, 4 pass
Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 17721,4000 kg/jam = 39068,5984 lbm/jam
Temperatur awal (T1) = 79,024°C = 174,2432 °F
Temperatur akhir (T2) = 53,024°C = 127,4972°F
Fluida dingin
Laju alir fluida dingin = 48637 kg/jam = 107225,1302 lbm/jam
Temperatur awal (t1) = 30°C = 86°F
Temperatur akhir (t2) = 60°C = 140°F
Panas yang diserap (Q) = 6101390 kJ/jam = 5782979,1670 Btu/jam
(1) ∆t = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida Dingin Selisih
T1 = 174,2432°F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 140°F ∆t1 = 34,2432°F
Universitas Sumatera Utara
LC-290
T2 = 127,4972°F Temperatur yang lebih rendah t1 = 86°F ∆t2 = 41,4972°F
T1 – T2 = 46,746°F Selisih t2 – t1 = 54°F ∆t2 – ∆t1 = 7,254°F
37,7541
34,243241,4972ln
7,254
ΔtΔtln
ΔtΔtLMTD
1
2
12 =
=
−
= °F
0,865654
46,746ttTT
R12
21 ==−−
=
6119,086-174,2432
54tTtt
S11
12 ==−−
=
Dari Fig. 18 Kern , 1965 diperoleh FT = 0,77
Maka : ∆t = FT × LMTD = 0,77 × 37,7541= 29,0707 °F (2) Tc dan tc
150,87022
4972,1272432,1742
TTT 21
c =+
=+
= °F
113214086
2tt
t 21c =
+=
+= °F
Dalam perancangan ini digunakan kondensor dengan spesifikasi:
• Diameter luar tube (OD) = 0,75 in
• Jenis tube = 10 BWG
• Pitch (PT) = 15/16 in triangular pitch
• Panjang tube (L) = 20 ft
a. Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, kondensor untuk fluida panas light
organics dan fluida dingin air, diperoleh UD = 75 - 150, faktor pengotor (Rd)
= 0,003
Diambil UD = 80 Btu/jam⋅ft2⋅°F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
2
oo2
D
ft2486,6034F 37,7541
FftjamBtu80
Btu/jam 75782979,16ΔtU
QA =×
⋅⋅
=×
=
Luas permukaan luar (a″) = 0,1963 ft2/ft (Tabel 10, Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-291
Jumlah tube, 633,3682/ftft0,1963ft20
ft 2486,6034aL
AN 2
2
"t =×
=×
= buah
c. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 640 tube dengan ID
shell 29 in
c. Koreksi UD
2
2
"t
ft2512,6400 /ftft0,1963640ft 20
aNLA
=
××=
××=
Fftjam
Btu79,1710 F37,7541ft2512,64
Btu/jam 75782979,16ΔtA
QU 22D °⋅⋅=
°×=
⋅=
Fluida panas : sisi tube,gas H2O
(3) Flow area tube,at’ = 0,182 in2 (Tabel 10, Kern)
naN
a ttt ×
×=
144
'
(Pers. (7.48), Kern)
0,20224144182,0272
=×
×=ta ft 2
(4) Kecepatan massa
t
t awG = (Pers. (7.2), Kern)
9193196,365 0,2022
39068,5984==tG lbm/jam.ft 2
(5) Bilangan Reynold
Pada Tc = 150,8702°F
µ = 0,011 cP = 0,0266 lbm/ft2⋅jam
Dari tabel 10, Kern, untuk 0,75 in OD, 10 BWG, diperoleh :
ID = 0,482 in = 0,0402 ft
µt
tGID×
=Re (Pers.(7.3),Kern)
5291617,663 0266,0
9193196,365 0,0402Re =×
=t
(6) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 596 pada Ret = 291617,6635
(7) Pada Tc = 150,8702°F
Universitas Sumatera Utara
LC-292
c = 0,45 Btu/lbm.°F
k = 0,0128 Btu/jam lbm ft.°F
9780,00128,0
0026,0 0,45. 31
31
=
×=
kc µ
(8) 3
1.
××=
kc
IDkjH
h
t
i µϕ
185,75679780,00402,0
0,0128596 =××=t
ihϕ
119,379675,0
482,0185,7576 =×=
×=
t
io
t
i
t
io
hODIDhh
ϕ
ϕϕ
(9) Karena viskositas rendah, maka diambil tϕ = 1 (Kern, 1965)
119,37961119,3796 =×=
×=
io
tt
ioio
h
hh ϕ
ϕ
Fluida dingin: sisi shell
(3’) Flow area shell
2'
144ft
PBCD
aT
ss ×
××= (Pers. (7.1), Kern)
Ds = Diameter dalam shell = 29 in
B = Baffle spacing = 8 in
PT = Tube pitch = 15/16 in
C′ = Clearance = PT – OD
= (15/16) – 0,75 = 0,1875 in
0,32229375,0144
81875,029=
×××
=sa ft 2
(4’) Kecepatan massa
s
s awG = (Pers. (7.2), Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-293
4332767,6451181,0
2107225,130==sG lbm/jam.ft 2
(5’) Bilangan Reynold
Pada tc = 113°F
µ = 0,98 cP = 2,3707 lbm/ft⋅jam
Dari Gbr. 28, Kern, untuk 0,75 in dan 15/16 in triangular pitch, diperoleh De =
0,55 in.
De = 0,55/12 = 0,0458 ft
µ
ses
GD ×=Re (Pers. (7.3), Kern)
6433,4309 3707,2
4332767,645 0,0458Re =×
=s
(6′) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 39 pada Res = 6433,4309
(7’) Pada tc = 113°F
c = 1,22 Btu/lbm⋅°F
k = 0,3685 Btu/jam lbm ft.°F
1,9873 3685,0
3707,222,1. 31
31
=
×=
kc µ
(8’) 3
1.
××=
kc
DkjH
h
es
o µϕ
926,7262 9873,1 0,0458
3685,058 =××=s
ohϕ
(9’) Karena viskositas rendah, maka diambil sϕ = 1 (Kern, 1965)
926,7262 1926,7262 =×=×= ss
oo
hh ϕϕ
(10) Clean Overall Coefficient, UC
FftBtu/jam 7562,105926,7262119,3796926,7262119,3796
hhhhU 2
oio
oioC °⋅⋅=
+×
=+×
= (Pers.
(6.38), Kern)
Universitas Sumatera Utara
LC-294
(11) Faktor pengotor, Rd
0,00321710,79105,75621710,79105,7562
UUUUR
DC
DCd =
×−
=×−
=
(Pers. (6.13), Kern) Rd hitung = 0,0032 ≥ Rd batas = 0,003, maka spesifikasi cooler dapat diterima
Pressure drop
Fluida panas : sisi tube
(1) Untuk Ret = 291617,6635
f = 0,00014 ft2/in2 (Gbr. 26, Kern)
s = 1
φt = 1
(2) tφsID10105,22
nL2tGf
tΔP⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= (Pers. (7.53), Kern)
(1)(1)) (0,0402)1010(5,22
4)(20)(2)3659,193196((0,00014)tΔP
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅= = 0,1994 psi
(3) Dari Gbr. 27, Kern, 1965 pada diperoleh 2g'
2V= 0,005
psi 08,0
.0,0051
(4).(4)2g'
2V.s
4nrΔP
=
=
=
∆PT = ∆Pt + ∆Pr
= 0,1994 psi + 0,08 psi
= 0,2793 psi
∆Pt yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
Fluida dingin : sisi shell
(1′) Untuk Res = 6433,4308
f = 0,0024ft2/in2 (Gbr. 29, Kern)
φs =1
s = 1
Universitas Sumatera Utara
LC-295
(2′) BL x 12 1N =+
820 x 12 1N =+ = 30 (Pers. (7.43), Kern)
Ds = 29/12 = 2,4167 ft
(3′)
sϕ s. . eD . 1010.22,5
1)(N .sD . 2sG f.
sP+
=∆ (Pers. (7.44), Kern)
(1) (1). (0,0458) . 1010.22,5
(30) (2,4617). . 254)(332767,64 0,0024 sP =∆ = 8,0534 psi
∆Ps yang diperbolehkan ≤ 10 psi (memenuhi)
C.23 Melting Tank (TK-401)
Fungsi : Melelehkan urea yang keluar dari Evaporator II (FE-302)
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar yang dilengkapi
dengan pengaduk dan koil pemanas
Bahan konstruksi: Carbon Steel SA–283 grade C
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi:
Temperatur = 470,15 K
Tekanan = 1 atm
Laju massa = 14967,6400 kg/jam
Densitas larutan = 1333,5562 kg/m3 = 83,2516 lbm/ft3
Faktor keamanan = 20 %
Perhitungan
a. Volume tangki
Volume larutan, Vl = 3kg/m 1333,5562
jam 1 kg/jam 14967,6400 × = 11,2239 m3
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 11,2239 m3 = 13,4686 m3
Universitas Sumatera Utara
LC-296
b. Diameter dan tinggi tangki
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 2 : 3
33
23
2
πD83m 13,4686
D23πD
41m4686,13
HπD41V
=
=
=
Maka: D = 2,2531 m ; H = 3,3797 m
Tinggi cairan dalam tangki = 3797,34686,113
2239,11 x = 2,8164 m =9,2401 ft
c. Tebal tangki
PHidrostatik = ρ x g x l
= 1333,5562 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,816 m = 36,8071 kPa
P0 = Tekanan operasi = 1 atm = 101,3250 kPa
P = 36,8071 kPa + 101,325 kPa = 138,1321 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Maka, Pdesign = (1,05) (138,1321 kPa) = 145,0387 kPa
Joint efficiency = 0,8
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa (Brownell,1959)
Tebal shell tangki silinder :
in 0,0923m 0,0023kPa) 871,2(145,03kPa)(0,8) 42(87218,71
m) (2,2531 kPa) (145,03871,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0923 in + 1/8 in = 1,3423 in
Tebal shell standar yang digunakan = 1,5 in
d. Daya Pengaduk
Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle : 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh:
Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x 2,2531 m = 0,7510 m = 2,4640 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-297
E/Da = 1 ; E = 0,7510 m
L/Da = 1/4 ; L = 1/4 x 0,7510 m = 0,1878 m
W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,7510 m = 0,1502 m
J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 x 2,2531 m = 0,1878 m
dengan : Dt = diameter tangki
Da = diameter impeller
E = tinggi turbin dari dasar tangki
L = panjang blade pada turbin
W = lebar blade pada turbin
J = lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det
Viskositas = 2,6453. 10-2 lbm/ft⋅detik
Bilangan Reynold,
( )μDNρ
N2
aRe =
( )( )( ) 410.9107,12106453,2
24640,212516,83=
−⋅=
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:
c
5a
3T
gρ.D.nK
P = (McCabe,1999)
KT = 6,3 (McCabe,1999)
hp 8956,3ft.lbf/det 5501hpx
.detlbm.ft/lbf 32,17)lbm/ft (83,2516ft) .(2,4640put/det) 6,3.(1P 2
353
=
=
Efisiensi motor penggerak = 80 %
Daya motor penggerak = 8,0
8956,3 = 4,8694 hp
Maka daya motor yang dipilih 5 hp
e. Koil Pemanas
Direncanakan : Koil berupa tube dengan OD = 1 in = 0,0833 ft Diameter lingkar koil (Dk) = 40 in = 3,3333 ft Diameter pengaduk (L) = 0,71 m = 2,3360 ft Diameter dalam tangki (D) = 2,14 m = 7,0081 ft Putaran pengaduk (N) = 1 rps = 3600 putaran perjam (rph)
Universitas Sumatera Utara
LC-298
Densitas campuran (ρ) = 83,2516 lbm/ft3 Viskositas campuran (μ) = 2,6205. 10-2 lbm/ft⋅detik
Konduktivitas termal (k) = 0,2076 btu/jam.ft.0F Kapasitas panas (Cp) = 0,3704 btu/lbm.0F Beban panas (Qco) = 8333378,3181 kJ/jam = 790,3666 btu/jam Temperatur larutan = 197 0C = 386,6 0F Temperatur koil = 200 0C = 392 0F Perbedaan temperatur = 392 0F – 386,6 0F = 5,4 0 Dari fig 20.2 (Kern, 1965), untuk NRe = 1,9107.104, maka nilai j = 60
3/1
kCpµ
= 3/1-2
0,20762,6453.100,3704
× = 0,3614
14,0
wµµ = 1,1
10.3440,110.6205,2
14,0
2
2
=
−
−
hc = 14,03/1
wkCp
Dkj
µµµ
= 0,6678 btu/jam.ft2.0F untuk steam pemanas : hoi = 25 (Timmerhause, 1999) dari Appendix tabel 12, hal.845 (Kern,1965) diperoleh : Rd = 0,003 maka : hd = 1/Rd = 1/0,003 = 333,333
Uc = hoihchoihc
+×
= 256678,025 x 0,6678
+ = 0,6502 btu/jam.ft2.0F
UD = hdUchdUc
+×
= 333,3330,6502333,3336502,0
+× = 0,6489
A = TU
Qs
D ∆×=
5,46489,0 1385,4062
× = 16,2282 ft2
Dari Appendix tabel 10, hal.843 (Kern,1965) diperoleh : tube OD 1 in BWG 18, memiliki surface per linft, ft2 (a1)= 0,2618 ft2/ft Luas permukaan lilitan koil (Ak) = π .Dk.a1 = 2,7402 ft2 Jumlah lilitan koil (n) = A / Ak = 5,9223 = 6 lilitan Panjang koil = A/ π D = 0,6992 ft Jarak antara koil = 2 x OD = 0,1667 ft
C.24 Prilling Tower (TK-402)
Fungsi : Membentuk partikel-partikel urea yang keluar dari
melting tank (TK-401) dengan bantuan udara
pendingin dari air cooler (E-302)
Bentuk : Silinder tegak dengan alas konus dan tutup datar
dilengkapi dengan prills device
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–283 grade C
Universitas Sumatera Utara
LC-299
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi:
Temperatur = 362,45 K
Tekanan = 1 atm
Laju massa udara = 28851 kg/jam
Densitas udara = 362,45 x 314,8
28,851 x 1T x R
BMudara x P=
= 1063,0022 kg/m3 = 66,3614 lbm/ft3
Faktor keamanan = 20 %
Perhitungan
a. Volume tangki
Volume larutan, Vl = 3kg/m 0022,1063
jam 1 kg/jam 88512 ×= 27,1410 m3
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 27,1410 m3 = 32,5693 m3
b. Diameter dan tinggi tangki
Volume prilling tower = volume silinder + volume konus
Volume Silinder
Direncanakan D : Hsilinder = 1 : 4, maka Hsilinder = 4D
Volume silinder silinder2 HπD
41
= , maka volume silider 3πD=
Volume Konus
Sudut Konus = 60 o , maka Hkonus = 0,5D tan 60o
Volume konus konus2 HπD
121
= , maka volume konus (3,0866)πD121 3=
Universitas Sumatera Utara
LC-300
5 inc
θ
c. Tebal tangki
P = 101,325 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Maka, Pdesign = (1,05) (101,325 kPa) = 106,3912 kPa
Joint efficiency = 0,8
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa (Brownell,1959)
Tebal shell tangki silinder :
in 0,0051m 0,0001kPa) 121,2(106,39kPa)(0,8) 42(87218,71
m) (2,1307 kPa) (106,39121,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0051 in + 1/8 in = 0,1301 in
Tebal shell standar yang digunakan = 1/5 in
Tebal konus standar yang digunakan = 1/5 in
d. Prills device
Prills yang digunakan adalah prills dengan diameter 3,5 mm (Walas, 1988)
karena diameter partikel urea yang diharapkan (yang akan dipasarkan) adalah
3 mm. Prills yang berputar dengan kecepatan 1000-5000 rpm (Walas, 1988),
diletakkan di atas prilling tower. Melt urea akan masuk ke prills dan keluar
Volume prilling tower = volume silinder + volume konus
Volume prilling tower 3πD= + (3,0866)πD121 3
32,5693 m3 3πD= + (3,0866)πD121 3
D = 2,1308 m
Hsilinder = 8,5231 m
Hkonus = 1,8453 m
Hshell = 10,3684 m
Universitas Sumatera Utara
LC-301
dari prills dalam bentuk butiran. Diameter bukaan bawah priling tower adalah
5 inc (Perry, 1999).
C.25 Hopper (TK-403)
Fungsi : Menampung partikel urea yang tidak seragam
Bentuk : Silinder tegak dengan alas konus dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–283 grade C
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi:
Temperatur = 362,45 K
Tekanan = 1 atm
Laju massa padatan = 154,2996 kg/jam
Densitas urea padat = 1335 kg/m3
Lama penampungan = 3 jam
Faktor keamanan = 20 %
Perhitungan
a. Volume tangki
Volume larutan, Vl = 3kg/m 1335
jam 1 kg/jam 2996,154 ×= 0,3467 m3
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 0,3467 m3 = 0,4161 m3
b. Diameter dan tinggi tangki
Volume hopper = volume silinder + volume konus
Volume Silinder
Direncanakan D : Hsilinder = 1 : 2, maka Hsilinder = 4D
Volume silinder silinder2 HπD
41
= , maka volume silider 3πD21=
Volume Konus
Sudut Konus = 60 o , maka Hkonus = 0,5D tan 60o
Volume konus konus2 HπD
121
= , maka volume konus (3,0866)πD241 3=
Universitas Sumatera Utara
LC-302
5 inc
θ
c. Tebal tangki
P = 101,325 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Maka, Pdesign = (1,05) (101,325 kPa) = 106,3912 kPa
Joint efficiency = 0,8
Allowable stress = 13700 psia = 93222,6456 kPa
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki silinder :
in 0,0173m 0,0004kPa) 121,2(106,39kPa)(0,8) 562(93222,64
m) (0,6141 kPa) (106,39121,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0173 in + 1/8 in = 1,2673 in
Tebal shell standar yang digunakan = 1/5 in
Tebal konus standar yang digunakan = 1/5 in
C.26 Belt Conveyor I (C-402)
Fungsi : Mengangkut urea padat dari prilling tower (TK-402)
menuju screening (C-403)
Jenis : horizontal belt conveyor
Bahan konstruksi : carbon steel
Jumlah : 1 unit
Volume hopper = volume silinder + volume konus
Volume hopper 3πD21
= + (1,732)πD241 3
0,4161 m3 3πD21
= + (1,732)πD241 3
D = 0,6141 m
Hsilinder = 1,2282 m
Hkonus = 0,0983 m
Universitas Sumatera Utara
LC-303
Kondisi operasi
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Laju alir (W) = 15462,9940 kg/jam = 15,4629 ton/jam
Densitas = 1335 kg/m3 = 83,3418 lb/ft3
Direncanakan (Walas, 1988) :
Jarak angkut = 50 ft = 15,2402 m
Lebar belt = 18 in
Angle = 20 derajat
Inklinasi = 5 derajat
Slope = 69 untuk 100 ft/min bahan
Kecepatan = 300 rpm
• Ukuran konveyor
Velocity (v) = ft/min 100 ton/jam69
ton/jam15,4629 x = 22,4101
ft/minute
Panjang konveyor desain (L) = o5 cosft 50
= 50,1910 ft
Ketinggian konveyor (H) = 50 ft x tan 5o = 4,3744 ft
• Daya conveyor :
P = P horizontal + P vertical + P empty
= (0,4 + L/300).(W/100) + 0.001HW + (vk/100)
k =faktor koreksi dilihat dari Table 5.5c maka k = 0,5
P = P horizontal + P vertical + P empty
= (0,4 + 50,1910/300).(15,4629/100) + (0.001 x 4,3744 x 15,4629) +
(18,4838 x 0,5/100)
= 0,2674 hp
Maka dipakai pompa 1/2 hp
Universitas Sumatera Utara
LC-304
C.27 Screening (C-403)
Fungsi : Mengayak partikel urea yang keluar dari prilling tower (TK-
402) yang diangkut belt conveyor I (C-402) agar mempunyai
diameter partikel yang seragam.
Bentuk : Sieve Tray, Tyler Standart Screen
Bahan konstruksi : Carbon steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Perhitungan :
Umpan padatan urea masuk = 15275,5200 kg/jam
Padatan tertahan di atas ayakan = 15122,7600 kg/jam
Padatan lolos di bawah ayakan = 152,7552 kg/jam
Fraksi terayak (Xi) = 99,0kg/jam 15275,5200kg/jam 15122,7600
umpanpadatan massartahanpadatan te massa
==
Diameter partikel minimum (Dpm) = 3 mm
Sphericity partikel (Φ) = 0,95 (Mccabe, 2001)
Diameter partikel rata-rata, 1263,30,95
0,99 . mm 3
dpm.Xi Dpi ===φ
mm
Dpi = bukaan ayakan + nominal diameter kawat
Ukuran ayakan ditaksir dari tabel A.5-3 Tyler Standart Screen Scale, Geankoplis,
1997. Maka dipakai ayakan dengan spesifikasi :
• ukuran 9 mesh
• bukaan ayakan 3 mm
• nominal diameter kawat 0,9 mm
• Dpi = 3 mm + 0,9 mm = 3,9mm
Universitas Sumatera Utara
LC-305
C.28 Belt Conveyor II (C-404)
Fungsi : Mengangkut urea padat dari screening (C-403) menuju
gudang (TK-404)
Jenis : horizontal belt conveyor
Bahan konstruksi : carbon steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Laju alir (W) = 15462,9940 kg/jam = 15,4629 ton/jam
Densitas = 1335 kg/m3 = 83,3418 lb/ft3
Direncanakan (Walas, 1988) :
Jarak angkut = 50 ft = 15,2402 m
Lebar belt = 18 in
Angle = 20 derajat
Inklinasi = 5 derajat
Slope = 69 untuk 100 ft/min bahan
Kecepatan = 300 rpm
• Ukuran konveyor
Velocity (v) = ft/min 100 ton/jam69
ton/jam15,4629 x = 22,4101
ft/minute
Panjang konveyor desain (L) = o5 cosft 50
= 50,1910 ft
Ketinggian konveyor (H) = 50 ft x tan 5o = 4,3744 ft
• Daya conveyor :
P = P horizontal + P vertical + P empty
= (0,4 + L/300).(W/100) + 0.001HW + (vk/100)
k = faktor koreksi dilihat dari Table 5.5c maka k = 0,5
Universitas Sumatera Utara
LC-306
P = P horizontal + P vertical + P empty
= (0,4 + 50,1910/300).(15,4629/100) + (0.001 x 4,3744 x 15,4629) +
(18,2990 x 0,5/100)
= 0,2674 hp
Maka dipakai pompa 1/2 hp
C.29 Gudang Penyimpanan Urea (TT-404)
Fungsi : Menyimpan produk urea
Bentuk bangunan : Gedung berbentuk persegi-panjang ditutup atap
Bahan konstruksi : Dinding : batu-bata
Lantai : aspal
Atap : asbes
Jumlah : 2 unit
Kondisi ruangan
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Kebutuhan = 7 hari = 168 jam
Produksi urea = 15045,4545 kg/jam
Densitas campuran = 1335 kg/m³
• Perhitungan Desain Karung :
Produk urea dikempeskan sampai datar dan dimasukkan ke dalam karung
besar. Digunakan 1 ikatan/karung memuat 15 kg urea. Diperkirakan dalam
karung tersebut terdapat ruang kosong berisi udara sebanyak 30%.
Volume urea/karung = 3kg/m 1335
kg 15 =0,0112 m3
Volume desain = (1+30 %). (0,0112 m³) = 0,0146 m³
Jumlah ikatan/karung = kg 51
jam kg/jam.168 4545,15045
= 168509,1000 karung = 168510 karung
Volume total karung/bln = 168510 x 0,0146 = 2460,2460 m3
Universitas Sumatera Utara
LC-307
• Perhitungan Desain Bangunan :
Direncanakan gedung berjumlah 2 unit dengan faktor kosong ruangan 20%
dan faktor kosong area jalan dalam gudang 20%
Volume ruang yang dibutuhkan = (1+20%+20%) x 2460,2460 m3
= 3445,9160 m3
Volume tiap gedung = 1/2 x 3445,9160 m3 = 1722,9580 m3
Bangunan diperkirakan dibangun dengan lebar 20 m, dengan tinggi tumpukan
karung 5 m, sehingga :
V = p x l x t
1722,9580 = p.(20).(5)
p = 17,2296 m
Tinggi bangunan direncanakan 2 x tinggi tumpukan bahan baku = 10 m
Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah :
Panjang = 17,2296 m
Lebar = 20 m
Tinggi = 10 m
C.30 Bucket Elevator (C-401)
Fungsi : Mengangkut urea dari Evaporator II ke Mealting Tank.
Jenis : Bucket Elevator
Bahan konstruksi: Malleable cast iron
Jumlah : 1 unit
Laju padatan : 15.204,83 kg/jam = 15,2048 ton/jam Faktor kelonggaran : 12%
Kapasitas total padatan Urea = (1 + 0,12) x 15.204,83 kg/jam
= 17.029,4096 kg/jam = 4,7304 kg/s
Spesifikasi : (Tabel 21-9,Perry,1999)
- Tinggi elevasi = 25 ft = 7,62 m
- Ukuran bucket = 8 × 5½ × 7¾ in
- Jarak antar bucket = 8 in
- Kecepatan putaran = 28 rpm
Universitas Sumatera Utara
LC-308
Perhitungan Daya :
ΔZm 0,07P 0,63= (Timmerhaus, 2003)
Dimana: P = daya (kW) m = laju alir massa (kg/s)
∆Z = tinggi elevator (m)
m = 4,7304 kg/s
∆Z = 25 ft = 7,32 m
Maka kW 1,4927(7,32)) (4,7304 0,07P 0,63 == = 1,3639 hp
C.31 Kompresor Nitrogen (JC–101)
Fungsi : Menaikkan tekanan nitrogen sebelum dimasukkan ke Reaktor (R-
101).
Jenis : Reciprocating compressor
Jumlah : 1 unit
−
×=
−−
1qP1).-(k103,03hp
/)1(
1
2fm1
5
i
kk
PPk
η
(Timmerhaus,2004)
dimana: qfm i = laju alir (ft3/menit)
P1 = tekanan masuk = 1 atm = 2116,224 lbf/ft2
P2 = tekanan keluar = 150 atm = 313282,6 lbf/ft2
k = rasio panas spesifik = 1,4
η = efisiensi kompresor =75 %
Ns = jumlah tahapan kompresi = 1 tahap
Data:
Laju alir massa =32331,7280 kg/jam
campuranρ = 556 kg/m3 = 34,7101 lbm/ft3
Laju alir volum (qfm i) = jammmkg
jamkg / 58,1509/556
/32331,7280 33 =
= 34,2261 ft3/menit = 0,5704 ft3/detik
Universitas Sumatera Utara
LC-309
−
×
×−××
=−−
1313282,62116,224/mnt)ft2261,34(2116,224) (
0,751)(1,44,11003,3hp
4,1/)14,1(3
4
=24,4680 hp.
Jika efisiensi motor adalah 75 %, maka :
P = hp 32,624075,0
24,4680=
Maka dipilih kompresor dengan daya 33 hp
Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :
De = 3,9 (Q)0,45( ρ )0,13 (Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,5704ft3/detik)0,45(34,7101 lbm/ft3) 0,13 = 4,8042 in
Dipilih material pipa commercial steel 5 inci standard weight :
• Diameter dalam (ID) = 5,047 in = 0,4206 ft
• Diameter luar (OD) = 5,563 in = 0,4636 ft
• Luas penampang (A) = 0,139 ft2 (Brownell, 1959)
C.32 Kompresor Hidrogen (JC–102)
Fungsi : Menaikkan tekanan hydrogen sebelum dimasukkan ke reactor (R-
101).
Jenis : Reciprocating compressor
Jumlah : 1 unit
−
×=
−−
1qP1).-(k1003,3hp
/)1(
1
2fm1
4
i
kk
PPk
η
(Timmerhaus,2004)
dimana: qfm i = laju alir (ft3/menit)
P1 = tekanan masuk = 1atm = 2116,224 lbf/ft2
P2 = tekanan keluar = 150 atm =317433,6 lbf/ft2
k = rasio panas spesifik = 1,4
η = efisiensi kompresor =75 %
Ns = jumlah tahapan kompresi = 1 tahap
Data:
Laju alir massa =6726,4346 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LC-310
campuranρ = 693,535 kg/m3 = 43,2962 lbm/ft3
Laju alir volum (qfm i) = jammmkgjamkg / 9,6987
/535,693/6726,4346 3
3 =
= 5,7085 ft3/menit = 0,0951 ft3/detik
−
×
×−××
=−−
12116,224317433,6/mnt)ft7085,5(2116,22) (
0,751)(1,44,11003,3hp
4,1/)14,1(3
4
= 4,0809 hp.
Jika efisiensi motor adalah 75 %, maka :
P = hp 5,441375,0
4,0809=
Maka dipilih kompresor dengan daya 6 hp
Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :
De = 3,9 (Q)0,45( ρ )0,13 (Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,0951ft3/detik)0,45(43,2962 lbm/ft3) 0,13 = 2,2084 in
Dipilih material pipa commercial steel 2,5 inci schedule 40 :
• Diameter dalam (ID) = 2,469 in = 0,2058 ft
• Diameter luar (OD) = 2,875 in = 0,2396 ft
• Luas penampang (A) = 0,0332 ft2 (Brownell, 1959)
C.33 Kompresor Karbondioksida (JC–201)
Fungsi : Menaikkan tekanan karbondioksida sebelum dimasukkan ke Reaktor
(R–201).
Jenis : Reciprocating compressor
Jumlah : 1 unit
−
×=
−−
1qP1).-(k103,03hp
/)1(
1
2fm1
4
i
kk
PPk
η
(Timmerhaus,2004)
dimana: qfm i = laju alir (ft3/menit)
P1 = tekanan masuk = 1 atm = 2116,224 lbf/ft2
P2 = tekanan keluar = 150 atm = 317433,6 lbf/ft2
k = rasio panas spesifik = 1,4
Universitas Sumatera Utara
LC-311
η = efisiensi kompresor =75 %
Ns = jumlah tahapan kompresi = 1 tahap
Data:
Laju alir massa =12625,9980 kg/jam
campuranρ = 269,957 kg/m3 = 16,8529 lbm/ft3
Laju alir volum (qfm i) = jammmkg
jamkg / 46,7704/957,269
/12625,9980 33 =
= 27,5280 ft3/menit = 0,4588 ft3/detik
−
×
×−××
=−−
12116,224317433,6/mnt)ft528,27(2116,224) (
0,751)(1,44,11003,3hp
4,1/)14,1(3
4
= 19,6796 hp.
Jika efisiensi motor adalah 75 %, maka :
P = hp 26,239475,0
19,6796=
Maka dipilih kompresor dengan daya 27 hp
Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :
De = 3,9 (Q)0,45( ρ )0,13 (Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,4588 ft3/detik)0,45(16,8529 lbm/ft3) 0,13 = 3,9652 in
Dipilih material pipa commercial steel 4 inci schedule 80 :
• Diameter dalam (ID) = 21,564 in = 0,3333 ft
• Diameter luar (OD) = 4,5 in = 0,375 ft
• Luas penampang (A) = 0,0884 ft2 (Brownell, 1959)
C.34 Ekspander (JC–103)
Fungsi : Menurunkan tekanan produk amonia sebelum dimasukkan ke flash
drum (F-101).
Jenis : Single stage Expander
Jumlah : 1 unit
ρη )(**P(Kw) 12 ppm −
= (Timmerhaus,2004)
dimana: qfm i = laju alir (kg/s)
Universitas Sumatera Utara
LC-312
P1 = tekanan masuk = 150 atm = 317433,6 psi
P2 = tekanan keluar = 19 atm = 40208,26 psi
η = efisiensi kompresor =85 %
Data:
Laju alir massa = 38150,4624 kg/jam
campuranρ = 26,8749 kg/m3 = 1,6777 lbm/ft3
Laju alir (Q) = jammmkg
jamkg / 1419,5522/6777,1
/38150,4624 33 =
= 835,5168 ft3/menit = 13,9253 ft3/detik
Daya (P) =
−
×
−
1xQxk3,1/)13,1(
1
22 P
PP
P = 541,7762 hp
Jika efisiensi motor adalah 85 %, maka :
P = hp637,38370,85
541,7762=
Besarnya energi yang diperoleh adalah 638 hp
Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :
De = 3,9 (Q)0,45( ρ )0,13 (Timmerhaus,2004)
= 3,9 (13,9253 ft3/detik)0,45(1,6777 lbm/ft3) 0,13 = 13,6455 in
Dipilih material pipa commercial steel 14 inci schedule 60 :
• Diameter dalam (ID) = 12,814 in = 1,0678 ft
• Diameter luar (OD) = 14 in = 1,1667 ft
• Luas penampang (A) = 0,17334 ft2 (Brownell, 1959)
C.35 Kompresor Amonia dan Karbon dioksida (JC – 203)
Fungsi : Menaikkan tekanan amonia dan karbon dioksida sebelum
dimasukkan ke Reaktor (R–201).
Jenis : Reciprocating compressor
Jumlah :1 unit
Universitas Sumatera Utara
LC-313
−
×=
−−
1qP1).-(k103,03hp
/)1(
1
2fm1
5
i
kk
PPk
η
(Timmerhaus,1991)
dimana: qfm i = laju alir (ft3/menit)
P1 = tekanan masuk = 100 atm = 20.8855,1 lbf/ft2
P2 = tekanan keluar = 150 atm = 313.282,6 lbf/ft2
k = rasio panas spesifik = 1,4
η = efisiensi kompresor = 75 %
Data:
Laju alir massa = 8502,3580 kg/jam Campuranρ = 639,0327 kg/m3 = 39,9375 lbm/ft3
Laju alir volum (qfm i) = /jamm 13,3050kg/m 639,735kg/jam 8502,3580 3
3 =
= 7,8311 ft3/menit = 0,1305 ft3/detik
−
×
×−××
=−−
1313.282,6
21.1621,7/mnt)ft (7,8311)lbf/ft (21.1621,70,751)(1,4
4,1103,03hp4,1/)14,1(
325
= 21,5862 hp.
Jika efisiensi motor adalah 75 %, maka :
P = hp 28,781675,0
21,5862=
Maka dipilih kompresor dengan daya 29 hp
Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :
De =3,9(Q)0,45( ρ )0,13 (Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,1305 ft3/detik)0,45(39,9375 lbm/ft3) 0,13
= 2,5190 in
Dipilih material pipa commercial steel 2,5 inci Sch 40:
Diameter dalam (ID) = 6,0650 in = 0,5054 ft
Diameter luar (OD) = 6,6250 in = 0,5521 ft
Luas penampang (A) = 0,2006 ft2 (Geankoplis, 1983)
Universitas Sumatera Utara
LC-314
C.36 Kompresor Amonia (JC – 202)
Fungsi : Menaikkan tekanan amonia sebelum dimasukkan ke Reaktor
(R–201).
Jenis : multistage reciprocating compressor
Jumlah :1 unit
−
×=
−−
1qP1).-(k103,03hp
/)1(
1
2fm1
5
i
kk
PPk
η (Timmerhaus,1991)
dimana: qfm i = laju alir (ft3/menit)
P1 = tekanan masuk = 19 atm = 10.4427,5 lbf/ft2
P2 = tekanan keluar = 150 atm = 313.282,6 lbf/ft2
k = rasio panas spesifik = 1,4
η = efisiensi kompresor = 75 %
Data:
Laju alir massa = 9756,4530 kg/jam Amoniaρ = 159,8 kg/m3 = 9,9760 lbm/ft3
Laju alir volum (qfm i) = /jam61,0541mkg/m 159,8
kg/jam 9756,4530 33 =
= 35,9351 ft3/menit = 0,5989 ft3/detik
−
×
×−××
=−−
1313.282,6
2.116,224/mnt)ft (35,9351))lbf/ft (2.116,2240,751)(1,4
4,1103,03hp4,1/)14,1(
325
= 25,6897 hp.
Jika efisiensi motor adalah 75 %, maka :
P = hp 34,252975,0
25,6897=
Maka dipilih kompresor dengan daya 35 hp
Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :
De =3,9(Q)0,45( ρ )0,13 (Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,5989 ft3/detik)0,45(9,9760 lbm/ft3) 0,13
= 4,1758 in
Dipilih material pipa commercial steel 5 inci Sch 80:
• Diameter dalam (ID) = 4,8130 in = 0.4011 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-315
• Diameter luar (OD) = 5,5630 in = 0,4636 ft
• Luas penampang (A) = 0,1263 ft2
C.37 Pompa Keluaran Reaktor Urea (J-201)
Fungsi : Memompa larutan urea keluar dari reaktor (R-201)
menuju KO drum (F-201)
Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan = 150 atm
Temperatur = 182oC = 455,15 K
Laju alir massa (F) = 30884,8094 kg/jam = 18,9135 lbm/s
Densitas (ρ) = 609,667 kg/m3 = 38,0617 lbm/ft3
Viskositas (µ) = 0,09232 cP = 0,0000622 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, === 3m
m
ft/lb 38,0617/seclb 18,9135
ρFQ 0,4969 ft3/s
Desain pompa :
Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Walas,1988)
= 3,9 (0,4969)0,45 (38,0617)0,13
= 4,5693 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel :
Ukuran nominal : 5 in
Schedule number : 40
Diameter Dalam (ID) : 5,047 in = 0,4206 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-316
Diameter Luar (OD) : 5,563 in = 0,4636 ft
Inside sectional area : 4,300 in2 = 0,1389 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A = 2
3
13890,/ 0,4969
ftsft = 3,5749 ft/s
Bilangan Reynold : NRe = µ××ρ Dv
= bm/ft.s 0,000062
)0,4206)(/3,5749)(/ 38,0617( 3
lftsftftlbm
= 919612,3336 (turbulen) ; Nre > 2100
Untuk pipa commercial steel, harga ε = 0,000046 (Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 919612,3336 dan ε/D = 0,000358
Sehingga harga f = 0,0039
Friction loss :
1 Sharp edge entrance= hc = 0,55α2
12
1
2 vAA
−
= 0,55 ( ) ( )( )174,32123,574901
2
− = 0,1092 ft,lbf/lbm
3 elbow 90° = hf = n,Kf,cg
v.2
2
= 3(0,75) ( )( )174,32123,57492
= 0,4469 ft,lbf/lbm
1 check valve = hf = n,Kf,cg
v.2
2
= 1(2,0) ( )( )174,32123,57492
= 7,6935 ft,lbf/lbm
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4fcgD
vL.2.. 2∆
= 4(0,0039)( )( )
( ) ( )174,32.2.0,12823,5749.30 2
= 0,2210 ft,lbf/lbm
1 Sharp edge exit = hex = cg
vAA
..21
22
2
1
α
−
= ( ) ( )( )174,32123,574901
2
− = 0,1986 ft,lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
LC-317
Total friction loss : ∑ F = 1,3729 ft,lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
( ) ( ) 021 12
122
12
2 =+∑+−
+−+− sWFPPzzgvvρα
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2
P1 = 150 atm
P2 = 1 atm
∆Z = 5 ft
Maka :
( ) 0/. 3729,138,0617
150- 1 20./.174,32
/174,320 2
2
=++++ sWlbmlbfftftslbflbmft
sft
Ws = - 27,4583 ft,lbf/lbm
Effisiensi pompa , η= 80 %
Ws =- η xWp
- 27,4583 = -0,80 x Wp
Wp = 34,3228 ft,lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= ( )( ) ft.lbf/s 550HP 1 x ft.lbf/lbm 34,3228lbm/s
360045359,018,9135
×
= 1,1803 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 1/4 hp
C.38 Pompa Keluaran KO drum-I (J-202)
Fungsi : Memompa larutan urea keluar dari KO drum (F-201)
menuju LPD (S-201)
Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Jumlah : 1 unit
Universitas Sumatera Utara
LC-318
Kondisi operasi :
Tekanan = 150 atm
Temperatur = 190oC = 463,15 K
Laju alir massa (F) = 24707,8500 kg/jam = 15,1308 lbm/s
Densitas (ρ) = 622,1436 kg/m3 = 38,8407 lbm/ft3
Viskositas (µ) = 3,0076 cP = 0,0020 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, === 3m
m
ft/lb 38,8407/seclb 15,1308
ρFQ 0,3896 ft3/s
Desain pompa :
Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Walas,1988)
= 3,9 (0,3896)0,45 (38,8407)0,13
= 4,1061 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel :
Ukuran nominal : 5 in
Schedule number : 40
Diameter Dalam (ID) : 5,047 in = 0,4206 ft
Diameter Luar (OD) : 5,563 in = 0,4636 ft
Inside sectional area : 4,300 in2 = 0,1389 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A = 2
3
13890,/ 0,3896
ftsft = 2,8026 ft/s
Bilangan Reynold : NRe = µ××ρ Dv
= bm/ft.s 0,0020
)0,4206)(/2,8026)(/ 38,8405( 3
lftsftftlbm
= 22650,9139 (turbulen) ; Nre > 2100
Universitas Sumatera Utara
LC-319
Untuk pipa commercial steel, harga ε = 0,000046 (Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 22650,9139 dan ε/D = 0,000358
Sehingga harga f = 0,0054
Friction loss :
1 Sharp edge entrance= hc = 0,55α2
12
1
2 vAA
−
= 0,55 ( ) ( )( )174,32122,802601
2
− = 0,0671 ft,lbf/lbm
3 elbow 90° = hf = n,Kf,cg
v.2
2
= 3(0,75) ( )( )174,32122,80262
= 0,2746 ft,lbf/lbm
1 check valve = hf = n,Kf,cg
v.2
2
= 1(2,0) ( )( )174,32122,80262
= 0,2441 ft,lbf/lbm
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4fcgD
vL.2.. 2∆
= 4(0,0054)( )( )
( ) ( )174,32.2.0,12822,8026.30 2
= 0,1881 ft,lbf/lbm
1 Sharp edge exit = hex = cg
vAA
..21
22
2
1
α
−
= ( ) ( )( )174,32122,802101
2
− = 0,1221 ft,lbf/lbm
Total friction loss : ∑ F = 0,8960 ft,lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
( ) ( ) 021 12
122
12
2 =+∑+−
+−+− sWFPPzzgvvρα
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2
P1 = 150 atm
P2 = 20 atm
Universitas Sumatera Utara
LC-320
∆Z = 20 Ft
Maka :
( ) 0/. 8960,038,8406
150- 20 20./.174,32
/174,320 2
2
=++++ sWlbmlbfftftslbflbmft
sft
Ws = - 27,5490 ft,lbf/lbm
Effisiensi pompa , η= 80 %
Ws =- η xWp
- 27,5490 = -0,80 x Wp
Wp = 34,4363 ft,lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= ( )( ) ft.lbf/s 550HP 1 x ft.lbf/lbm 34,4363lbm/s
360045359,015,1308
×
= 0,9474 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 hp
C.39 Pompa Keluaran LPD (J-203)
Fungsi : Memompa larutan urea keluar dari LPD menuju KO
drum-II (F-202)
Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan = 20 atm
Temperatur = 70oC = 343,15 K
Laju alir massa (F) = 24707,8500 kg/jam = 15,1308 lbm/s
Densitas (ρ) = 730,2383 kg/m3 = 45,5889 lbm/ft3
Viskositas (µ) = 0,6473 cP = 0,00043 lbm/ft,s
Universitas Sumatera Utara
LC-321
Laju alir volumetrik, === 3m
m
ft/lb 45,5889/seclb 15,1308
ρFQ 0,3319 ft3/s
Desain pompa :
Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Walas,1988)
= 3,9 (0,3319)0,45 (45,5889)0,13
= 3,9009 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel :
Ukuran nominal : 4 in
Schedule number : 40
Diameter Dalam (ID) : 4,026 in = 0,3355 ft
Diameter Luar (OD) : 4,500 in = 0,3745 ft
Inside sectional area : 3,7100 in2 = 0,0884 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A = 2
3
08840,/ 0,3319
ftsft = 3,7545 ft/s
Bilangan Reynold : NRe = µ××ρ Dv
= bm/ft.s 0,00043
)0,3355)(/3,7545)(/ 45,5889( 3
lftsftftlbm
= 132020,8772 (turbulen) ; Nre > 2100
Untuk pipa commercial steel, harga ε = 0,000046 (Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 132020,8772 dan ε/D = 0,000358
Sehingga harga f = 0,0043
Friction loss :
1 Sharp edge entrance= hc = 0,55α2
12
1
2 vAA
−
Universitas Sumatera Utara
LC-322
= 0,55 ( ) ( )( )174,32123,754501
2
− = 0,1204 ft,lbf/lbm
3 elbow 90° = hf = n,Kf,cg
v.2
2
= 3(0,75) ( )( )174,32123,75452
= 0,4929 ft,lbf/lbm
1 check valve = hf = n,Kf,cg
v.2
2
= 1(2,0) ( )( )174,32123,75452
= 0,4381 ft,lbf/lbm
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4fcgD
vL.2.. 2∆
= 4(0,0043)( )( )
( ) ( )174,32.2.0,33553,7545.30 2
= 0,3369 ft,lbf/lbm
1 Sharp edge exit = hex = cg
vAA
..21
22
2
1
α
−
= ( ) ( )( )174,32123,754501
2
− = 0,2191 ft,lbf/lbm
Total friction loss : ∑ F = 1,6075 ft,lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
( ) ( ) 0
21 12
122
12
2 =+∑+−
+−+− sWFPPzzgvvρα
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2
P1 = 20 atm
P2 = 20 atm
∆Z = 20 ft
Maka :
( ) 0/. 6075,145,5889
20- 20 20./.174,32
/174,320 2
2
=++++ sWlbmlbfftftslbflbmft
sft
Ws = - 21,6075 ft,lbf/lbm
Effisiensi pompa , η= 80 %
Ws =- η xWp
- 21,6075 = -0,80 x Wp
Universitas Sumatera Utara
LC-323
Wp = 27,0093 ft,lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= ( )( ) ft.lbf/s 550HP 1 x ft.lbf/lbm 27,0093lbm/s
360045359,015,1308
×
= 0,7430 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 hp
C.40 Pompa Keluaran KO drum-II (J-301)
Fungsi : Memompa larutan urea keluar dari KO drum-II (F-
202) menuju Evaporator-I (FE-301)
Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan = 20 atm
Temperatur = 70oC = 343,15 K
Laju alir massa (F) = 19815,6914 kg/jam = 12,1349 lbm/s
Densitas (ρ) = 636,022 kg/m3 = 39,7070 lbm/ft3
Viskositas (µ) = 0,621 cP = 0,00041 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, === 3m
m
ft/lb 39,7070/seclb 12,1349
ρFQ 0,3056 ft3/s
Desain pompa :
Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Walas,1988)
= 3,9 (0,3056)0,45 (39,7070)0,13
= 3,6918 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel :
Universitas Sumatera Utara
LC-324
Ukuran nominal : 4 in
Schedule number : 40
Diameter Dalam (ID) : 4,026 in = 0,3355 ft
Diameter Luar (OD) : 4,500 in = 0,3745 ft
Inside sectional area : 3,7100 in2 = 0,0884 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A = 2
3
08840,/ 0,3056
ftsft = 3,4571 ft/s
Bilangan Reynold : NRe = µ××ρ Dv
= bm/ft.s 0,00041
)0,3355)(/3,4571)(/ 39,7070( 3
lftsftftlbm
= 110364,8799 (turbulen) ; Nre > 2100
Untuk pipa commercial steel, harga ε = 0,000046 (Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 110364,8799 dan ε/D = 0,000358
Sehingga harga f = 0,0044
Friction loss :
1 Sharp edge entrance= hc = 0,55α2
12
1
2 vAA
−
= 0,55 ( ) ( )( )174,32123,457101
2
− = 0,1022 ft,lbf/lbm
3 elbow 90° = hf = n,Kf,cg
v.2
2
= 3(0,75) ( )( )174,32123,45712
= 0,4179 ft,lbf/lbm
1 check valve = hf = n,Kf,cg
v.2
2
= 1(2,0) ( )( )174,32123,45712
= 0,3715 ft,lbf/lbm
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4fcgD
vL.2.. 2∆
= 4(0,0044)( )( )
( ) ( )174,32.2.0,33553,4571.30 2
= 0,2923 ft,lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
LC-325
1 Sharp edge exit = hex = cg
vAA
..21
22
2
1
α
−
= ( ) ( )( )174,32123,457101
2
− = 0,1857 ft,lbf/lbm
Total friction loss : ∑ F = 1,3695 ft,lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
( ) ( ) 021 12
122
12
2 =+∑+−
+−+− sWFPPzzgvvρα
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2
P1 = 20 atm
P2 = 1 atm
∆Z = 20 ft
Maka :
( ) 0/. 3695,139,7070
20- 1 20./.174,32
/174,320 2
2
=++++ sWlbmlbfftftslbflbmft
sft
Ws = - 21,8659 ft,lbf/lbm
Effisiensi pompa , η= 80 %
Ws =- η xWp
- 21,8659 = -0,80 x Wp
Wp = 27,3324 ft,lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= ( )( ) ft.lbf/s 550HP 1 x ft.lbf/lbm 27,3324lbm/s
360045359,012,1349
×
= 0,6030 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 hp
Universitas Sumatera Utara
LC-326
C.41 Pompa Keluaran Evaporator-I (J-302)
Fungsi : Memompa larutan urea keluar dari evaporator-I (FE-
301) menuju evaporator-II (FE-302)
Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan = 1 atm
Temperatur = 70oC = 343,15 K
Laju alir massa (F) = 17534,9672 kg/jam = 10,7382 lbm/s
Densitas (ρ) = 691,076 kg/m3 = 43,1441 lbm/ft3
Viskositas (µ) = 2,8 cP = 0,001882 lbm/ft,s
Laju alir volumetrik, === 3m
m
ft/lb 43,1441/seclb 10,7382
ρFQ 0,2488 ft3/s
Desain pompa :
Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Walas,1988)
= 3,9 (0,2488)0,45 (43,1441)0,13
= 3,4025 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel :
Ukuran nominal : 4 in
Schedule number : 40
Diameter Dalam (ID) : 4,026 in = 0,3355 ft
Diameter Luar (OD) : 4,500 in = 0,3745 ft
Inside sectional area : 3,7100 in2 = 0,0884 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A = 2
3
08840,/ 0,2488
ftsft = 2,8203 ft/s
Universitas Sumatera Utara
LC-327
Bilangan Reynold : NRe = µ××ρ Dv
= bm/ft.s 0,001881
)0,3355)(/2,8203)(/ 43,1441( 3
lftsftftlbm
= 21695,2195 (turbulen) ; Nre > 2100
Untuk pipa commercial steel, harga ε = 0,000046 (Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 21695,2195 dan ε/D = 0,000358
Sehingga harga f = 0,0058
Friction loss :
1 Sharp edge entrance= hc = 0,55α2
12
1
2 vAA
−
= 0,55 ( ) ( )( )174,32122,820301
2
− = 0,0679 ft,lbf/lbm
3 elbow 90° = hf = n,Kf,cg
v.2
2
= 3(0,75) ( )( )174,32122,82032
= 0,2781 ft,lbf/lbm
1 check valve = hf = n,Kf,cg
v.2
2
= 1(2,0) ( )( )174,32122,82032
= 0,2472 ft,lbf/lbm
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4fcgD
vL.2.. 2∆
= 4(0,0058)( )( )
( ) ( )174,32.2.0,33552,8203.30 2
= 0,9734 ft,lbf/lbm
1 Sharp edge exit = hex = cg
vAA
..21
22
2
1
α
−
= ( ) ( )( )174,32122,820301
2
− = 0,1236 ft,lbf/lbm
Total friction loss : ∑ F = 0,9734 ft,lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
( ) ( ) 021 12
122
12
2 =+∑+−
+−+− sWFPPzzgvvρα
(Geankoplis,1997)
Universitas Sumatera Utara
LC-328
dimana : v1 = v2
P1 = 20 atm
P2 = 20 atm
∆Z = 20 ft
Maka :
( ) 0/. 9734,043,1440
20- 20 20./.174,32
/174,320 2
2
=++++ sWlbmlbfftftslbflbmft
sft
Ws = - 20,9734 ft,lbf/lbm
Effisiensi pompa , η= 80 %
Ws =- η xWp
- 20,9734 = -0,80 x Wp
Wp = 26,2168 ft,lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= ( )( ) ft.lbf/s 550HP 1 x ft.lbf/lbm 26,2168lbm/s
360045359,010,7382
×
= 0,5118 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 hp
C.42 Pompa Keluaran Evaporator-II (J-303)
Fungsi : Memompa larutan urea keluar dari evaporator-II (FE-
302) menuju melting tank (TK-401)
Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan = 20 atm
Temperatur = 70oC = 343,15 K
Laju alir massa (F) = 15249,8200 kg/jam = 9,4491 lbm/s
Densitas (ρ) = 619,9332 kg/m3 = 38,7026 lbm/ft3
Viskositas (µ) = 2,7 cP = 0,001814 lbm/ft,s
Universitas Sumatera Utara
LC-329
Laju alir volumetrik, === 3m
m
ft/lb 38,7026/seclb 9,4491
ρFQ 0,2441 ft3/s
Desain pompa :
Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Walas,1988)
= 3,9 (0,2441)0,45 (38,7026)0,13
= 3,3259 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel :
Ukuran nominal : 3,5 in
Schedule number : 40
Diameter Dalam (ID) : 3,548 in = 0,2956 ft
Diameter Luar (OD) : 4,000 in = 0,3333 ft
Inside sectional area : 2,4635 in2 = 0,0687 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A = 2
3
06870,/0,2441
ftsft = 3,3259 ft/s
Bilangan Reynold : NRe = µ××ρ Dv
= bm/ft.s 0,001814
)0,2956)(/3,3259)(/ 38,7026( 3
lftsftftlbm
= 22413,8122 (turbulen) ; Nre > 2100
Untuk pipa commercial steel, harga ε = 0,000046 (Geankoplis, 1997)
Pada NRe = 22413,8122 dan ε/D = 0,000358
Sehingga harga f = 0,006
Friction loss :
1 Sharp edge entrance= hc = 0,55α2
12
1
2 vAA
−
= 0,55 ( ) ( )( )174,32123,553701
2
− = 0,1079 ft,lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
LC-330
3 elbow 90° = hf = n,Kf,cg
v.2
2
= 3(0,75) ( )( )174,32123,5537 2
= 0,4416 ft,lbf/lbm
1 check valve = hf = n,Kf,cg
v.2
2
= 1(2,0) ( )( )174,32123,5537 2
= 0,3925 ft,lbf/lbm
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4fcgD
vL.2.. 2∆
= 4(0,0064)( )( )
( ) ( )174,32.2.0,29563,5537.30 2
= 0,5098 ft,lbf/lbm
1 Sharp edge exit = hex = cg
vAA
..21
22
2
1
α
−
= ( ) ( )( )174,32123,553701
2
− = 0,1963 ft,lbf/lbm
Total friction loss : ∑ F = 1,6482 ft,lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
( ) ( ) 021 12
122
12
2 =+∑+−
+−+− sWFPPzzgvvρα
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2
P1 = 20 atm
P2 = 20 atm
∆Z = 20 ft
Maka :
( ) 0/. 6482,138,7026
20- 20 20./.174,32
/174,320 2
2
=++++ sWlbmlbfftftslbflbmft
sft
Ws = - 22,6223 ft,lbf/lbm
Effisiensi pompa , η= 80 %
Ws =- η xWp
- 22,6223 = -0,80 x Wp
Wp = 28,2779 ft,lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
LC-331
Daya pompa : P = m x Wp
= ( )( ) ft.lbf/s 550HP 1 x ft.lbf/lbm 28,2779lbm/s
360045359,09,4491
×
= 0,4858 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 hp
C.43 Blower (B-301)
Fungsi : memompa udara dingin dari priling tower (TK-402) ke air
cooler (E-302) ke proses
Jenis : blower sentrifugal
Jumlah : 5 unit
Bahan konstruksi : carbon steel
Kondisi operasi :
P = 101,325 kPa
T = 62,63 oC
Laju alir udara = 1000 kmol/jam
Untuk 1 blower = 200 kmol/jam
Laju alir volum gas Q = kPa 01,3251
K) (335,78 x K) .Pa/mol3m (8,314 x kmol/jam) 200(
= 5.510,3378 m3 /jam.
Daya blower dapat dihitung dengan persamaan,
33000Qefisiensi144P ××
= (Perry, 1997)
Efisiensi blower, η berkisar 40 – 80 %; diambil 70 %
Sehingga,
330005.510,33780,7144P ××
= = 16,8316 hp
Maka dipilih blower dengan daya 17 hp.
C.44 Blower Nitrogen (B-101)
Universitas Sumatera Utara
LC-332
Fungsi : memompa nitrogen dari tangki penyimpanan (TK-101) ke
Reaktor Amonia (R-101)
Jenis : blower sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : carbon steel
Kondisi operasi :
P = 15.198,75 kPa
T = 30 oC
Laju alir Hidrogen = 1121,0724 kmol/jam
Laju alir volum gas Q =kPa 15.198,75
K) (303,15 x K) .Pa/mol3m (8,314 x kmol/jam) 1121,07(
= 185,9060 m3 /jam
Daya blower dapat dihitung dengan persamaan,
33000Qefisiensi144P ××
= (Perry, 1997)
Efisiensi blower, η berkisar 40 – 80 %; diambil 70 %
Sehingga,
33000 185,90600,7144P ××
= = 0,5679 hp
Maka dipilih blower dengan daya 1 hp.
C.45 Blower Hidrogen (B-102)
Fungsi : memompa hidrogen dari tangki penyimpanan (TK-102) ke
Reaktor Amonia (R-101)
Jenis : blower sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : carbon steel
Universitas Sumatera Utara
LC-333
Kondisi operasi :
P = 15.198,75 kPa
T = 30oC
Laju alir Nitrogen = 3.363,2200 kmol/jam
Laju alir volum gas Q =kPa 15.198,75
K) (303,15 x K) .Pa/mol3m (8,314 x kmol/jam) 3.363,22(
= 557,718 m3 /jam
Daya blower dapat dihitung dengan persamaan,
33000Qefisiensi144P ××
= (Perry, 1997)
Efisiensi blower, η berkisar 40 – 80 %; diambil 70 %
Sehingga,
33000557,7180,7144P ××
= = 1,7036 hp
Maka dipilih blower dengan daya 2 hp.
C.46 Blower Karbon dioksida (B-201)
Fungsi : memompa karbondioksida dari tangki penyimpanan
(TK-201) ke Reaktor Urea (R-201)
Jenis : blower sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : carbon steel
Kondisi operasi :
P = 15.198,75 kPa
T = 30 oC
Laju alir Karbon dioksida = 286,9545 kmol/jam
Laju alir volum gas Q =kPa 15.198,75
K) (303,15 x K) .Pa/mol3m (8,314 x kmol/jam) 286,955(
= 47,5853 m3 /jam
Universitas Sumatera Utara
LC-334
Daya blower dapat dihitung dengan persamaan,
33000Qefisiensi144P ××
= (Perry, 1997)
Efisiensi blower, η berkisar 40 – 80 %; diambil 70 %
Sehingga,
3300047,58530,7144P ××
= = 0,1454 hp
Maka dipilih blower dengan daya ½ hp.
Universitas Sumatera Utara
LC-335
LAMPIRAN D
PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS
1. Screening (SC)
Fungsi : Menyaring partikel-partikel padat yang besar
Jenis : Bar screen
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Stainless steel
Dari Physical-Chemical Treatment of Water and Wastewater, diperoleh:
Ukuran bar:
Lebar = 5 mm
Tebal = 20 mm
Bar clear spacing = 20 mm
Slope = 30°C
Kondisi operasi:
- Temperatur = 30°C
- Densitas air (ρ) = 996,24 kg/m3 (Perry &Green,1999)
- Laju alir massa (F) = 35585,6557 kg/jam
- Laju alir volume (Q) = 3kg/m 996,24s jam/3600 1 x kg/jam 35585,6557 = 0,0099 m3/s
Direncanakan ukuran screening:
Panjang = 4 m
Lebar = 4 m 4 m
4 m
40 mm
40 m
Gambar LD-1 Spesifikasi screening
Universitas Sumatera Utara
LC-336
Misalkan, jumlah bar = x
Maka ;
40x + 40 (x + 1) = 4000
80x = 3960
x = 49,5 ≈ 50 buah
Luas bukaan (A2) = 20 x (50 + 1) x (2000) = 2.040.000 mm2 = 2,04 m2
Asumsi, Cd = 0,6 dan 30% screen tersumbat
Head loss (∆h) = 22
2
22
2d
2
(2,04) (0,6) (9,8) 2) (0,0099
A C g 2Q
=
= 3,3560 x 10-6 m dari air
2. Bak Sedimentasi (BS)
Fungsi : untuk mengendapkan lumpur yang terikut dengan air.
Jumlah : 1 unit
Jenis : Grift Chamber Sedimentation
Aliran : Horizontal sepanjang bak sedimentasi
Bahan kontruksi : beton kedap air
Kondisi operasi :
Temperatur = 30 oC
Tekanan = 1 atm
Densitas air = 996,24 kg/m3 = 62,1950 lbm/detik
Laju alir massa (F) = 35585,6557 kg/jam = 21,7923 lbm/detik
Debit air/laju alir volumetrik, 3m
m
/ftlb62,1950/detiklb 21,7923
ρFQ ==
= 0,3504 ft3/s = 0,0099 m3/s
Desain Perancangan :
Universitas Sumatera Utara
LC-337
Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif (Kawamura, 1991)
Perhitungan ukuran tiap bak
Kecepatan pengendapan 0,1 mm pasir adalah (Kawamura, 1991)
0υ = 1,57 ft/min atau 8 mm/s
Desain diperkirakan menggunakan spesifikasi :
Kedalaman tangki = 12 ft
Lebar tangki = 6 ft
Kecepatan aliran = ft/min3504,0ft10ft x 6/minft 21,0232
AQv
3
t
===
Desain panjang ideal bak : L = K
0υh v (Kawamura, 1991)
dengan : K = faktor keamanan = 1,5
h = kedalaman air efektif ( 10 – 16 ft); diambil 12 ft.
Maka : L = 1,5 x (12/1,57) x 0,3504 = 6,0257 ft
Diambil panjang bak = 6 ft
Uji desain :
Waktu retensi (t) : etriklaju volum
nggilebar x ti x panjangQVat ==
min/ft 0,3504
ft 6x 4ftx ft 10 3= = 13,6992 menit
Desain diterima ,dimana t diizinkan 6 – 15 menit (Kawamura, 1991)
Surface loading : airmasukan permukaan luas
etriklaju volumAQ=
233
gpm/ft 5531,6ft 4ft x 6
)gal/ft (7,481/min ft 21,0232==
Universitas Sumatera Utara
LC-338
Desain diterima ,dimana surface loading diizinkan diantara 4-10 gpm/ft2
Headloss (∆h); bak menggunakan gate valve, full open (16 in) :
∆h = 2g
VxK 2
ft 105915,8)m/s .(9,8 2
ft)] m/3,2808 s).(1 min/60 1 .(ft/min [21,0232 x 12,0 62
2−== x
3. Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01)
Fungsi : Membuat larutan alum [Al2(SO4)3]
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–283 grade C
Jumlah : 1 unit
Data:
Kondisi pelarutan : Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30 % (% berat)
Laju massa Al2(SO4)3 = 1,7793 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 30 % = 1363 kg/m3 = 85,0889 lbm/ft3 (Perry & Green,1999)
Kebutuhan perancangan = 30 hari
Faktor keamanan = 20 %
Perhitungan ukuran Tangki :
Volume larutan, 3l kg/m13630,3hari30jam/hari24kg/jam7793,1V
×××
=
= 3,1330 m3
Volume tangki, Vt = 1,2 × 3,1330 m3
= 3,7596 m3
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 :3
Universitas Sumatera Utara
LC-339
33
23
2
πD83m3,7596
D23πD
41m 3,7596
HπD41V
=
=
=
Maka: Dt = 1,4725 m ; Ht = 2,2088 m
Tinggi cairan dalam tangki = silindervolume
silindertinggixcairanvolume
= )7596,3(
)2088,2)(1330,3( = 1,8407 m
Tebal Dinding Tangki
Tekanan hidrostatik
Phid = ρx g x l
= 1363 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,8407m
= 24,5863 kPa
Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa
Poperasi = 24,5863 kPa + 101,325 kPa = 125,9113 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Maka, Pdesign = (1,05) (125,9113 kPa)
= 132,2069 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownell & Young,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,7140 kPa (Brownell & Young,1959)
Tebal shell tangki:
in0550,014m00,069kPa)1,2(132,20kPa)(0,8) 142(87.218,7
m) (1,4725 Pa)(132,2069k1,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0550 in + 1/8 in = 0,18 in
Tebal shell standar yang digunakan = 0,5 in (Brownell &Young,1959)
Universitas Sumatera Utara
LC-340
Daya Pengaduk
Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle : 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh:
Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x 1,4725 m = 0,4908 m
E/Da = 1 ; E = 0,4908 m
L/Da = ¼ ; L = ¼ x 0,4908 m = 0,1227 m
W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,4908 m = 0,0982 m
J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 x 1,4725 m = 0,1227 m
dengan :
Dt = diameter tangki
Da = diameter impeller
E = tinggi turbin dari dasar tangki
L = panjang blade pada turbin
W = lebar blade pada turbin
J = lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det
Viskositas Al2(SO4)3 30 % = 6,72⋅10-4 lbm/ft⋅detik ( Othmer, 1967)
Bilangan Reynold, ( )μDNρ
N2
aRe = (Geankoplis, 2003)
( )( )( ) 54
2
Re 102836,3106,72
1,6103185,0889N x=⋅
= −
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:
c
5a
3T
gρ.D.nK
P = (Mc Cabe et.al., 1999)
KT = 6,3 (Mc Cabe et.al., 1999)
Universitas Sumatera Utara
LC-341
Hp3281,0ft.lbf/det 5501Hp x ft.lbf/det4301,180
.detlbm.ft/lbf 32,174)lbm/ft (85,0889ft) .(1,6103put/det) (1 6,3P 2
353
=
=
=
Efisiensi motor penggerak = 80 %
Daya motor penggerak = 80,0
`3281,0= 0,4101 hp
Maka daya motor yang dipilih ½ hp
4. Tangki Pelarutan Soda Abu (Na2CO3) (TP-02)
Fungsi : Membuat larutan soda abu (Na2CO3)
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–283 grade C
Jumlah : 1 unit
Data :
Kondisi pelarutan : Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Na2CO3 yang digunakan = 27 ppm
Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 % (% berat)
Laju massa Na2CO3 = 0,9608 kg/jam
Densitas Na2CO3 30 % = 1327 kg/m3 = 82,845 lbm/ft3 (Perry & Green, 1999)
Kebutuhan perancangan = 30 hari
Faktor keamanan = 20 %
Perhitungan Ukuran Tangki :
Volume larutan, 3l kg/m13270,3hari30jam/hari24kg/jam0,9608V
×××
=
= 0,5213 m3
Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,5213 m3
= 0,6265 m3
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 :3
Universitas Sumatera Utara
LC-342
33
23
2
πD83m0,6265
D23πD
41m 0,6265
HπD41V
=
=
=
Maka: D = 0,8099 m ; H = 1,2149 m
Tinggi cairan dalam tangki = silindervolume
silindertinggixcairanvolume
= )6265,0(
)2149,1)(5213,0( = 1,0124 m
Tebal Dinding Tangki
Tekanan hidrostatik
Phid = ρx g x l
= 1327 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,0124 m
= 13,1657 kPa
Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa
Poperasi = 13,1657 kPa + 101,325 kPa = 114,4907 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Maka, Pdesign = (1,05) (114,4907 kPa)
= 120,2153 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownell & Young,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa (Brownell & Young,1959)
Tebal shell tangki:
in 0,0275m 0,0007kPa) 531,2(120,21kPa)(0,8) 42(87218,71
m) 0,8099 ( kPa) (120,21531,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0275 in + 1/8 in = 0,1525 in
Tebal shell standar yang digunakan = ½ in (Brownell & Young,1959)
Universitas Sumatera Utara
LC-343
Daya Pengaduk
Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle : 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh:
Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x 0,8099 m = 0,2700 m = 0,8857 ft
E/Da = 1 ; E = 0,27 m
L/Da = ¼ ; L = ¼ x 0,27 m = 0,0675 m
W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,27 m = 0,0540 m
J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 x 0,8099 m = 0,0675 m
dengan :
Dt = diameter tangki
Da = diameter impeller
E = tinggi turbin dari dasar tangki
L = panjang blade pada turbin
W = lebar blade pada turbin
J = lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det
Viskositas Na2CO3 30 % = 3,69⋅10-4 lbm/ft⋅detik (Othmer, 1967)
Bilangan Reynold, ( )μDNρ
N2
aRe = (Geankoplis, 2003)
( )( )( ) 54
2
Re 107613,1103,690,8857182,845N x=
⋅= −
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:
c
5a
3T
gρ.D.nK
P = (Mc Cabe et.al., 1999)
KT = 6,3 (Mc Cabe et.al., 1999)
hp0161,0ft.lbf/det 5501hp x ft.lbf/det 8427,8
.detlbm.ft/lbf 32,174)lbm/ft (82,845ft) 3,2808(0,27put/det) 6,3.(1P 2
353
=
=
×=
Universitas Sumatera Utara
LC-344
Efisiensi motor penggerak = 80 %
Daya motor penggerak = 80,0
0161,0= 0,0201 hp
Maka daya motor yang dipilih ¼ hp.
5. Clarifier (CL)
Fungsi : Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena
penambahan alum dan soda abu
Tipe : External Solid Recirculation Clarifier
Bentuk : Circular desain
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C
Data:
Laju massa air (F1) = 35585,6557 kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3 (F2) = 1,7793 kg/jam
Laju massa Na2CO3 (F3) = 0,9608 kg/jam
Laju massa total, m = 35588,3958 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 = 1363 kg/m3 (Perry & Green, 1999)
Densitas Na2CO3 = 1327 kg/m3 (Perry & Green, 1999)
Densitas air = 996,24 kg/m3 (Perry & Green, 1999)
Reaksi koagulasi:
Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O → 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2
Perhitungan:
Dari Metcalf & Eddy, 1984, diperoleh :
Untuk clarifier tipe upflow (radial):
Kedalaman air = 3-10 m
Settling time = 1-3 jam
Dipilih : kedalaman air (H) = 3 m, waktu pengendapan = 1 jam
Diameter dan Tinggi clarifier
Universitas Sumatera Utara
LC-345
Densitas larutan,
( )
13279608,0
13637793,1
24,99635585,6557
9608,07793,1 35585,6557
++
++=ρ
ρ = 996,2201 kg/m3 = 996,2201 gr/cm3
Volume cairan, V = 33 7234,35
kg/m 2201,9961/ 35588,3958 mjamjamkg
=×
V = 1/4πD2H
D = m3,8948514,3
7243,354)4(2/1
2/1 =
×
×=
HV
π
Maka, diameter clarifier = 3,8948 m
Tinggi clarifier = 1,5 D = 5,8421 m
Tebal Dinding Tangki
Tekanan hidrostatik
Phid = ρ x g x l
= 996,2601 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3 m
= 29290,8672 Pa = 29,2908 kPa
Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa
Poperasi = 29,2908 kPa + 101,325 kPa = 130,6159 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Maka, Pdesign = (1,05) (130,6159 kPa) = 137,1467 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownell & Young,1959)
Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa (Brownell & Young,1959)
Tebal shell tangki:
in 1509,0m 0038,0kPa) 671,2(137,14kPa)(0,8) 142(87.218,7
m) (3,8948 kPa) (137,14671,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,1509 in + 1/8 in = 0,2759 in
Universitas Sumatera Utara
LC-346
Desain torka yang diperlukan untuk operasi kontinu yang diperlukan untuk
pemutaran (turnable drive) :
T, ft-lb = 0,25 D2 LF (Azad, 1976)
Faktor beban (Load Factor) : 30 lb/ft arm (untuk reaksi koagulasi sedimentasi )
Sehingga : T = 0,25 [(3,8948 m).(3,2808 ft/m) ]2.30
T = 1224,5682 ft-lb
Daya Clarifier
P = 0,006 D2 (Ulrich, 1984)
dimana: P = daya yang dibutuhkan, kW
Sehingga,
P = 0,006 × (3,8948)2 = 0,0910 kW = 0,1221 hp
Dipilih daya ½ hp
6. Sand Filter (SF-01)
Fungsi : Menyaring partikel – partikel yang masih terbawa dalam air
yang keluar dari clarifier
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah : 1 unit
Data :
Kondisi penyaringan : Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Laju massa air = 35585,6557 kg/jam
Densitas air = 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
Tangki filter dirancang untuk penampungan ¼ jam operasi.
Direncanakan volume bahan penyaring =1/3 volume tangki
Ukuran Tangki Filter
Volume air, 3a kg/m996,24jam0,25 kg/jam 35585,6557V ×
= = 8,93 m3
Universitas Sumatera Utara
LC-347
Volume total = 4/3 x 8,93 m3 = 11,9067 m3
Faktor keamanan 5 %, volume tangki = 1,05 x 11,9067 m3 = 12,5020 m3
Volume silinder tangki (Vs) = 4
. 2 HsDiπ
Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 3 : 1
Vs = 4.3 3Diπ
12,5020 m3 = 4.3 3Diπ
Di = 1,9969 m; H = 5,9907 m
Tinggi penyaring = ¼ x 5,9907 m = 1,4977 m
Tinggi cairan dalam tangki = silindervolume
silindertinggixcairanvolume
= m5,9907xm12,5020
m93,83
3
= 4,2791 m
Perbandingan tinggi tutup tangki dengan diameter dalam adalah 1 : 4
Tinggi tutup tangki = ¼ x1,9969) = 0,4992 m
Tekanan hidrostatis :
Phid = ρx g x l
= 996,24 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 4,2791 m
= 43,8664 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa
Poperasi = 43,8664 kPa + 101,325 kPa = 145,1914 kPa
Maka, Pdesign = (1,05) x (145,1914 kPa) = 152,4510 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownell & Young,1959)
Allowable stress = 12,650 psia = 87218,714 kP (Brownell & Yong,1959)
Tebal shell tangki :
Universitas Sumatera Utara
LC-348
in0860,0m 0022,0kPa) 0,6(152,4510kPa)(0,8) 4(87.218,71
m)9969,1( kPa) (152,4510,6P0SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,086 in + 1/8 in = 0,2110 in
Digunakan standart ½ in
7. Menara Air (MA)
Fungsi : Menampung air sementara dari Sand Filter (SF)
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283, Grade C
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi:
Temperatur = 300C
Tekanan = 1 atm
Laju massa air = 35585,6557 kg/jam
Densitas air = 996,24 kg/m3 (Geankoplis, 1997)
Kebutuhan perancangan = 3 jam
Faktor keamanan = 20%
Desain Tangki
a. Volume tangki
Volume air, 3a kg/m996,24
jam3kg/jam 35585,6557V ×= = 107,1599 m3
Volume tangki, Vt = 1,2 × 107,1599 m3 = 128,5919 m3
b. Diameter tangki
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3
Universitas Sumatera Utara
LC-349
33
23
2
πD83m 128,5919
23
41128,5919
41
=
=
=
DDm
HDV
π
π
Maka, D = 5,1490 m
H = 6,1788 m
c. Tebal tangki
Tinggi air dalam tangki = m 6,1788 128,5919m
m107,15993
3
× = 5,1490 m
Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h
= 996,24 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 5,1490 m
= 50,2702 kPa
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa
P = 50,2702 kPa + 101,325 kPa = 151,1750 kPa
Faktor kelonggaran = 5%
Maka, Pdesign = (1,05) × (157,1750 kPa) = 159,1750 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87.218,714 kPa (Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
in 0,2312m 0,0059kPa) (159,17501,2(0,8)kPa) 4(87.218,712
m) (5,1490 kPa) (159,17501,2P2SE
PDt
==×−××
×=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,2312 in + 1/8 in = 0,3565 in
Tebal shell standar yang digunakan = 1/2 in (Brownell,1959)
Universitas Sumatera Utara
LC-350
8. Menara Pendingin / Water Cooling Tower (CT)
Fungsi : Mendinginkan air pendingin bekas dari temperatur 30°C
menjadi 60°C
Jenis : Mechanical Draft Cooling Tower
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–53 Grade B
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Suhu air masuk menara (TL2) = 60°C = 140°F
Suhu air keluar menara (TL2) = 30°C = 86°F
Suhu udara (TG1) = 28°C = 82,4°F
Dari kurva kelembaban, diperoleh H = 0,022 kg uap air/kg udara kering
Dari Gambar 12-14, Perry, 1999, diperoleh konsentrasi air = 2,3 gal/ft2⋅menit
Densitas air (60°C) = 993,6067 kg/m3 (Geankoplis, 2003)
Laju massa air pendingin = 477233,4203 kg/jam
Untuk tiap unit = kg/jam95446,68415
3477233,420=
Laju volumetrik air pendingin = 95446,6841 / 993,6067
= 96,0608 m3/jam
Kapasitas air, Q = 96,0608 m3/jam × 264,17 gal/m3 / 60 menit/jam
= 422,9398 gal/menit
Faktor keamanan = 20%
Luas menara, A = 1,2 x (kapasitas air/konsentrasi air)
= 1,2 x (422,9398 gal/menit)/(2,3 gal/ft2. menit)
= 220,6643 ft2
Laju alir air tiap satuan luas (L) = )ms).(1 ).(3600ft (220,6643
ft) 08jam).(3,28 kg/jam).(1 1(95446,68422
2
= 1,2933 kg/s.m2
Perbandingan L : G direncanakan = 5 : 6
Universitas Sumatera Utara
LC-351
Sehingga laju alir gas tiap satuan luas (G) = 1,5519 kg/s.m2
Perhitungan tinggi menara :
Dari Pers. 9.3-8, Geankoplis, 1997 :
Hy1 = (1,005 + 1,88H) (T°C – 0) + 2501,4H
Hy1 = (1,005 + 1,88 x 0,022).103 (30 – 0) + 2,501.106 (0,022)
= 84,3200.103 J/kg
Dari Pers. 10.5-2, Geankoplis, 1997 :
G (Hy2 – Hy1) = LCL (TL2 – TL1)
1,5519 (Hy2 – 86,4128.103) = 1,2933 (4,187.103).(60-30)
Hy2 = 188,995.103 J/kg
Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT) Ketinggian menara, z = G . (Geankoplis, 2003) M.kG.a.P
Tabel LD.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin
Hy x 103 Hy* x 103 (Hy* - Hy) x 103 1/ (Hy*-Hy) x 103
150 180 30 0,0333
0,0000
100,0000
200,0000
300,0000
400,0000
500,0000
600,0000
10,0000 30,0000 50,0000 70,0000
enta
pi.1
0^-3
suhu
garis kesetimbangan
garis operasi
∫ −
2
1*
Hy
Hy HyHydHy
Universitas Sumatera Utara
LC-352
170 220 50 0,0200
210 330 120 0,0083
245 462 217 0,046
Gambar LD.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*– Hy)
Luasan daerah di bawah kurva dari pada Gambar LD.3: ∫ −
2
1*
Hy
Hy HyHydHy = 1,0054
Estimasi kG.a = 1,207.10-7 kg.mol /s.m3 (Geankoplis, 1997).
Maka ketinggian menara , z = )10x(1,013x)10x(1,207x29
1,4575x1,551957−
= 4,4004 m
Diambil performance menara 90%, maka dari Gambar 12-15, Perry & Green, 1999,
diperoleh tenaga kipas 0,03 Hp/ft2.
Daya yang diperlukan = 0,03 Hp/ft2 × 220,6643 ft2 = 6,6199 hp
Digunakan daya standard 7 hp
9. Penukar Kation/Cation Exchanger (CE)
Fungsi : Mengurangi kesadahan air
0,0000
0,0050
0,0100
0,0150
0,0200
0,0250
0,0300
0,0350
100,0000 150,0000 200,0000 250,0000 300,0000
1/(h
y*-h
y)
hy
Universitas Sumatera Utara
LC-353
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi operasi :
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Laju massa air = 6698,4179 kg/jam = 4,1020 lbm/detik
Densitas air = 996,24 kg/m3 (Perry & Green, 1999)
Kebutuhan perancangan = 1 jam
Faktor keamanan = 20 %
Perhitungan:
Ukuran Cation Exchanger :
Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh:
o Diameter penukar kation = 2 ft-6 in = 0,6096 m
o Luas penampang penukar kation = 4,91 ft2
o Tinggi resin dalam cation exchanger = 3,8110 ft = 1,1616 m
Tinggi silinder = 1,2 × 3,8110 ft = 4,5732 ft = 1,3939 m
Diameter tutup = Diameter tangki = 0,6096 m
D : H = 4 : 1
Tinggi tutup = m 1524,0 m) 6096,0(41
=x
Tinggi tangki total = 1,3939+ 2 (0,1524) = 1,6987 m
Tebal dinding tangki :
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Maka,
Pdesign = (1,05) (101,325) = 106,3913 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownell & Young,1959)
Universitas Sumatera Utara
LC-354
Allowable stress = 12,650 psia = 87,218,714 kP (Brownell & Young,1959)
Tebal shell tangki:
in 0,0183m 0,0005kPa) 131,2(106,39kPa)(0,8) 142(87.218,7
m) (0,6096 kPa) (106,39131,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Tebal shell yang dibutuhkan = 0,0183 in + 1/8 in = 0,1433 in
Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup
1/4 in.
10. Penukar Anion/Anion Exchanger (AE)
Fungsi : Mengikat anion yang terdapat dalam air umpan ketel
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi operasi :
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Laju massa air = 6698,4179 kg/jam
Densitas air = 996,24 kg/m3 (Perry & Green, 1999)
Kebutuhan perancangan = 1 jam
Faktor keamanan = 20 %
Perhitungan
Ukuran Anion Exchanger :
Universitas Sumatera Utara
LC-355
Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh:
o Diameter penukar anion = 2 ft-6 in = 0,6096 m
o Luas penampang penukar anion = 4,91 ft2
o Tinggi resin dalam penukar anion = 2,8638 ft = 0,8729 m
o Tinggi silinder = 1,2 × 2,8638 ft = 3,4366 ft = 1,0475 m
Diameter tutup = Diameter tangki = 0,6096 m
D : H = 4 : 1
Tinggi tutup = m 1524,0 m) 6096,0(41
=x
Tinggi tangki = 1,0475+ 2(0,1524) = 1,3523 m
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Maka, Pdesign = (1,05) (101,325) = 106,3913 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownell & Young,1959)
Allowable stress = 12,650 psia = 87,218,714 kP (Brownell & Young,1959)
Tebal shell tangki:
in 0,0183m 0,0005kPa) 131,2(106,39kPa)(0,8) 142(87.218,7
m) (0,6096 kPa)(106,39131,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0183 in + 1/8 in = 0,1433 in
Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in.
Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup
¼ in.
11 .Tangki Utilitas (TU)
Fungsi : Menampung air dari menara air untuk keperluan air
domestik
Universitas Sumatera Utara
LC-356
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, Grade C.
Jumlah : 1 Unit
Kondisi operasi : Temperatur = 30 0C
Tekanan = 1 atm
a. Volume tangki
Laju alir massa air = 551,5035 kg/jam
Densitas air (ρ) = 996,24 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3 (Perry, 1997)
Tangki dirancang untuk kebutuhan selama 1 hari
Volume air, (Va) = 3kg/m996,24jam/hari24xkg/jam5035,551
= 13,2860 m3/hari
Faktor keamanan tangki = 20%, maka :
Volume tangki = 1,2 x 13,2860 m3 = 15,9432 m3
b. Diameter dan tebal tangki
− Volume silinder tangki (Vs)
Vs = 4
HsDiπ 2
(Brownell & Young, 1959)
Dimana : Vs
Di = Diameter dalam silinder (ft)
Hs = Tinggi tangki silinder (ft)
Ditetapkan : Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki
Hs : Di = 4 : 3
Maka : Vs = ( )4
432 DiDiπ
Di = )3/1(
3,143 15,943216
×
× = 2,5675 m
Hs = 3,0810 m
− Tinggi cairan dalam tangki
Volume silinder = 15,9432 m3
Volume cairan = 13,2860 m3
Universitas Sumatera Utara
LC-357
Diameter silinder = 2,5675 m
Tinggi cairan dalam tangki = 2,5675 m
P Hidrostatis = 995,680 x 9,8 x 2,5675 = 25,0688 kPa
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa
P = 25,0688 kPa + 101,325 kPa = 126,3918 kPa
Faktor keamanan untuk tekanan = 5%
P desain = 1,05 x 126,3918 kPa
= 132,7114 kPa
− Direncanakan digunakan bahan konstruksi carbon steel, SA-283, Grade C.
Dari Brownell & Young, item 4, Apendix D, 1979, diperoleh data :
• Allowable working stress (s) = 12650 psi
• Efisiensi sambungan (E) = 0,85
• Faktor korosi = 1/8 in (Timmerhaus, 1980)
• Umur tangki (n) = 10 tahun
Tebal dinding silinder tangki :
t = P2,1SE2
PD−
t = ) 132,7114(2,1)8,0)(87218,714(2
)5675,2)( 132,7114(−
t = 0,0024 m
t = 0,0962 in Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0962 in + 1/8 in = 0,2212 in
Dari Tabel 5.4 Brownell & Young, 1979, dipilih tebal tangki standar ½ in.
12. Tangki Pelarutan H2SO4 (TP-03)
Fungsi : Membuat larutan asam sulfat
Jumlah : 1 Unit
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240 Grade S
Kondisi pelarutan : Temperatur = 30°C
Universitas Sumatera Utara
LC-358
Tekanan = 1 atm
H2SO4 yang digunakan mempunyai konsentrasi 50 % (% berat)
Laju massa H2SO4 = 50,9262 kg/hari
Densitas H2SO4 (50 %) = 1414,840 kg/m3 = 88,326 lbm/ft3 (Perry, 1997)
Kebutuhan perancangan = 30 hari
Faktor keamanan = 20 %
Ukuran Tangki
Volume larutan, 3l kg/m1414,8400,05
hari30kg/hari50,9262V×
×= = 21,5966 m3
Volume tangki, Vt = 1,2 × 21,5966 m3 = 25,9159 m3
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 3 : 4
33
23
2
πD31m25,9159
D34πD
41m 25,9159
HπD41V
=
=
=
Maka:
D = 2,9146 m ; H = 3,8862 m
Tinggi larutan H2SO4 dalam tangki = ( )2
3
2,9146π41
m21,5966 = 3,2385 m
Tebal Dinding Tangki
Tekanan hidrostatik
Phid = ρ x g x l
= 1414,840 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,2385 m
= 44,9032 kPa
Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa
Poperasi = 44,9032 kPa + 101,325 kPa = 146,2282 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %. Maka, Pdesign = (1,05) (146,2282 kPa) = 153,5396 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownell, 1959)
Allowable stress = 13.700 psia = 94.458,212 kPa (Brownell, 1959
Tebal shell tangki:
Universitas Sumatera Utara
LC-359
in 0,1264 m 0,0032
kPa) 961,2(153,53kPa)(0,8) 142(87.218,7m) (2,9146 kPa) (153,5396
1,2P2SEPDt
==
−=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,1264 in + 1/8 in = 0,2514 in
Daya Pengaduk Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle : 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh:
Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x 2,9164 m = 0,9715 m
E/Da = 1 ; E = 0,9715 m
L/Da = ¼ ; L = 1/4 x 0,9715 = 0,2429 m
W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,9715 m = 0,1943 m
J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 x 2,9164 m = 0,2429 m
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det
Viskositas H2SO4 5 % = 0,012 lbm/ft⋅detik (Othmer, 1967)
Bilangan Reynold,
( )μDNρN
2a
Re = (Geankoplis, 1983)
( )( ) 56124,92920,012
)3,2808 (0,9715166,29N2
Re =×
=
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:
c
5a
3T
gρ.D.nK
P = (McCabe, 1999)
KT = 6,3 (McCabe, 1999)
hp7,7650ft.lbf/det 5501Hp x ft.lbf/det4270,7691
.detlbm.ft/lbf 32,174)lbm/ft (66,29ft) 3,2808.(0,9715put/det) (1 6,3P 2
353
=
=
×=
Universitas Sumatera Utara
LC-360
Efisiensi motor penggerak = 80 %
Daya motor penggerak = 8,0
7,7650= 9,7063 hp
Maka dipilih motor penggerak 10 hp.
13. Tangki Pelarutan NaOH (TP-04)
Fungsi : Tempat membuat larutan NaOH
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Carbon Steel, SA-283, grade C
Kondisi operasi:
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
NaOH yang dipakai berupa larutan 50 % (% berat) (Perry & Green, 1999)
Laju alir massa NaOH = 1,5945 kg/ jam
Densitas larutan NaOH 4% = 1518 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3
Kebutuhan perancangan = 30 hari
Faktor keamanan = 20%
Perhitungan ukuran Tangki :
Volume larutan, (V1) =)kg/m(0,5)(1518
hari)30jam/hari)(jam)(24kg/ (1,59453 = 1,5124 m3
Volume tangki = 1,2 x 1,5124 m3 = 1,8148 m3
D : H = 2 : 3
Universitas Sumatera Utara
LC-361
33
23
2
πD83m 1,8148
D23πD
41m 1,8148
HπD41V
=
=
=
Maka: D = 1,3323 m ; H = 1,9834 m
Tinggi cairan dalam tangki = 9834,18148,15124,1 x = 1,6528 m
Tebal tangki :
Tekanan hidrostatik
P = ρx g x h
= 1518 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,6528 m
= 24,5884 kPa
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa
P = 24,5884 kPa + 101,325 kPa = 125,9134 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Maka, Pdesign = (1,05) (125,9134 kPa) = 132,2091 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownell & Young,1959)
Allowable stress = 12650 psia = 87218,714 kPa (Brownell & Young,1959)
Tebal shell tangki:
in0494,0m 0013,0kPa) 911,2(132,20kPa)(0,8) 142(87.218,7
m) (1,3223 kPa) (132,20911,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0494 in + 1/8 in = 0,1744 in
Tebal shell standar yang digunakan = ½ in (Brownell & Young,1959)
Daya Pengaduk
Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller
Universitas Sumatera Utara
LC-362
Jumlah baffle : 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh:
Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x 1,3223 m = 0,4408 m = 1,4462 ft
E/Da = 1 ; E = 0,4408 m
L/Da = 1/4 ; L = 1/4 x 0,4408 m = 0,1102 m
W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,4408 m = 0,0882 m
J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 x 0,4408 m = 0,1102 m
dengan :
Dt = diameter tangki
Da = diameter impeller
E = tinggi turbin dari dasar tangki
L = panjang blade pada turbin
W = lebar blade pada turbin
J = lebar baffle
N = 1 putaran/det
Viskositas NaOH 4% = 4,302 x 10-4 lbm/ft.det (Othmer, 1967)
Bilangan Reynold :
( )μDNρ
N2
aRe = (Geankoplis, 2003)
( )( )( ) 54
2
Re 10x6064,410302,4
0,44081 94,7662N =⋅
= −
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:
c
5a
3T
gρ.D.nK
P = ( McCabe,1999)
KT = 6,3 (McCabe,1999)
hp2133,0ft.lbf/det 5501hp x
.detlbm.ft/lbf 32,174)lbm/ft (94,7662ft) .(1,4462put/det) 6,3.(1P 2
353
==
Efisiensi motor penggerak = 80 %
Daya motor penggerak = 75,0
2133,0 = 0,2667 hp
Maka daya motor yang dipilih 1/2 hp
Universitas Sumatera Utara
LC-363
14. Tangki Pelarutan Kaporit [Ca(ClO)2] (TP-05)
Fungsi : Membuat larutan kaporit [Ca(ClO)2]
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA–283 grade C
Kondisi operasi:
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Ca(ClO)2 yang digunakan = 2 ppm
Ca(ClO)2 yang digunakan berupa larutan 70 % (% berat)
Laju massa Ca(ClO)2 = 0,0016 kg/jam
Densitas Ca(ClO)2 70 % = 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3 (Perry & Green, 1999)
Kebutuhan perancangan = 90 hari
Faktor keamanan = 20 %
Ukuran Tangki :
Volume larutan, 3kg/m1272,70hari9024jam/harikg/jam0,0016
×××
=lV = 0,0039 m3
Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,0039 m3 = 0,0047 m3
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 2 : 3
33
23
2
83m0047,0
23
41m0047,0
41
D
DD
HDV
π
π
π
=
=
=
Maka: D = 0,1582 m ; H = 0,2372 m
Tinggi cairan dalam tangki = )0047,0(
)2372,0)(0039,0( = 0,1977 m
Tebal tangki :
Tekanan hidrostatik
P = ρ x g x l
Universitas Sumatera Utara
LC-364
= 1272 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,1977 m
= 2,4643 kPa
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa
P = 2,4643 kPa + 101,325 kPa = 103,7893 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Maka, Pdesign = (1,05) (103,7893 kPa) = 108,9788 kPa
Joint efficiency = 0,8
Allowable stress = 12,650 psia = 87.218,714 kP a
Tebal shell tangki:
in 0,0049m 0,0001kPa) 881,2(108,97kPa)(0,8) 142(87.218,7
m) (0,11582 kPa)9788,8(101,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0049 in + 1/8 in = 0,1299 in
Tebal shell standar yang digunakan = ½ in
Daya Pengaduk :
Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle : 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1993), diperoleh:
Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x 0,1582 m = 0,0527 m = 0,1729 ft
E/Da = 1 ; E = 0,0527 m
L/Da = ¼ ; L = 1/4 x 0,0527 m = 0,0132 m
W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,0527 m = 0,0105 m
J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 x 0,1582 m = 0,0132 m
dengan :
Dt = diameter tangki
Da = diameter impeller
E = tinggi turbin dari dasar tangki
L = panjang blade pada turbin
W = lebar blade pada turbin
Universitas Sumatera Utara
LC-365
J = lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det
Viskositas kaporit = 6,7197⋅10-4 lbm/ft⋅detik (Othmer, 1967)
Bilangan Reynold,
( )µ
ρ 2
ReaDN
N = (Pers. 3.4-1, Geankoplis, 2003)
( )( )( ) 8562,3534107194,6
1729,014088,794
2
Re =⋅
= −N
NRe < 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:
cRe
5a
3T
gNρ.D.nK
P =
KT = 71
hp 10x3ft.lbf/det 5501hp x
).detlbm.ft/lbf )(32,17(3534,8562)lbm/ft (79,4088ft) .(0,1729put/det) 71.(1P
6
2
353
−=
=
Efisiensi motor penggerak =80 %
Daya motor penggerak = 0,80
10x3 6−
= 0,7 x 10-8 hp
Maka daya motor yang dipilih ½ hp
15. Deaerator (DE)
Fungsi : Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air umpan ketel
Bentuk : Silinder horizontal dengan tutup atas dan bawah elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur = 300C
Tekanan = 1 atm
Kebutuhan : 24 jam
Laju alir massa air : 33492,0894 kg/ jam
Universitas Sumatera Utara
LC-366
Densitas air (ρ) : 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3 (Perry & Green, 1999)
Faktor keamanan : 20 %
Perhitungan Ukuran Tangki :
Volume air, 3a kg/m996,24jam24jamkg/ 33492,0894V ×
= = 806,8439 m3
Volume tangki, Vt = 1,2 × 806,8439 m3 = 968,2127 m3
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki, D : H = 2 : 3
33
23
2
πD83m 968,2127
D23πD
41m 968,2127
HπD41V
=
=
=
Maka: D = 9,3685 m ; H = 14,0527 m
Tinggi cairan dalam tangki = 0527,14968,2127
806,8439 x = 11,7106 m
Diameter dan tinggi tutup :
Diameter tutup = diameter tangki = 9,3685 m
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup, D : H = 4 : 1
Tinggi tutup = m 2,3421 m 9,3685 41
=x (Brownell & Young,1959)
Tinggi tangki total = 14,0527 + 2(2,3421) = 18,7370 m
Tebal tangki :
Tekanan hidrostatik
P = ρ x g x l
= 996,24 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 18,7370 m
= 114,3326 kPa
Tekanan operasi = 101,325 kPa
P = 114,3326 kPa + 101,325 kPa = 215,6576 kPa
Faktor kelonggaran = 5 %
Universitas Sumatera Utara
LC-367
Maka, Pdesign = (1,05) (215,6576 kPa) =226,4405 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownell & Young,1959)
Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kP (Brownell & Young,1959)
Tebal shell tangki:
in5997,0m 0,0152 kPa) 761,2(215,65kPa)(0,8) 142(87.208,7
m)(9,3685 kPa)(215,65761,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,5997 in + 1/8 in = 0,7247 in
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in (Brownell & Young,1959)
16. Tangki Penyimpanan Cairan Dowtherm J (V-15)
Fungsi : Menyimpan cairan Dowtherm J untuk kebutuhan 3 hari
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade B
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Temperatur = - 45 oC
Tekanan = 1 atm
Laju massa Dowtherm J = 535.087,574 kg/jam
Densitas (ρ) = 92,1 kg/m3 (The Dow C. Comp. 1997)
Viskositas (μ) = 0,0011 lbm/ft s = 1,6606 cP (The Dow C. Comp. 1997)
Kebutuhan perancangan = 1 jam
Perhitungan ukuran tangki :
A. Volume tangki
Universitas Sumatera Utara
LC-368
Vlarutan = 3kg/m1,92hari 7jam24kg/jam4535.087,57 ×× = 976,0555 m3
Direncanakan 2 buah tangki, sehingga :
Vlarutan =2
m 6976,055509 3
= 488,0278 m3
Faktor kelonggaran : 20%
Volume tangki, Vt = 1,2 × 488,0278 m3 = 585,6333 m3
B. Diameter dan tinggi tangki
Direncanakan : Tinggi tangki : diameter tangki Hs : D = 3 : 2
Volume tangki (Vt)
Vt = ¼π.D2.Hs
Vt = 3π.D83
585,6333 = 3π.D83
Maka, diameter tangki; D = 7,6483 m
tinggi tangki; Ht = Hs = DDHs ×
= 11,4724 m
C. Tebal shell tangki
Tinggi cairan dalam tangki, h = m 11,4724m585,6333m488,0278
3
3
× = 9,5603 m
Tekanan hidrostatik :
P = ρ × g × h = 900 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 9,5603 = 86,2906 kPa
Tekanan operasi :
Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa
Ptotal = 101,325 kPa + 86,2906 kPa = 187,6156 kPa
Faktor keamanan : 20%
Pdesign = (1,2) (187,6156 kPa) = 196,9964 kPa
Joint efficiency : E = 0,8 (Brownell, 1959)
Allowable stress : S = 17.500 psia = 120.658,248 kPa (Brownell, 1959)
Faktor korosi : C = 1/80 in (Peters, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun
Universitas Sumatera Utara
LC-369
Tebal tangki :
t = n.C1,2.P2.SE
P.D+
−
= in)10.(1/8kPa)9643581,2.(196,9(0,8)kPa)52.(86.184,
in) (301,112kPa)58(196,99643+
−
= 0,5559 in
Tebal standard yang digunakan = 3/4 in (Brownell, 1959)
17. Unit Refrigerasi (V-16) Fungsi : Mendinginkan cairan dowtherm J dari Tangki Penyimpanan Dowterm J
(V-15) pada suhu - 30 oC menjadi - 80 oC
Jenis : Single stage refrigation cycle
Data :
Suhu dowtherm J masuk unit pendingin = - 25 oC = -13 oF = 248,15 K
Suhu dowtherm J keluar unit pendingin = - 45 oC = - 49oF = 228,15 K
Laju alir dowtherm J = 535.080 kg/jam
= 3993,1343 kmol/jam
Perbedaan temperatur minimum = 10 oF (12 oC)
Refrigerant = Tetrafluoroethane (HFC-134a)
Downtherm J = alkylated aromatic
− Kapasitas refrigasi
Kapasitas refrigasi = panas yang diserap chiller
Trata-rata = CK 03515,2382
15,22815,248−=−=
+
Kondensor
Evaporator
Universitas Sumatera Utara
LC-370
Kapasitas panas Downtherm J pada Trata-rata = 1,628 Kj/kg.K
jamkJ
CpdTmQC
/610.270.446)15,22815,248(628,1080.535
=+××=
= ∫
Laju sirkulasi refrigrant
12
C
HQ m
H−=
Pada titik 2, T = (-45-(-12)) = -33 0C(240,15 K)
Cp = 1,598 kJ/kg.K (Dowchemical company)
H2 = Kj/Kg148,614)205298(598,1 =−×=∆TCp
Oleh karena proses throttling 1 4 adalah isentalpi, H1= H4
Pada titik 4, T = -25 +(-12 ) = -370 C = 236,15 K
Cp pada -370C = 1,6 kJ/kg.K (Dowchemical company)
H1 = Kj/Kg98,9600)15,236298(6,1 =−×=∆TCp
m (jumlah refrigerant) = Kg33,839.775.10107,200-148,614
610.270.446
12==
− HHcQ
Menentukan coefficient of performance (COP)
Pada titik 2, T = (-45-(-12)) = -33 0C(240,15 K)
Dari Tabel 2-329 Perry,1997 diperoleh :
P2 = 0,2563 bar
H2 = 206,2243 kJ/kg
S2 = 1,0650 kJ/kg K
Pada titik (4), T = (3,6 + 10) oF = 13,6 oF = 262,9278 K
Dari Tabel 2-329 Perry,1997 diperoleh :
P4 = 1,9885 bar
H4 = 37,9193 kJ/kg
Tahap kompresi reversibel dan adiabatis dari saturated vapour pada langkah 2 ke
Superheated vapour pada langkah 3’.
S’3 = S2 = 1,0650 kJ/kg K
Universitas Sumatera Utara
LC-371
Dari Gambar 2-27 Perry,1997 diperoleh : H’3 = 251,0728 kJ/kg
ΔHs = H’3 – H2
= 251,0728 – 206,2243
= 44,8485 kJ/kg
Efisiensi kompresor : 80% sehingga
H3 – H2 = η
ΔH s = 0632,560,8
44,8485= kJ/kg
Coefficient of performance, ω :
)H(H)H(Hω
23
42
−−
= (Smith,1996)
0632,5637,9193) - (206,2243ω =
= 3,002
18. Tangki Bahan Bakar (V-19)
Fungsi : Tempat penyimpanan bahan bakar.
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C
Jenis sambungan : Single welded butt joints
Jumlah : 2 unit
Kondisi operasi :
Temperatur = 30 oC
Laju volum solar (Q) = 534,8641 liter/jam
Densitas solar (ρ) = 0,89 kg/liter
Kebutuhan perancangan = 7 hari
Perhitungan ukuran tangki :
1. Volume tangki
Universitas Sumatera Utara
LC-372
Vsolar = 534,8641 liter/jam ×24 jam/hari × 7 hari = 89857,16 L = 89,8572 m3
Faktor kelonggaran : 20%
Volume tangki, Vt = 1,2 × 89,8572 m3 = 107,8286 m3
2. Diameter dan tinggi tangki
Direncanakan : Tinggi tangki : diameter tangki Hs : D = 2 : 1
Volume tangki (Vt)
Vt = ¼ π D2 Hs
Vt = 3D π81
107,8286 = 3D π81
Maka, diameter tangki; D = 4,0945 m
tinggi tangki; Ht = Hs = DDHs ×
= 8,1891 m
3. Tebal shell tangki
Tinggi cairan dalam tangki, h = 3
3
m 107,8286m 89,8572
x 8,1891 m = 6,8242 m
Tekanan hidrostatik :
P = ρ × g × h = 890 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 6,8242 m = 59525,6211 Pa
= 59,5256 kPa
Tekanan operasi :
Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa
Ptotal = 101,325 kPa + 59,5256 kPa = 160,8506 kPa
Faktor keamanan : 20%
Pdesign = (1,2) (160,8506 kPa) = 193,0207 kPa
Joint efficiency : E = 0,8 (Brownell, 1959)
Allowable stress : S = 12.650 psia = 87.218,71 kPa (Brownell, 1959)
Faktor korosi : C = 0,0098 in/tahun (Timmerhaus, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun
Tebal shell tangki :
Universitas Sumatera Utara
LC-373
1,2P2SE
PDt−
=
in 0,2233 m 0,0057 kPa) 193,0207 1,2(kPa)(0,8) 142(87.218,7
m) 4,0945 ( kPa) 193,0207 (t
==−
=
Faktor korosi = 1/8 in.
Tebal shell yang dibutuhkan = 0,2233 + 1/8 in = 0,3483 in
Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/2 in (Brownell, 1959)
19. Ketel Uap
Fungsi : menyediakan uap untuk keperluan proses
Jenis : water tube boiler
Bahan konstruksi : carbon steel
Kondisi operasi :
Temperatur = 550 0C
Tekanan = 1 atm
Dari steam table, Recklaitis 1983, diperoleh panas steam :
Superheated steam pada 1 atm, 5500C, Hv(5500) = 3596,5 kJ/kg (Smith, 2001)
Saturated steam pada 1 atm, 3000C, HV(3000C) = 2751 kJ/kg (Smith, 2001)
HL(3000C) = 1345,1 kJ/kg (Smith, 2001)
λ = [H(550oC) – Hv(300oC)]+ [Hv(300oC) – Hl(300oC)]
λ = [3596,5 - 2751] + [2751 - 1345,1]
λ = 2251,4 kJ/kg = 922,0266 Btu/lbm
Kebutuhan uap = 25763,4457 kg/jam = 56798,9720 lbm/jam
Perhitungan:
Menghitung Daya Ketel Uap
H,P,W 3970534 ××
=
Universitas Sumatera Utara
LC-374
dimana: P = daya boiler, hp
W = kebutuhan uap, lbm/jam
H = kalor laten steam, Btu/lbm
Maka,
3,9705,340266,92256798,9720
××
=P = 1564,4397 hp
Menghitung Jumlah Tube
Luas permukaan perpindahan panas, A = P × 10 ft2/hp
= 1564,4397 hp × 10 ft2/hp
= 15644,3966 ft2
Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi:
- Panjang tube, L =20 ft
- Diameter tube = 8 in
- Luas permukaan pipa, a′ = 2,258 ft2/ft (Kern, 1965)
Sehingga jumlah tube,
258,220 15644,3966
' ×=
×=
aLANt = 346,4215 ≈ 347 buah.
20. Pompa Screening (PU-01)
Fungsi : Memompa air dari sungai ke bak pengendapan
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi :
- Temperatur = 30°C
- Densitas air (ρ) = 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
- Viskositas air (µ) = 0,8360 cP = 2,0225 lbm/ft⋅jam (Geankoplis, 2003)
- Laju alir massa (F) = 35585,6557 kg/jam = 21,7926 lbm/detik
Universitas Sumatera Utara
LC-375
Debit air/laju alir volumetrik, 3m
m
/ftlb62,1950/detiklb21,7926
ρFQ ==
= 0,3504 ft3/s = 0,0099 m3/s
Penentuan diameter optimum untuk pipa :
Untuk aliran turbulen (Nre >2100), dan De >1 in
De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Walas, 1988)
Untuk aliran laminar , (Nre <2100), dan De < 1 in
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18 (Walas, 1988)
dengan : D = diameter optimum (in) ρ = densitas (lbm/ft3)
Q = laju volumetrik (ft3/s) µ = viskositas (cP)
Asumsi aliran turbulen,
Di,opt = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
= 3,9 × (0,3504)0,45× (62,1950)0,13
= 4,3988 in
Ukuran spesifikasi pipa : (Geankoplis, 2003)
− Ukuran pipa nominal = 4,5 in
− Schedule pipa = 40
− Diameter dalam (ID) = 4,026 in = 0,34 ft
− Diameter luar (OD) = 4,5 in = 0,38 ft
− Luas penampang dalam (At) = 0,0884 ft2
− Bahan konstruksi = Commercial Steel
Kecepatan linier, ft/s9656,3ft08840,
/sft 0,3504AQv 2
3
t
===
Bilangan Reynold, ( ) ( )( )( ) 4Re 107289,14
2,022536000,349656,3062,195
μDvρN x===
Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen.
Untuk pipa commercial steel dan pipa 4,5 in Sc.40, diperoleh : Dε = 0,0011
Universitas Sumatera Utara
LC-376
Dari Fig.2.10-3, Geankoplis,1997 untuk NRe = 147289 dan Dε = 0,0011
diperoleh f = 0,0048
Instalasi pipa:
− Panjang pipa lurus, L1 =30 ft
− 1 buah gate valve fully open ; 13DL = (App. C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,34 = 4,3615 ft
- 3 buah standard elbow 90°; DL = 30 (App. C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,34= 30,195 ft
− 1 buah sharp edge entrance; K= 0,5; DL = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,34 = 4,5293 ft
− 1 buah sharp edge exit; K = 1,0 ; DL = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,34 = 18,45 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 69,0854 ft
Faktor gesekan;
Σ ( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft2413,00,3432,1742
69,08549636,30,0048D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Static head, mfc
/lblbft12ggΔz ⋅=
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
Pressure head, P1 = P2 = 1 atm; 0ρ
ΔP=
mf lblbft /.2413,122413,00012
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
c
2
cf
=+++=
Σ++
∆+=
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-377
Tenaga pompa, ==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ft62,1950lb/sft0,3504 /lbft.lb2413,12
f
3m
3mf
= 0,4850 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
4850,0hp = 0,6063 hp
Digunakan daya pompa standar 1 hp.
21. Pompa Sedimentasi (PU-02)
Fungsi : Memompa air dari bak pengendapan ke clarifier
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi :
- Temperatur = 30°C
- Densitas air (ρ) = 996,24 kg/m3 = 62,1950 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
- Viskositas air (µ) = 0,8360 cP = 2,0225 lbm/ft⋅jam (Geankoplis, 2003)
- Laju alir massa (F) = 35585,6557 kg/jam = 21,7923 lbm/detik
- Debit air/laju alir volumetrik, 3m
m
/ftlb62,1950/detiklb 21,7923
ρFQ ==
= 0,3504 ft3/s = 0,0099 m3/s
Penentuan diameter optimum untuk pipa :
Untuk aliran turbulen (Nre >2100), dan De >1 in
De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Walas, 1988)
Untuk aliran laminar , (Nre <2100), dan De < 1 in
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18 (Walas, 1988)
dengan : D = diameter optimum (in) ρ = densitas (lbm/ft3)
Q = laju volumetrik (ft3/s) µ = viskositas (cP)
Asumsi aliran turbulen,
Universitas Sumatera Utara
LC-378
Di,opt = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
= 3,9 × (0,3504)0,45× (62,195)0,13
= 4,3988 in
Ukuran spesifikasi pipa : (Geankoplis, 2003)
− Ukuran pipa nominal = 4,5 in
− Schedule pipa = 40
− Diameter dalam (ID) = 4,026 in = 0,34 ft
− Diameter luar (OD) = 4,5 in = 0,38 ft
− Luas penampang dalam (At) = 0,0884 ft2
− Bahan konstruksi = Commercial Steel
Kecepatan linier, ft/s9656,3ft08840,
/sft 0,3504AQv 2
3
t
===
Bilangan Reynold, ( ) ( )( )( ) 4Re 107289,14
2,022536000,349656,3062,195
μDvρN x===
Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen.
Untuk pipa commercial steel dan pipa 4,5 in Sc.40, diperoleh : Dε = 0,0011
Dari Fig.2.10-3, Geankoplis,1997 untuk NRe = 147289 dan Dε = 0,0011
diperoleh f = 0,0048
Instalasi pipa:
− Panjang pipa lurus, L1 =30 ft
− 1 buah gate valve fully open ; 13DL = (App. C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,34 = 4,3615 ft
- 3 buah standard elbow 90°; DL = 30 (App. C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,34= 30,195 ft
− 1 buah sharp edge entrance; K= 0,5; DL = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,34 = 4,5293 ft
− 1 buah sharp edge exit; K = 1,0 ; DL = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,34 = 18,45 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-379
Panjang pipa total (ΣL) = 69,0854 ft
Faktor gesekan;
Σ ( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft2413,00,3432,1742
69,08549636,30,0048D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Static head, mfc
/lblbft12ggΔz ⋅=
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
Pressure head, P1 = P2 = 1 atm; 0ρ
ΔP=
mf lblbft /.2413,122413,00012
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
c
2
cf
=+++=
Σ++
∆+=
Tenaga pompa, ==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ft62,1950lb/sft0,3504 /lbft.lb2413,12
f
3m
3mf
= 0,4850 hp
Untuk efisiensi pompa 80 % maka,
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
4850,0hp = 0,6063 hp
Digunakan daya pompa standar 1 hp.
22. Pompa Alum (PU-03)
Fungsi : Memompa larutan alum dari tangki pelarutan ke clarifier
Jenis : Pompa Injeksi
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi :
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-380
- Temperatur = 30°C
- Densitas alum (ρ) = 1363 kg/m3 = 85,0889 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
- Viskositas alum (µ) = 6,72 x 10-4 lbm/ft⋅s = 1 cP (Geankoplis, 2003)
- Laju alir massa (F) = 1,7793 kg/jam = 0,0011 lbm/detik
Debit air/laju alir volumetrik, 3m
m
/ftlb85,0889/detiklb0011,0
ρFQ ==
= 0,000013 ft3/s = 0,0008 ft3/ menit
Penentuan diameter optimum untuk pipa :
Untuk aliran turbulen (Nre >2100), dan De >1 in
De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Walas, 1988)
Untuk aliran laminar , (Nre <2100), dan De < 1 in
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18 (Walas, 1988)
dengan : D = diameter optimum (in) ρ = densitas (lbm/ft3)
Q = laju volumetrik (ft3/s) µ = viskositas (cP)
Asumsi aliran laminar,
Di,opt = 3 × Q0,36 × µ0,18
= 3 × (0,13 x 10-4)0,36× (1)0,18
= 0,014 in
Ukuran spesifikasi pipa : (Geankoplis, 2003)
− Ukuran pipa nominal = 1/8 in
− Schedule pipa = 80
− Diameter dalam (ID) = 0,215 in = 0,018 ft
− Diameter luar (OD) = 0,405 in = 0,03375 ft
− Luas penampang dalam (At) = 0,00025 ft2
− Bahan konstruksi = Commercial steel
Universitas Sumatera Utara
LC-381
Kecepatan linier, ft/s0508,0ft0,00025
/sft 10x0,13AQv 2
3-4
t
===
Bilangan Reynold, ( )( ) 2882,11510 x 6,72
)018,0(0508,085,0889μ
DvρN 4-Re ===
Karena NRe < 2100, maka aliran laminar.
f = Re
16N
= 2882,115
16 = 0,1388
Instalasi pipa:
− Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
− 1 buah gate valve fully open ; 13DL = (App. C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,018 = 0,234 ft
- 3 buah standard elbow 90°; DL = 30 (App. C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,018 = 1,62 ft
− 1 buah sharp edge entrance; K= 0,5; DL = 13 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 32 × 0,018 = 0,288 ft
− 1 buah sharp edge exit; K = 1,0 ; DL = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,018 = 0,99 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 33,132 ft
Faktor gesekan,
Σ ( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft0102,00,01832,1742
33,1320,05080,1388D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 20 ft
Static head, mfc
/lblbft20ggΔz ⋅=
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
Pressure head, P1 = P2 = 1 atm; 0ρ
ΔP=
Universitas Sumatera Utara
LC-382
mf lblbft /.0102,200102,00020
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
c
2
cf
=+++=
Σ++
∆+=
Tenaga pompa, ==550
ρQW-P f
( )( )( ) /s.hpft.lb 550
/ft85,0889lb/sft10x0,13 /lbft.lb20,0102
f
3m
3-4mf
= 0,00004
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
00004,0 hp = 0,00005 hp
Digunakan daya pompa standar 1/4 hp.
23. Pompa Soda Abu (PU-04)
Fungsi : Memompa larutan soda abu dari tangki pelarutan ke clarifier
Jenis : Pompa Injeksi
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi :
- Temperatur = 30°C
- Densitas alum (ρ) = 1327 kg/m3 = 82,845 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
- Viskositas alum (µ) = 3,69 x 10-4 lbm/ft⋅s = 0,5491 cP (Geankoplis, 2003)
- Laju alir massa (F) = 0,9608 kg/jam = 0,0006 lbm/detik
- Debit air/laju alir volumetrik, 3m
m
/ftlb82,845/detiklb0006,0
ρFQ ==
= 0,691x 10-5 ft3/s = 0,4 x 10-3 ft3/ menit
Penentuan diameter optimum untuk pipa :
Untuk aliran turbulen (Nre >2100), dan De >1 in
De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Walas, 1988)
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-383
Untuk aliran laminar , (Nre <2100), dan De < 1 in
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18 (Walas, 1988)
dengan : D = diameter optimum (in) ρ = densitas (lbm/ft3)
Q = laju volumetrik (ft3/s) µ = viskositas (cP)
Asumsi aliran laminar,
Di,opt = 3 × Q0,36 × ρ0,18
= 3 × (0,691 x 10-5)0,36× (5,4910 x 10-1)0,18
= 0,01 in
Ukuran spesifikasi pipa : (Geankoplis, 2003)
− Ukuran pipa nominal = 1/8 in
− Schedule pipa = 80
− Diameter dalam (ID) = 0,269 in = 0,0224 ft
− Diameter luar (OD) = 0,405 in = 0,03375 ft
− Luas penampang dalam (At) = 0,0004 ft2
Kecepatan linier, ft/s0175,0ft0,0004
/sft 10 x 0,691AQv 2
3-5
t
===
Bilangan Reynold, ( )( ) 2249,8810 x 3,69
)0224,0(0175,082,845μ
DvρN 4-Re ===
Karena NRe < 2100, maka aliran laminar.
f = Re
16N
= 2249,8816 = 0,1814
Instalasi pipa:
− Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
− 1 buah gate valve fully open ; 13DL = (App. C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,0224 = 0,2914 ft
- 3 buah standard elbow 90°; DL = 30 (App. C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,0224 = 1,3450 ft
− 1 buah sharp edge entrance; K= 0,5; DL = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,0224 = 0,3026 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-384
− 1 buah sharp edge exit; K = 1,0 ; DL = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,0224 = 1,2329 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 33,132 ft
Faktor gesekan :
Σ ( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft0,0013 0,022432,1742
33,1320,01750,1814D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 20 ft
Static head, mfc
/lblbft20ggΔz ⋅=
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
Pressure head, P1 = P2 = 1 atm; 0ρ
ΔP=
mf lblbft /.0013,200013,00020
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
c
2
cf
=+++=
Σ++
∆+=
Tenaga pompa, ==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ftlb82,845/sft10 x 0,691 /lbft.lb20,0013
f
3m
3-5mf
= 2,1 x 10 -5 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 0,80
10x1,2 5−
hp = 0,27 x 10-4hp
Digunakan daya pompa standar ¼ hp.
24. Pompa Sand Filter (PU-05)
Fungsi : Memompa air dari sand filter ke menara air
Jenis : Pompa sentrifugal
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-385
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi :
- Temperatur = 30°C
- Densitas air (ρ) = 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
- Viskositas air (µ) = 0,8360 cP = 2,0225 lbm/ft⋅jam (Geankoplis, 2003)
- Laju alir massa (F) = 35585,6557 kg/jam = 21,7923 lbm/detik
Debit air/laju alir volumetrik, 3m
m
/ftlb562,19/detiklb21,7923
ρFQ ==
= 0,3504 ft3/s = 0,0099 m3/s
Penentuan diameter optimum untuk pipa :
Untuk aliran turbulen (Nre >2100), dan De >1 in
De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Walas, 1988)
Untuk aliran laminar , (Nre <2100), dan De < 1 in
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18 (Walas, 1988)
dengan : D = diameter optimum (in) ρ = densitas (lbm/ft3)
Q = laju volumetrik (ft3/s) µ = viskositas (cP)
Asumsi aliran turbulen,
Di,opt = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
= 3,9 × (0,3504)0,45× (62,195)0,13
= 4,3988 in
Ukuran spesifikasi pipa : (Geankoplis, 2003)
− Ukuran pipa nominal = 4,5 in
− Schedule pipa = 40
− Diameter dalam (ID) = 4,026 in = 0,34 ft
− Diameter luar (OD) = 4,5 in = 0,38 ft
− Luas penampang dalam (At) = 0,0884 ft2
− Bahan konstruksi = Commercial Steel
Kecepatan linier, ft/s9656,3ft08840,
/sft 0,3504AQv 2
3
t
===
Universitas Sumatera Utara
LC-386
Bilangan Reynold, ( ) ( )( )( ) 4Re 107289,14
2,022536000,349656,3062,195
μDvρN x===
Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen.
Untuk pipa commercial steel dan pipa 4,5 in Sc.40, diperoleh : Dε = 0,0011
Dari Fig.2.10-3, Geankoplis,1997 untuk NRe = 147289 dan Dε = 0,0011
diperoleh f = 0,0048
Instalasi pipa:
− Panjang pipa lurus, L1 =30 ft
− 1 buah gate valve fully open ; 13DL = (App. C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,34 = 4,3615 ft
- 3 buah standard elbow 90°; DL = 30 (App. C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,34= 30,195 ft
− 1 buah sharp edge entrance; K= 0,5; DL = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,34 = 4,5293 ft
− 1 buah sharp edge exit; K = 1,0 ; DL = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,34 = 18,45 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 69,0854 ft
Faktor gesekan;
Σ ( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft2413,00,3432,1742
69,08549636,30,0048D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Static head, mfc
/lblbft12ggΔz ⋅=
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
Pressure head, P1 = P2 = 1 atm; 0ρ
ΔP=
Universitas Sumatera Utara
LC-387
mf lblbft /.2413,122413,00012
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
c
2
cf
=+++=
Σ++
∆+=
Tenaga pompa, ==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ft62,1950lb/sft0,3504 /lbft.lb2413,12
f
3m
3mf
= 0,4850 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
4850,0 hp = 0,6063 hp
Digunakan daya pompa standar 1 hp.
25. Pompa Cation Exchanger (PU-06)
Fungsi : Memompa air dari menara air ke cation exchanger
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi :
- Temperatur = 30°C
- Densitas air (ρ) = 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
- Viskositas air (µ) = 0,8007 cP = 1,9371 lbm/ft⋅jam (Geankoplis, 2003)
- Laju alir massa (F) = 6698,4958 kg/jam = 4,1021 lbm/detik
Debit air/laju alir volumetrik, 3m
m
/ftlb62,195/detiklb1021,4
ρFQ ==
= 0,0660 ft3/s
Penentuan diameter optimum untuk pipa :
Untuk aliran turbulen (Nre >2100), dan De >1 in
De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Walas, 1988)
Untuk aliran laminar , (Nre <2100), dan De < 1 in
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18 (Walas, 1988)
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-388
dengan : D = diameter optimum (in) ρ = densitas (lbm/ft3)
Q = laju volumetrik (ft3/s) µ = viskositas (cP)
Asumsi aliran turbulen,
Di,opt = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
= 3,9 × (0,0660)0,45× (62,195)0,13
= 2,0747 in
Ukuran spesifikasi pipa : (Geankoplis, 2003)
− Ukuran pipa nominal = 2 ½ in
− Schedule pipa = 40
− Diameter dalam (ID) = 2,4690 in = 0,2057 ft
− Diameter luar (OD) = 2,8750 in = 0,2396 ft
− Luas penampang dalam (At) = 0,03322 ft2
Kecepatan linier, ft/s9854,1ft0,03322
/sft 0,0660AQv 2
3
t
===
Bilangan Reynold, ( )( )( )( ) 5Re 105081,0
2,0223736000,20579854,162,195
μDvρN x===
Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen.
Untuk pipa commercial steel dan pipa 2 ½ in Sc.40, diperoleh : Dε = 0,0002
Dari Fig.2.10-3, Geankoplis,1997 untuk NRe = 0,5081 x 105 dan Dε = 0,0002
diperoleh f = 0,005
Instalasi pipa:
− Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
− 1 buah gate valve fully open ; 13DL = (App. C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,2057 = 2,6747 ft
- 3 buah standard elbow 90°; DL = 30 (App. C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,2057 = 18,5173 ft
− 1 buah sharp edge entrance; K= 0,5; DL = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,2057 = 2,7776 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-389
− 1 buah sharp edge exit; K = 1,0 ; DL = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,2057 = 11,3161 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 53,9696 ft
Faktor gesekan :
Σ ( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft0803,00,205732,1742
53,96961,98540,005D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
mf
c
2
cf
/lbft.lb0803,120803,00012
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
=+++=
Σ++
∆+=
Tenaga pompa, ==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ft62,195lb/sft0,0660 /lbft.lb0803,12
f
3m
3mf
= 0,0901 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
0901,0 hp = 0,1126 hp
Digunakan daya pompa standar ½ hp.
26. Pompa ke Menara Pendingin Air (PU-07)
Fungsi : memompa air dari tangki utilitas ke menara pendingin
Jenis : pompa sentrifugal
Jumlah : 1 Unit
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi:
- Temperatur = 30°C
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-390
- Densitas air (ρ) = 996,24 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3 (Perry, 1997)
- Viskositas air (µ) = 0,8007 cP = 1,937 lbm/ft⋅jam (Perry, 1997)
− Laju alir massa (F) = 551,5035 kg/jam = 0,3377 lbm/detik
Laju alir volumetrik, s/m 0,0002 /sft540,00/ftlb62,16/detiklb0,3377
ρFQ 33
3m
m ====
Penentuan diameter optimum untuk pipa :
Untuk aliran turbulen (Nre >2100), dan De >1 in
De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Walas, 1988)
Untuk aliran laminar , (Nre <2100), dan De < 1 in
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18 (Walas, 1988)
dengan : D = diameter optimum (in) ρ = densitas (lbm/ft3)
Q = laju volumetrik (ft3/s) µ = viskositas (cP)
Asumsi aliran turbulen,
Diameter optimum, De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Timmerhaus, 1991)
= 3,9 × (0,0002)0,45 (996,24)0,13
= 0,0171 m = 0,6745 in
Digunakan pipa dengan spesifikasi:
− Ukuran pipa nominal = 1 in ( Brownell, 1980)
− Schedule pipa = 40
− Diameter dalam (ID) = 1,049 in = 0,0874 ft
− Diameter luar (OD) = 1,315 in = 0,1096 ft
− Luas penampang dalam (at) = 0,006 ft2
− Bahan konstruksi = commercial steel
Kecepatan linier, ft/s0,9053ft006,0
/sft 0,0054aQv 2
3
t
===
Bilangan Reynold,
( ) ( ) ( )( ) 9843,42161,937
36000,08740,905362,16μ
DvρNRe =××
==
Universitas Sumatera Utara
LC-391
Pada NRe = 9843,4216 dan ε/D =ftft
0874,0000045,0 = 0,0001
maka harga f = 0,006 (Geankoplis,1991)
Instalasi pipa:
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13 (Appendix C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,0874 = 1,1364 ft
3 buah standard elbow 90° ; L/D = 30 ( Appendix C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,0874 = 7,8674 ft
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 : L/D = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,0874 = 1,1801 ft
1 buah sharp edge exit K = 1,0 ; L/D = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,0874 = 4,8079 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 30 + 1,1364 + 7,8674 + 1,1801 + 4,8079
= 40,1839 ft
Faktor gesekan,
Σ ( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft0363,00,087432,1742
40,18390,90530,0062D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Static head, mfc
/lblbft12ggΔz ⋅=
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
Pressure head, P1 = P2 = 1 atm; 0ρ
ΔP=
mf
c
2
cf
/lbft.lb0363,120363,00012
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
=+++=
Σ++
∆+=
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-392
Tenaga pompa, ==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ft62,195lb/sft0,0054 /lbft.lb0363,12
f
3m
3mf
= 0,0074 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
0074,0hp = 0,0092 hp
Digunakan daya pompa standar 1/8 hp.
27. Pompa Tangki Utilitas (PU-08) Fungsi : memompa air dari menara air ke tangki tangki utilitas Jenis : pompa sentrifugal Jumlah : 1 Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi:
- Temperatur = 30°C
- Densitas air (ρ) = 996,24 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3 (Perry, 1997)
- Viskositas air (µ) = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft⋅detik (Perry, 1997)
Laju alir massa (F) = 551,5035 kg/jam = 0,3377 lbm/detik
Laju alir volume, s/m 0,0002 /sft540,00/ftlb62,16/detiklb0,3377
ρFQ 33
3m
m ====
Penentuan diameter optimum untuk pipa :
Untuk aliran turbulen (Nre >2100), dan De >1 in
De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Walas, 1988)
Untuk aliran laminar , (Nre <2100), dan De < 1 in
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18 (Walas, 1988)
dengan : D = diameter optimum (in) ρ = densitas (lbm/ft3)
Q = laju volumetrik (ft3/s) µ = viskositas (cP)
Asumsi aliran turrbulen
Diameter optimum, De = 3,9× Q0,45 × ρ0,13 (Timmerhaus, 1991)
= 3,9 × (0,0002)0,45 (996,24)0,13
= 0,0171 m
Universitas Sumatera Utara
LC-393
= 0,6745 in
Digunakan pipa dengan spesifikasi:
− Ukuran pipa nominal = 1 in ( Brownell, 1980)
− Schedule pipa = 40
− Diameter dalam (ID) = 1,049 in = 0,0874 ft
− Diameter luar (OD) = 1,315 in = 0,1096 ft
− Luas penampang dalam (at) = 0,006 ft2
− Bahan konstruksi = commercial steel
Kecepatan linier, ft/s0,9053ft006,0
/sft 0,0054aQv 2
3
t
===
Bilangan Reynold,
( ) ( ) ( )( ) 9843,42161,937
36000,08740,905362,16μ
DvρNRe =××
==
Pada NRe = 9843,4216 dan ε/D =ftft
0874,0000045,0 = 0,0001
maka harga f = 0,006 (Geankoplis,1991)
Instalasi pipa:
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13 (Appendix C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,0874 = 1,1364 ft
3 buah standard elbow 90° ; L/D = 30 ( Appendix C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,0874 = 7,8674 ft
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 : L/D = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,0874 = 1,1801 ft
1 buah sharp edge exit K = 1,0 ; L/D = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,0874 = 4,8079 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 30 + 1,1364 + 7,8674 + 1,1801 + 4,8079
= 40,1839 ft
Faktor gesekan,
Universitas Sumatera Utara
LC-394
Σ ( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft0363,00,087432,1742
40,18390,90530,0062D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Static head, mfc
/lblbft12ggΔz ⋅=
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
Pressure head, P1 = P2 = 1 atm; 0ρ
ΔP=
mf
c
2
cf
/lbft.lb0363,120363,00012
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
=+++=
Σ++
∆+=
Tenaga pompa, ==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ft62,195lb/sft0,0054 /lbft.lb0363,12
f
3m
3mf
= 0,0074 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
0074,0hp = 0,0092 hp
Digunakan daya pompa standar 1/8 hp.
28. Pompa H2SO4 (PU-09) Fungsi : memompa larutan asam sulfat dari tangki pelarutan asam
sulfat ke penukar kation (cation exchanger)
Jenis : pompa injeksi
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi:
- Temperatur = 30°C
- Densitas H2SO4 (ρ) = 1061,7 kg/m3 = 66,29 lbm/ft3 (Geankoplis, 1997)
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-395
- Viskositas H2SO4 (µ) = 0,012 lbm/ft⋅detik = 1,786.10-2 Pa.s (Othmer, 1967)
- Laju alir massa (F) = 50,9262 kg/hari = 0,0013 lbm/detik
- Laju alir volume, /sft10.0893,2/ftlb66,29/detiklb0,0013
ρFQ 35
3m
m −===
= 5,92.10-7 m3/s
- Diameter optimum, Di,opt = 0,133 × Q0,4 × µ0,2 (Peters et.al., 2004)
Di,opt = 0,133 × (5,92.10-7)0,4× (1,786.10-2)0,2
= 1,9189 .10-4 m = 0,006 in
Spesifikasi pipa yang digunakan: (Geankoplis, 1997)
− Ukuran pipa nominal = 1/8 in
− Schedule pipa = 80
− Diameter dalam (ID) = 0,2150 in = 0,0179 ft
− Diameter luar (OD) = 0,4050 in = 0,0337 ft
− Luas penampang dalam (At) = 0,0004 ft2
− Bahan konstruksi = commercial steel
Kecepatan linier, ft/s0,0522ft 0,0004
/sft10.0893,2AQv 2
35
t
===−
Bilangan Reynold, ( )( ) 5,1697012,0
0,01790,052229,66μ
DvρNRe ===
Aliran adalah laminar, maka :
f = 16/NRe = 16/5,1697 = 3,0950
Instalasi pipa:
− Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
− 1 buah gate valve fully open 13DL = (App C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,0179 = 0,2329 ft
− 2 buah standard elbow 90° , DL = 30 (App C–2a, Foust, 1980)
L3 = 2 x 30 × 0,0179 = 1,0750 ft
− 1 buah sharp edge entrance, K = 0,5 ; DL =13 (App.C–2c dan C–2d,Foust,1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-396
L4 = 0,5 × 13 × 0,0179 = 0,1165 ft
− 1 buah sharp edge exit K = 1,0 ; DL = 28 (App C–2c dan C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 28 × 0,0179 = 0,5017 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 31,4244 ft
Faktor gesekan, Σ( )( ) ( )
( )( ) mf
2
c
2
/lblbft0,23110,017932,1742
31,42440,05223,0950Dg 2ΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Static head, mfc
/lblbft12ggΔz ⋅=
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
Pressure head, P1 = P2 = 1 atm = 101,325 kPa
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
c
2
cf Σ++
∆+=
= 12 ft.lbf/lbm + 0 + 0 + 0,2311 ft.lbf/lbm
= 12,2311 ft.lbf/lbm
Tenaga pompa, 550
ρQW-P f=
550 lbm/ft 88,326/sft 7-6,21.10 ft.lbf/lbm 12,2311P
33 ××=
= 4,104 .10-5 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = (4,104 .10-5 hp)/(0,8) = 5,130.10-5 hp
Maka dipilih pompa dengan tenaga 5,130.10-5 hp ≈ 1/64 hp.
29. Pompa Cation Exchanger (PU-10)
Fungsi : Memompa air dari cation exchanger ke anion exchanger
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-397
Kondisi operasi :
- Temperatur = 30°C
- Densitas air (ρ) = 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
- Viskositas air (µ) = 0,8360 cP = 2,0225 lbm/ft⋅jam (Geankoplis, 2003)
- Laju alir massa (F) = 6698,4958 kg/jam = 4,1021 lbm/detik
Debit air/laju alir volumetrik, 3m
m
/ftlb62,195/detiklb1021,4
ρFQ ==
= 0,0660 ft3/s
Penentuan diameter optimum untuk pipa :
Untuk aliran turbulen (Nre >2100), dan De >1 in
De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Walas, 1988)
Untuk aliran laminar , (Nre <2100), dan De < 1 in
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18 (Walas, 1988)
dengan : D = diameter optimum (in) ρ = densitas (lbm/ft3)
Q = laju volumetrik (ft3/s) µ = viskositas (cP)
Asumsi aliran turbulen,
Di,opt = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
= 3,9 × (0,0660)0,45× (62,195)0,13
= 2,0747 in
Ukuran spesifikasi pipa : (Geankoplis, 2003)
− Ukuran pipa nominal = 2 ½ in
− Schedule pipa = 40
− Diameter dalam (ID) = 2,4690 in = 0,2057 ft
− Diameter luar (OD) = 2,8750 in = 0,2396 ft
− Luas penampang dalam (At) = 0,03322 ft2
Kecepatan linier, ft/s9854,1ft0,03322
/sft 0,0660AQv 2
3
t
===
Bilangan Reynold, ( )( )( )( ) 5Re 105081,0
2,0223736000,20579854,162,195
μDvρN x===
Universitas Sumatera Utara
LC-398
Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen.
Untuk pipa commercial steel dan pipa 2 ½ in Sc.40, diperoleh : Dε = 0,0002
Dari Fig.2.10-3, Geankoplis,1997 untuk NRe = 0,5081 x 105 dan Dε = 0,0002
diperoleh f = 0,005
Instalasi pipa:
− Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
− 1 buah gate valve fully open ; 13DL = (App. C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,2057 = 2,6747 ft
- 3 buah standard elbow 90°; DL = 30 (App. C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,2057 = 18,5173 ft
− 1 buah sharp edge entrance; K= 0,5; DL = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,2057 = 2,7776 ft
− 1 buah sharp edge exit; K = 1,0 ; DL = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,2057 = 11,3161 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 53,9696 ft
Faktor gesekan :
Σ ( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft0803,00,205732,1742
53,96961,98540,005D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Static head, mfc
/lblbft12ggΔz ⋅=
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
Pressure head, P1 = P2 = 1 atm = 101,325 kPa
mf
c
2
cf
/lbft.lb0803,120803,00012
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
=+++=
Σ++
∆+=
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-399
Tenaga pompa, ==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ft62,195lb/sft0,0660 /lbft.lb0803,12
f
3m
3mf
= 0,0901 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
0901,0 hp = 0,1126 hp
Digunakan daya pompa standar ½ hp.
30. Pompa NaOH (PU-11)
Fungsi : memompa larutan natrium hidroksida dari tangki pelarutan
natrium hidroksida ke penukar anion (anion exchanger)
Bahan konstruksi : commercial steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi:
- Temperatur = 30°C
- Densitas NaOH (ρ) = 1.518 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3 (Othmer, 1967)
- Viskositas NaOH(µ) = 4,3020⋅10-4 lbm/ft⋅detik (Kirk Othmer, 1967)
- Laju alir massa (F) = 38,2628 kg/hari = 1,5837 kg/jam = 0,00097 lbm/s
Laju alir volume, /sft10102,0/ftlb7662,94
/detiklb0,00097ρFQ 34
3m
m −⋅===
= 0,2898 .10-5 m3/s
Diameter optimum, Dopt = 0,363 × Q0,45 × ρ0,13 (Peters et.al., 2004) = 0,363 × (0,2898.10-5)0,45× (1.518)0,2
= 0,0038 m
= 0,15 in
Digunakan pipa dengan spesifikasi:
Ukuran pipa nominal = ½ in (Brownell & Young, 1959)
Universitas Sumatera Utara
LC-400
Schedule pipa = 80
Diameter dalam (ID) = 0,546 in = 0,0455 ft
Diameter luar (OD) = 0,84 in = 0,07 ft
Luas penampang dalam (at) = 0,00163 ft2
Bahan konstruksi = commercial steel
Kecepatan linier, ft/s0063,0ft01630,0
/sft 0,0000102AQv 2
3
t
===
Bilangan Reynold, ( )( ) ( ) 9306,624,0320
3600)0455,0(0063,094,7689μ
DvρNRe ===
(laminar)
Asumsi NRe < 2100 (laminar).
Dari NRe = 62,9306 diperoleh f = 16/ NRe =16/62,9306 = 0,2542
Instalasi pipa:
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13 (Appendix C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,0455 = 0,5915 ft
2 buah standard elbow 90° ; L/D = 30 ( Appendix C–2a, Foust, 1980)
L3 = 2 × 30 × 0,0455 = 2,73 ft
1 buah sharp edge entrance ; K =0,5 ; L/D = 27 (App C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,0455 = 0,6142 ft
1 buah sharp edge exit K = 1,0 ; L/D = 55 (App C–2c; C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,0455 = 2,5025 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 30 + 0,5915 + 2,73 + 0,6142 + 2,5025
= 33,9357 ft
Faktor gesekan,
Σ ( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft00016,00,045532,1742
33,93570,00630,2542D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-401
Static head, mfc
/lblbft12ggΔz ⋅=
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
Pressure head, P1 = P2 = 1 atm = 101,325 kPa
mf
c
2
cf
/lbft.lb0001,12000116,00012
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
=+++=
Σ++
∆+=
Tenaga pompa,
==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ft94,7689lb/sft0,0000102 /lbft.lb0001,12
f
3m
3mf = 2,12x10-5 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
00002116,0 hp = 0,0000265 hp
Digunakan daya pompa standar 1/8 hp.
31. Pompa Anion Exchanger (PU-12)
Fungsi : Memompa air dari anion exchanger ke deaerator
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi :
- Temperatur = 30°C
- Densitas air (ρ) = 996,24 kg/m3 = 62,195 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
- Viskositas air (µ) = 0,8360 cP = 2,0225 lbm/ft⋅jam (Geankoplis, 2003)
- Laju alir massa (F) = 6698,4958 kg/jam = 4,1021 lbm/detik
- Debit air/laju alir volumetrik, 3m
m
/ftlb62,195/detiklb1021,4
ρFQ ==
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-402
= 0,0660 ft3/s
Penentuan diameter optimum untuk pipa :
Untuk aliran turbulen (Nre >2100), dan De >1 in
De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Walas, 1988)
Untuk aliran laminar , (Nre <2100), dan De < 1 in
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18 (Walas, 1988)
dengan : D = diameter optimum (in) ρ = densitas (lbm/ft3)
Q = laju volumetrik (ft3/s) µ = viskositas (cP)
Asumsi aliran turbulen,
Di,opt = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
= 3,9 × (0,0660)0,45× (62,195)0,13
= 2,0747 in
Ukuran spesifikasi pipa : (Geankoplis, 2003)
− Ukuran pipa nominal = 2 ½ in
− Schedule pipa = 40
− Diameter dalam (ID) = 2,4690 in = 0,2057 ft
− Diameter luar (OD) = 2,8750 in = 0,2396 ft
− Luas penampang dalam (At) = 0,03322 ft2
Kecepatan linier, ft/s9854,1ft0,03322
/sft 0,0660AQv 2
3
t
===
Bilangan Reynold, ( )( )( )( ) 5Re 105081,0
2,0223736000,20579854,162,195
μDvρN x===
Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen.
Untuk pipa commercial steel dan pipa 2 ½ in Sc.40, diperoleh : Dε = 0,0002
Dari Fig.2.10-3, Geankoplis,1997 untuk NRe = 0,5081 x 105 dan Dε = 0,0002
diperoleh f = 0,005
Instalasi pipa:
− Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
− 1 buah gate valve fully open ; 13DL = (App. C–2a, Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-403
L2 = 1 × 13 × 0,2057 = 2,6747 ft
- 3 buah standard elbow 90°; DL = 30 (App. C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,2057 = 18,5173 ft
− 1 buah sharp edge entrance; K= 0,5; DL = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,2057 = 2,7776 ft
− 1 buah sharp edge exit; K = 1,0 ; DL = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,2057 = 11,3161 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 53,9696 ft
Faktor gesekan :
Σ ( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft0803,00,205732,1742
53,96961,98540,005D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
mf
c
2
cf
/lbft.lb0803,120803,00012
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
=+++=
Σ++
∆+=
Tenaga pompa, ==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ft62,195lb/sft0,0660 /lbft.lb0803,12
f
3m
3mf
= 0,0901 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
0901,0hp = 0,1126 hp
Digunakan daya pompa standar ½ hp.
32. Pompa Kaporit (PU-13)
Fungsi : Memompa air dari tangki pelarutan kaporit ke tangki utilitas TU-02
Jenis : Pompa sentrifugal
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-404
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
P = 1 atm
T = 30 oC
Laju alir massa (F) = 0,0016 kg/jam = 1,01 x 10-6 lbm/s
Densitas kaporit (ρ) = 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3
Viskositas kaporit (µ) = 6,7197.10-4 cP = 4,5156.10-7 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) = 3
6
/4088,97/1001,1ftlbmslbmx −
= 1,,23 x 10-8 ft3/s
Oleh karena laju alir sangat kecil yaitu, 1,23.10-8 ft3/s maka kaporit dituang
secara manual sehingga tidak diperlukan pompa.
33. Pompa Domestik (PU-14)
Fungsi : memompa air dari Tangki Utilitas -02 ke kebutuhan domestik
Jenis : pompa sentrifugal
Jumlah : 1 Unit
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi:
- Temperatur = 30°C
- Densitas air (ρ) = 996,24 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3 (Perry, 1997)
- Viskositas air (µ) = 0,8007 cP = 2,0025 lbm/ft⋅jam (Perry, 1997)
Laju alir massa (F) = 551,5035 kg/jam = 0,3377 lbm/detik
Laju alir volume, s/m 0,0002 /sft0,0054/ftlb62,16
/detiklb0,3377ρFQ 33
3m
m ====
Diameter optimum, De = 0,363 × Q0,45 × ρ0,13 (Timmerhaus, 1991)
= 0,363 × (0,002)0,45 (996,24)0,13
= 0,0190 m
= 0,7498 in
Universitas Sumatera Utara
LC-405
Digunakan pipa dengan spesifikasi:
− Ukuran pipa nominal = 1 in ( Brownell, 1980)
− Schedule pipa = 40
− Diameter dalam (ID) = 1,049 in = 0,0874 ft
− Diameter luar (OD) = 1,315 in = 0,1096 ft
− Luas penampang dalam (at) = 0,006 ft2
− Bahan konstruksi = commercial steel
Kecepatan linier, ft/s0,9050ft006,0
/sft 0,0054aQv 2
3
t
===
Bilangan Reynold, ( ) ( ) ( )( ) 9145,071,973
36000,08740,905062,16μ
DvρNRe =××
==
Pada NRe = 9145,07 dan ε/D =ftft
0874,0000045,0 = 0,0005
maka harga f = 0,0082 (Geankoplis,1991)
Instalasi pipa:
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13 (Appendix C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,0874 = 1,1364 ft
3 buah standard elbow 90° ; L/D = 30 ( Appendix C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,0874 = 7,8674 ft
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 : L/D = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,0874 = 1,1801 ft
1 buah sharp edge exit K = 1,0 ; L/D = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,0874 = 4,8079 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 30 + 1,1364 + 7,8674 + 1,1801 + 4,8079
= 40,1839 ft
Faktor gesekan,
Σ ( )( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft048,00,087432,1742
)1839,40(0,90500,0082D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-406
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
mf
c
2
cf
/lbft.lb048,12048,00012
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
=+++=
Σ++
∆+=
Tenaga pompa, ==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ft62,195lb/sft0,0054 /lbft.lb048,12
f
3m
3mf
= 0,0074 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
0074,0hp = 0,0092 hp
Digunakan daya pompa standar 1/8 hp.
34. Pompa Deaerator (PU-16)
Fungsi : memompa air dari deaerator ke ketel uap
Jenis : pompa sentrifugal
Jumlah : 1 Unit
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi:
- Temperatur = 30°C
- Densitas air (ρ) = 996,24 kg/m3 = 62,1950 lbm/ft3 (Perry, 1997)
- Viskositas air (µ) = 0,8007 cP = 2,0025 lbm/ft⋅jam (Perry, 1997)
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-407
- Laju alir massa (F) = 6698,4179 kg/jam = 4,1021 lbm/detik
Debit air/laju alir volumetrik, 3m
m
/ftlb62,195/detiklb1021,4
ρFQ ==
= 0,0660 ft3/s
Penentuan diameter optimum untuk pipa :
Untuk aliran turbulen (Nre >2100), dan De >1 in
De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Walas, 1988)
Untuk aliran laminar , (Nre <2100), dan De < 1 in
De = 3,0 × Q0,36 × µ0,18 (Walas, 1988)
dengan : D = diameter optimum (in) ρ = densitas (lbm/ft3)
Q = laju volumetrik (ft3/s) µ = viskositas (cP)
Asumsi aliran turbulen,
Di,opt = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
= 3,9 × (0,0660)0,45× (62,195)0,13
= 2,0747 in
Ukuran spesifikasi pipa : (Geankoplis, 2003)
− Ukuran pipa nominal = 2 ½ in
− Schedule pipa = 40
− Diameter dalam (ID) = 2,4690 in = 0,2057 ft
− Diameter luar (OD) = 2,8750 in = 0,2396 ft
− Luas penampang dalam (At) = 0,03322 ft2
Kecepatan linier, ft/s9854,1ft0,03322
/sft 0,0660AQv 2
3
t
===
Bilangan Reynold, ( )( )( )( ) 5Re 105081,0
2,0223736000,20579854,162,195
μDvρN x===
Karena NRe > 2100, maka aliran turbulen.
Untuk pipa commercial steel dan pipa 2 ½ in Sc.40, diperoleh : Dε = 0,0002
Dari Fig.2.10-3, Geankoplis,1997 untuk NRe = 0,5081 x 105 dan Dε = 0,0002
diperoleh f = 0,005
Instalasi pipa:
Universitas Sumatera Utara
LC-408
− Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
− 1 buah gate valve fully open ; 13DL = (App. C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,2057 = 2,6747 ft
- 3 buah standard elbow 90°; DL = 30 (App. C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,2057 = 18,5173 ft
− 1 buah sharp edge entrance; K= 0,5; DL = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,2057 = 2,7776 ft
− 1 buah sharp edge exit; K = 1,0 ; DL = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,2057 = 11,3161 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 53,9696 ft
Faktor gesekan :
Σ ( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft0803,00,205732,1742
53,96961,98540,005D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Static head, mfc
/lblbft12ggΔz ⋅=
Velocity head, 0αg2
v
c
2
=
∆
Pressure head, P1 = P2 = 1 atm = 101,325 kPa
mf
c
2
cf
/lbft.lb0803,120803,00012
Fρ
ΔPαg2
vggΔzW-
=+++=
Σ++
∆+=
Tenaga pompa, ==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ft62,195lb/sft0,0660 /lbft.lb0803,12
f
3m
3mf
= 0,0901 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
0901,0 hp = 0,1126 hp
Digunakan daya pompa standar ½ hp.
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
LC-409
35. Pompa Tangki Bahan Bakar (PU-17)
Fungsi : Memompa bahan bakar solar dari tangki bahan bakar ke Generator
Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Jumlah : 1 Unit
Kondisi operasi :
Temperatur = 30 oC
Densitas solar (ρ) = 890,0712 kg/m3 = 55,5668 lbm/ft3 (Perry, 1997)
Viskositas solar (μ) = 0,0008 lbm/ft s = 0,836 cP (Othmer, 1968)
Laju alir massa (F) = 534,8641 liter/jam
Debit air/laju alir volumetrik, s/jam3600/Lm1000
liter/jam 534,8641 1000x3600
FQ 3 ×==
= 1,3224.10-4 m3/s = 0,0047 ft3/s
Desain pompa :
untuk aliran viscous NRe < 2100
Di,opt = 0,363 Q 0,45 ρ 0,13 (Timmerhaus, 2004)
= 0,363 (1,3224.10-4)0,36 (890,0712)0,18
= 0,6210 in = 0,0158 m
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis,2003, dipilih pipa dengan spesifikasi :
Ukuran nominal : 1 in
Schedule number : 40
Diameter Dalam (ID) : 1,049 in = 0,0874 ft
Diameter Luar (OD) : 1,315 in = 0,1096 ft
Inside sectional area A : 0,006 ft2
Universitas Sumatera Utara
LC-410
Kecepatan linier, v = AQ = 2
3
ft060,0/sft 0,0047 = 0,7783 ft/s
Bilangan Reynold :
NRe = μ
Dvρ ×× = slbm/ft 0,0007392
ft)74ft/s)(0,08 (0,7783)lbm/ft(55,5668 3
= 18442620,7416 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel pada NRe = 18442620,7416 diperoleh harga faktor
fanning f = 0,0011
Instalasi pipa:
Panjang pipa lurus, L1 = 30 ft
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13 (Appendix C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,0874 = 1,1364 ft
3 buah standard elbow 90° ; L/D = 30 ( Appendix C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,0874 = 7,8674 ft
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 : L/D = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,0874 = 1,1801 ft
1 buah sharp edge exit K = 1,0 ; L/D = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,0874 = 4,8079 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 30 + 1,1364 + 7,8674 + 1,1801 + 4,8079
= 40,1839 ft
Faktor gesekan,
( )( ) ( )( )( ) mf
2
c
2
/lblbft0048,00,087432,1742
40,18390,77830,0011D2gΣLvfF ⋅===
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Universitas Sumatera Utara
LC-411
= 12 + 0 + 0 + 0,0048
= 12,0048 ft.lbf/lbm
Tenaga pompa,
==550
ρQW-P f ( )( )( )
/s.hpft.lb 550/ftlb 55,660/sft0,0047 /lbft.lb0048,12
f
3m
3mf
= 0,0057 hp
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa yang dibutuhkan = 80,0
0057,0hp = 0,0071 hp
Digunakan daya pompa standar 1/64 hp.
36. Pompa Tangki Dowtherm J (PU-18)
Fungsi : Memompa cairan Dowterm J dari Tangki Penyimpanan
Dowterm J (V-01) ke Unit Refrigerasi
Jenis : Centrifugal pump
Jumlah : 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi :
Temperatur = - 25 oC
Tekanan = 1 atm
Laju massa Dowtherm J = 535.087,574 kg/jam
Densitas (ρ) = 92,1 kg/m3 (The Dow C. Comp. 1997)
Viskositas (μ) = 0,0011 lbm/ft s = 1,660 cP (The Dow C. Comp. 1997)
Kebutuhan perancangan = 1 jam
Universitas Sumatera Utara
LC-412
Debit air/laju alir volumetrik, Q = ρF
= 3kg/m92.100
kg/jam 4535.087,57
= 0,0016 m3/s = 0,0570 ft3/s
Desain pompa :
Untuk aliran turbulen, NRe > 2100
Di,opt = 0,363 × Q0,45 × ρ0,13 (Peters, 2004)
= 0,363 (0,0016 m3/s)0,45 (92.100 kg/m3)0,13
= 0,0889 m = 3,4492 in.
Dari Tabel 11 (Kern, 1965), dipilih pipa dengan spesifikasi :
Ukuran nominal : 3,5 in
Schedule number : 40
Diameter Dalam (ID) : 3,548 in = 0,2957 ft
Diameter Luar (OD) : 4 in = 0,3333 ft
Luas penampang dalam (A) : 0,0617 ft2
Kecepatan linier, v = AQ = 2
3
ft0,0617/sft0,0570 = 0,9237 ft/s
Bilangan Reynold :
NRe = μ
Dρ ×× v (Peters, 2004)
= lbm/ft.s937,1
ft)(0,2957ft/s)(0,9237)lbm/ft(5749,6020 3 ××
= 31.568,6147 (aliran turbulen)
Untuk pipa Commercial Steel, diperoleh harga ε = 0,000046 ; ε/D = 0,00003, pada
NRe = 31.568,6147 diperoleh harga faktor fanning f = 0,004 (Geankoplis, 2003).
Universitas Sumatera Utara
LC-413
Instalasi pipa:
Panjang pipa lurus, L1 = 20 ft
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13 (Appendix C–2a, Foust, 1980)
L2 = 1 × 13 × 0,2957 = 3,8436 ft
3 buah standard elbow 90° ; L/D = 30 ( Appendix C–2a, Foust, 1980)
L3 = 3 × 30 × 0,2957 = 26,6097 ft
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 : L/D = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 0,2957 = 3,9915 ft
1 buah sharp edge exit K = 1,0 ; L/D = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 0,2957 = 16,2615 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 20 + 3,8436 + 26,6097 + 3,9915 + 16,2615
= 54,4448 ft
Faktor gesekan,
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
= 12 + 0 + 0 + 0,0098
= 12,1779 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa = 80 % (Peters et.al., 2004)
Maka dipilih pompa dengan tenaga 0,0968 hp ≈ 1/8 hp.
37. Pompa Dowtherm J (PU-19)
Universitas Sumatera Utara
LC-414
Fungsi : Memompa cairan Dowtherm J dari refrigerasi ke proses
Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Tekanan = 1 atm
Temperatur = - 45 oC
Laju alir massa (F) = 535.080 kg/jam = 327,6770 lbm/s
Densitas (ρ) = 931,3 kg/m3 = 58,0780 lbm/ft3 (The Dow C. Comp. 1997)
Viskositas (µ) = 8,43 cP = 0,0057 lbm/ft.s (The Dow C. Comp. 1997)
Laju alir volumetrik, Q = ρF = 3lbm/ft0780,85
lbm/detik327,6770 = 5,6420 ft3/s = 0,5198 m3/s
Desain pompa : Asumsi aliran turbulen
Di,opt = 0,363 (Q)0,45 (ρ)0,13
= 0,363 (0,5198)0,45 (931,3)0,13 (Walas,1988)
= 0,3868 m
= 15,2274 in
Dari Tabel 11 (Kern,1965), dipilih pipa commercial steel :
Ukuran nominal : 16 in
Schedule number : 30
Diameter Dalam (ID) : 15,25 in = 1,2074 ft
Diameter Luar (OD) : 16 in = 1,3333 ft
Inside sectional area : 4,189 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A = 2
3
ft4,1890/sft5,6420 = 1,3469 ft/s
Universitas Sumatera Utara
LC-415
Bilangan Reynold : NRe = µ××ρ Dv
= lbm/ft.s0,0011
ft)(1,2708ft/s)(1,3569)lbm/ft(58,0780 3 ××
= 17.439,9401 (Turbulen)
Untuk pipa commercial steel, harga ε = 0,000046 (Geankoplis, 2003)
Pada NRe = 17.439,9401 dan ε/D = 0,0001
Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0059
Instalasi pipa:
Panjang pipa lurus, L1 = 20 ft
1 buah gate valve fully open ; L/D = 13 (Appendix C–2a, Foust, 1980 )
L2 = 1 × 13 × 1,2078 = 16,5207 ft
3 buah standard elbow 90° ; L/D = 30 ( Appendix C–2a, Foust, 1980 )
L3 = 3 × 30 × 1,2078 = 114,3738 ft
1 buah sharp edge entrance ; K = 0,5 : L/D = 27 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L4 = 0,5 × 27 × 1,2078 = 17,1561 ft
1 buah sharp edge exit K = 1,0 ; L/D = 55 (App.C–2c;C–2d, Foust, 1980)
L5 = 1,0 × 55 × 1,2078 = 69,8951 ft
Panjang pipa total (ΣL) = 20 + 16,5207 + 114,3738 + 17,1561 + 69,8951
= 168,0506 ft
Faktor gesekan,
Tinggi pemompaan, ∆z = 12 ft
Dari persamaan Bernoulli :
( ) ( ) 021 12
122
12
2 =+∑+−
+−+− sWFPPzzgvvρα
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2
Universitas Sumatera Utara
LC-416
P1 = P2
∆Z = 20 ft
maka : ( ) 0/.0261,0 20./.174,32
/174,320 2
2
=+++ sWlbmlbfftftslbflbmft
sft Ws
= - 20,0261 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , η= 80 %
Ws = - η x Wp
- 20,0261 = -0,8 x Wp
Wp = 25,0326 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= ( )( ) ft.lbf/lbm 25,0326lbm/s36000,45359
535.080× x
s550ft.lbf/hp1
= 15,5193 hp
Digunakan daya pompa standar 16 hp.
LAMPIRAN E
PERHITUNGAN EVALUASI EKONOMI
Universitas Sumatera Utara
LC-417
Dalam rencana pra rancangan pabrik Pupuk Urea digunakan asumsi sebagai
berikut:
• Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun.
• Kapasitas maksimum adalah 120.000 ton/tahun.
• Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau
purchased-equipment delivered (Timmerhaus et al, 2004).
• Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah
US$ 1 = Rp 9.018,- (Kompas, 17 April 2010).
1. Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)
1.1 Modal Investasi Tetap Langsung (MITL)
1.1.1 Modal untuk Pembelian Tanah Lokasi Pabrik
Luas tanah seluruhnya = 14.920 m2
Harga tanah pada lokasi pabrik berkisar Rp 350.000/m2.
Harga tanah seluruhnya = 14.920 m2 × Rp 350.000/m2 = Rp 5.222.000.000,-
Biaya perataan tanah diperkirakan 5%
Biaya perataan tanah = 0,05 x Rp 5.222.000.000,- = Rp 261.000.000,-
Maka modal untuk pembelian tanah (A) adalah Rp 5.483.100.000,-
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya No
Nama Bangunan
Luas (m2)
Harga
(Rp/m2) Jumlah (Rp)
1 Pos keamanan 20 1.250.000 25.000.000 2 Areal bahan baku 600 1.250.000 750.000.000 3 Parkir *) 250 750.000 187.500.000 4 Taman *) 1.500 250.000 375.000.000
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ................. (lanjutan)
No Nama Bangunan Luas (m2) Harga Jumlah (Rp)
Universitas Sumatera Utara
LC-418
(Rp/m2)
5 Ruang control 200 1.250.000 250.000.000 6 Areal proses 4.500 1. 750.000 7.875.000.000 7 Areal produk 1.000 1.250.000 1.250.000.000 8 Perkantoran 350 1.250.000 437.500.000 9 Laboratorium 300 1.250.000 375.000.000 10 Poliklinik 200 1.250.000 250.000.000 11 Kantin 150 500.000 75.000.000 12 Tempat ibadah 150 1.250.000 187.500.000 13 Gudang peralatan 250 1.250.000 312.500.000 14 Bengkel 500 1.250.000 625.000.000 15 Unit pemadam kebakaran 100 1.250.000 125.000.000 16 Unit pengolahan Air 1.000 1.250.000 1.250.000.000 17 Unit pembangkit listrik 350 1.250.000 437.500.000 18 Unit pengolahan limbah 350 500.000 175.000.000 19 Areal perluasan *) 2.000 200.000 400.000.000 20 Jalan *) 1.000 500.000 500.000.000 21 Perpustakaan 150 1.250.000 187.500.000 TOTAL 14.920 21.950.000 16.050.000.000
Total harga sarana = Rp 187.500.000 + Rp 375.000.000
+ Rp 400.000.000 + Rp 500.000.000
= Rp 1.462.500.000,-
Harga bangunan saja = Rp 14.587.500.000 ,-
Total biaya bangunan dan tanah (B) = Rp 14.587.500.000 ,- + Rp 1.462.500.000,-
= Rp 16.050.000.000,-
1.1.2 Perincian Harga Peralatan
Harga peralatan yang di impor dapat ditentukan dengan menggunakan
persamaan berikut (Timmerhaus et al, 2004) :
=
y
x
m
1
2yx I
IXXCC
dimana: Cx = harga alat pada tahun 2010
Cy = harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia
X1 = kapasitas alat yang tersedia
X2 = kapasitas alat yang diinginkan
Universitas Sumatera Utara
LC-419
Ix = indeks harga pada tahun 2010
Iy = indeks harga pada tahun yang tersedia
m = faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat)
Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2010 digunakan metode regresi koefisien korelasi:
[ ]( )( ) ( )( )2
i2
i2
i2
i
iiii
ΣYΣYnΣXΣXn
ΣYΣXYΣXnr
−⋅×−⋅
⋅−⋅⋅= (Montgomery, 1992)
Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift
No. Tahun (Xi) Indeks (Yi) Xi.Yi Xi² Yi² 1 1987 814 1617418 3948169 662596 2 1988 852 1693776 3952144 725904 3 1989 895 1780155 3956121 801025 4 1990 915,1 1821049 3960100 837408,01 5 1991 930,6 1852824,6 3964081 866016,36 6 1992 943,1 1878655,2 3968064 889437,61 7 1993 964,2 1921650,6 3972049 929681,64 8 1994 993,4 1980839,6 3976036 986843,56 9 1995 1027,5 2049862,5 3980025 1055756,25 10 1996 1039,1 2074043,6 3984016 1079728,81 11 1997 1056,8 2110429,6 3988009 1116826,24 12 1998 1061,9 2121676,2 3992004 1127631,61 13 1999 1068,3 2135531,7 3996001 1141264,89 14 2000 1089 2178000 4000000 1185921 15 2001 1093,9 2188893.9 4004001 1196617,21 16 2002 1102,5 2207205 4008004 1215506,25
Total 31912 15846,4 31612010,5 63648824 15818164,44
Sumber: Tabel 6-2, Timmerhaus et al, 2004 Data : n = 16 ∑Xi = 31912 ∑Yi = 15846,4
∑XiYi = 31612010,5 ∑Xi² = 63648824 ∑Yi² = 15818164,44
Dengan memasukkan harga-harga pada Tabel LE – 2, maka diperoleh harga koefisien korelasi:
r = (16) . (31612010,5) – (31912)(15846,4)
Universitas Sumatera Utara
LC-420
[(16). (63648824) – (31912)²] x [(16)( 15818164,44) – (15846,4)² ]½
≈ 0,9808 = 1
Harga koefisien yang mendekati +1 menyatakan bahwa terdapat hubungan
linier antar variabel X dan Y, sehingga persamaan regresi yang mendekati adalah
persamaan regresi linier.
Persamaan umum regresi linier, Y = a + b ⋅ X
dengan: Y = indeks harga pada tahun yang dicari (2010)
X = variabel tahun ke n – 1
a, b = tetapan persamaan regresi
Tetapan regresi ditentukan oleh : (Montgomery, 1992)
( ) ( )( ) ( )2
i2
i
iiii
ΣXΣXnΣYΣXYΣXnb
−⋅⋅−⋅
=
a 22
2
Xi)(Xin.Xi.YiXi.XiYi.
Σ−ΣΣΣ−ΣΣ
=
Maka :
b = 16 .( 31612010,5) – (31912)(15846,4) 16. (63648824) – (31912)²
= 18,7226
a = (15846,4)( 63648824) – (31912)(31612010,5) 16. (63648824) – (31912)²
= -36351,9196
Sehingga persamaan regresi liniernya adalah:
Y = a + b ⋅ X
Y = 18,7226X – 36351,9196
Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2010 adalah:
Y = 18,7226 (2010) – 36351,9196
Y = 1280,601
Perhitungan harga peralatan menggunakan adalah harga faktor eksponsial (m)
Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4, Timmerhaus
Universitas Sumatera Utara
LC-421
et al, 2004. Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya dianggap 0,6
(Timmerhaus et al, 2004).
Contoh perhitungan harga peralatan:
a. Tangki Penyimpanan Hidrogen (TK-102)
Kapasitas tangki , X2 = 372,4515 m3. Dari Gambar LE.1 berikut, diperoleh
untuk harga kapasitas tangki (X1) 1 m³ adalah (Cy) US$ 6700. Dari tabel 6-4,
Timmerhaus, 2004, faktor eksponen untuk tangki adalah (m) 0,49. Indeks harga pada
tahun 2002 (Iy) 1102,5.
Capacity, m3
Purc
hase
d co
st, d
olla
r
106
105
104
103
102 103 104 105Capacity, gal
10-1 1 10 102 103
P-82Jan,2002
310 kPa (30 psig) Carbon-steel tank (spherical)
Carbon steel304 Stainless stellMixing tank with agitator
Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki
Pelarutan.(Peters et.al., 2004)
Indeks harga tahun 2010 (Ix) adalah 1280,60. Maka estimasi harga tangki untuk (X2) 372,4515 m3
adalah :
Cx = US$ 6700 × 49,0
1 372,4515 x
5,11021280,60
Cx = US$ 114.501,9049,-
Cx = Rp 1.032.578.178,-/unit
Dengan cara yang sama diperoleh perkiraan harga alat lainnya yang dapat dilihat
pada Tabel LE.3 untuk perkiraan peralatan proses dan Tabel LE.4 untuk perkiraan
peralatan utilitas.
Universitas Sumatera Utara
LC-422
Untuk harga alat impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut:
- Biaya transportasi = 5 % - Biaya asuransi = 1 % - Bea masuk = 15 % (Rusjdi, 2004) - PPn = 10 % (Rusjdi, 2004) - PPh = 10 % (Rusjdi, 2004) - Biaya gudang di pelabuhan = 0,5 % - Biaya administrasi pelabuhan = 0,5 % - Transportasi lokal = 0,5 % - Biaya tak terduga = 0,5 %
Total = 43 %
Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut:
- PPn = 10 % (Rusjdi, 2004) - PPh = 10 % (Rusjdi, 2004) - Transportasi lokal = 0,5 % - Biaya tak terduga = 0,5 %
Total = 21 %
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses
Nama Alat Kode Unit Ket*) Harga / Unit (Rp) Harga Total (Rp) Reaktor Amonia R-101 1 I 11.809.378.404 11.809.378.404 Reaktor Urea R-201 1 I 8.095.915.995 8.095.915.995 Heater Nitrogen E-101 1 I 81.550.910 81.550.910 Heater Hidrogen E-102 1 I 126.000.715 126.000.715 Kondensor E-103 1 I 60.919.670 60.919.670 Heat Exchanger Amonia E-104 1 I 62.076.685 62.076.885
Universitas Sumatera Utara
LC-423
Heater Karbon dioksida E-201 1 I 79.996.752 79.996.752 Heater Amonia dan Karbon dioksida E-202 1 I 39.105.122 39.105.122 Water condensor E-301 1 I 161.421.338 161.421.338
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses ............................. (lanjutan)
Nama Alat Kode Unit Ket*) Harga / Unit (Rp) Harga Total (Rp) Cooler udara E-302 1 I 368.041.462 368.041.462 Pompa keluaran reaktor J-201 1 NI 12.325.262 12.325.262 Pompa keluaran KO Drum I J-202 1 NI 12.325.262 12.325.262 Pompa keluaran LPD J-203 1 NI 12.325.262 12.325.262 Pompa keluaran KO Drum II J-301 1 NI 12.112.318 12.112.318 Pompa keluran Evaporator I J-302 1 NI 12.112.318 12.112.318 Pompa keluaran Evaporator II J-303 1 NI 12.112.318 12.112.318 Tangki penyimpanan Nitrogen TK-101 8 I 1.977.449.875 15.819.599.003 Tangki penyimpanan Hidrogen TK-102 3 I 1.032.578.178 3.097.734.536 Tangki penyimpanan Fuel Gas TK-103 4 I 1.771.896.160 7.087.584.640 Tangki penyimpanan Karbondioksida TK-201 4 I 2.488.413.636
9.953.654.546
Tangki penyimpanan Amonia TK-202 5 I 2.142.663.468 10.713.317.342 Mealting Tank TK-401 1 I 331.186.379 331.186.379 Prilling Tank TK-402 3 I 71.957.758 215.813.270 Hopper TK-403 1 I 41.273.017 41.273.017 Gudang Produk TK-404 2 I 46.000.000,00 92.000.000,00 Blower Udara B-301 1 I 122.243.481 122.243.481 Bucket Elevator C-401 1 I 14.291.763 14.291.763 Belt Conveyer I C-402 1 I 43.255.826 43.255.826 Screening C-403 1 I 48.958.688 51.859.588 Belt Conveyer II C-404 1 I 140.256.717 140.256.717 Low Pressure Decomposer S-201 1 I 812.553.833 812.553.833 Flash Drum F-101 1 I 1.672.652.617 1.720.616.291
Universitas Sumatera Utara
LC-424
Knock Out Drum I F-201 1 I 572.529.526 572.529.526 Knock Out Drum II F-202 1 I 790.177.425 790.177.425 Evaporator I FE-301 1 I 4.380.298.269 4.380.298.269 Evaporator II FE-302 1 I 4.170.515.646 4.170.515.646 Kompressor Nitrogen JC-101 1 NI 138.348.412 140.348.412 Kompressor Hidrogen JC-102 1 NI 79.866.629 79.866.629 Ekspander Keluaran Reaktor JC-103 1 NI 139.458.462 139.458.462 Kompressor Karbondioksida JC-201 1 NI 78.865.623 78.865.623 Kompressor Amonia JC-202 1 NI 79.654.245 79.654.245
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses ............................. (lanjutan)
Nama Alat Kode Unit Ket*) Harga / Unit (Rp) Harga Total (Rp) Kompressor Amonia dan Karbon dioksida JC-203 1 NI 28.541.087 28.541.087 Blower Hidrogen B-101 1 NI 38.421.310 38.421.310 Blower Karbon dioksida B-201 1 NI 10.003.143 10.003.143 Blower Nitrogen B-102 1 NI 29.145.413 29.145.413 Blower Amonia B-202 1 NI 16.654.987 16.654.987
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah
Nama Alat Kode Unit Ket*) Harga / Unit (Rp) Harga Total (Rp) Screening SC 1 NI 26.566.980 26.566.980 Bak Sedimentasi BS 1 NI 144.435.345 144.435.345 Clarifier CL 1 I 128.670.800 128.670.800 Sand Filtrasi SF 1 I 466.809.765 466.809.765 Menara air MA 1 I 1.564.435.244 1.564.435.244 Cooling Tower CT 1 I 420.935.456 420.935.456 Dearator DE 1 I 3.112.211.544 3.112.211.544 Ketel Uap KU 1 I 398.393.656 398.393.656
Harga total 84.777.471.455 Import 84.065.199.404 Non import 712.272.051
Universitas Sumatera Utara
LC-425
Cation Exchanger CE 1 I 112.176.087 112.176.087 Anion Exchanger AE 1 I 145.156.641 145.156.641 Tangki pelarut Alum TP-01 1 I 77.809.044 77.809.044 Tangki Pelarut Soda Abu TP-02 1 I 56.645.325 56.645.325 Tangki pelarut Asam Sulfat TP-03 1 I 210.319.876 210.319.876 Tangki Natrium Hidroksida TP-04 1 I 109.112.635 109.112.635 Tangki Pelarut Alum TP-05 1 I 37.400.957 37.400.957 Tangki Air Domestik TU 1 I 200.222.889 200.222.889 Tangki bahan bakar TB 1 NI 576.593.591 576.593.591 Pompa Screening PU-01 1 NI 3.450.810 3.450.810 Pompa Sedimentasi PU-02 1 NI 3.450.810 3.450.810 Pompa Alum PU-03 1 NI 2.225.500 2.225.500
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah.......(lanjutan)
Nama Alat Kode Unit Ket*) Harga / Unit (Rp) Harga Total (Rp) Pompa Soda Abu PU-04 1 NI 2.225.500 2.225.500 Pompa Sand Filter PU-05 1 NI 3.450.810 3.450.810
Pompa Cation Exchanger PU-06 1 NI 2.118.684 2.118.684 Pompa menara pendingin PU-07 1 NI 2.987.126 2.987.126
Pompa tangki utilitas PU-08 1 NI 1.110.127 1.110.127 Pompa Asam Sulfat PU-09 1 NI 2.225.500 2.225.500
Pompa Cation Exchanger PU-10 1 NI 2.118.684 2.118.684 Pompa Natrium Hidroksida PU-11 1 NI 2.225.500 2.225.500 Pompa Anion Exchanger PU-12 1 NI 2.118.684 2.118.684
Pompa Kaporit PU-13 1 NI 1.312.414 1.312.414 Pompa Domestik PU-14 1 NI 1.110.127 1.110.127
Pompa Cooling Tower PU-15 1 NI 7.820.198 7.820.198 Pompa Deaerator PU-16 1 NI 3.987.000 3.987.000
Pompa bahan bakar PU-17 1 NI 1.055.239 1.055.239 Pompa Refrigrant PU-18 1 NI 1.055.239 1.055.239 Tangki refrigrant V-01 1 NI 1.354.618.650 1.354.618.650
Refrigrator RG-01 1 I 886.902.166 886.902.166 Generator - 2 I 68.000.000 136.000.000
Harga total 10.211.464.603
Universitas Sumatera Utara
LC-426
Import 9.588.823.060 Non import 622.641.543
Keterangan*) : I untuk peralatan impor, sedangkan N.I. untuk peralatan non impor.
Total harga peralatan tiba di lokasi pabrik (purchased-equipment delivered) adalah:
=1,43 x ( Rp.84.065.199.404,- + Rp. 9.588.823.060,- )
+ 1,21 x ( Rp. 712.272.051 - + Rp. 622.641.543,- )
= Rp.135.382.478.595,-
Biaya pemasangan diperkirakan 39 % dari total harga peralatan (Timmerhaus 2004).
Biaya pemasangan = 0,39 × Rp 135.382.478.595 ,-
= Rp. 52.799.166.652,-
Harga peralatan + biaya pemasangan (C) :
= Rp 135.382.478.595,- + Rp 52.799.166.652,-
= Rp 188.181.645.247,-
1.1.4 Instrumentasi dan Alat Kontrol
Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 26% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D) = 0,26 × Rp 135.382.478.595.,-
= Rp. 35.199.444.435,- 1.1.5 Biaya Perpipaan
Diperkirakan biaya perpipaan 60% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya perpipaan (E) = 0,6 × Rp 135.382.478.595 ,-
= Rp. 81.229.487.157,-
Universitas Sumatera Utara
LC-427
1.1.6 Biaya Instalasi Listrik
Diperkirakan biaya instalasi listrik 20% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya instalasi listrik (F) = 0,2 × Rp 135.382.478.595,-
= Rp 27.076.495.719,-
1.1.7 Biaya Insulasi
Diperkirakan biaya insulasi 20% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya insulasi (G) = 0,2 × Rp 135.382.478.595,-
= Rp 27.076.495.719 ,-
1.1.8 Biaya Inventaris Kantor
Diperkirakan biaya inventaris kantor 3% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya inventaris kantor (H) = 0,03 × Rp 135.382.478.595,-
= Rp 4.061.474.358,-
1.1.9 Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan
Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 2% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan ( I )
= 0,05 × Rp 135.382.478.595,-
= Rp. 2.707.649.572,-
Universitas Sumatera Utara
LC-428
1.1.10 Sarana Transportasi
Untuk mempermudah pekerjaan, perusahaan memberi fasilitas sarana
transportasi ( J ) seperti pada tabel berikut .
Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi
No.
Jenis Kendaraan
Unit
Tipe
Harga/ Unit (Rp)
Harga Total (Rp)
1 Mobil dewan komisaris 2 Toyota Altis 475.000.000 950.000.000
2 Mobil direktur 1 Toyota fortuner 430.000.000 430.000.000
3 Mobil manajer 3 Kijang inova 220.000.000 660.000.000
4 Bus karyawan 2 Bus 300.000.000 600.000.000
5 Mobil karyawan 2 L-300 175.000.000 350.000.000
6 Truk 4 Truk 400.000.000 1.600.000.000
7 Mobil pemasaran 4 Minibus L-300 150.000.000 600.000.000
8 Mobil pemadam kebakaran 2 Truk tangki 650.000.000 1.300.000.000
Total 6.490.000.000
Total MITL = A + B + C + D + E + F + G + H + I + J
= Rp 393.555.792.207,- 1.2 Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL)
1.2.1 Biaya Pra Investasi
Diperkirakan 7% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya Pra Investasi (K) = 0,07 × Rp 135.382.478.595 ,-
= Rp. 9.476.773.502,-
1.2.2 Biaya Engineering dan Supervisi
Diperkirakan 30% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya Engineering dan Supervisi (L) = 0,30 × Rp 135.382.478.595,-
Universitas Sumatera Utara
LC-429
= Rp. 40.614.743.579,-
1.2.3 Biaya Legalitas
Diperkirakan 4% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya Legalitas (M) = 0,04 × Rp 135.382.478.595,-
= Rp. 5.415.299.144,-
1.2.4 Biaya Kontraktor
Diperkirakan 19% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya Kontraktor (N) = 0,19 × Rp 135.382.478.595,-
= Rp. 25.722.670.933,-
1.2.5 Biaya Tak Terduga
Diperkirakan 37% dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004) .
Biaya Tak Terduga (O) = 0,37 × Rp 135.382.478.595 ,-
= Rp. 50.091.517.080,-
Total MITTL = K + L + M + N+O
= Rp 131.321.004.237,-
Total MIT = MITL + MITTL
= Rp 393.555.792.207 ,- + Rp 131.321.004.237 ,-
= Rp 524.876.796.444,-
2 Modal Kerja
Modal kerja dihitung untuk pengoperasian pabrik selama 3 bulan (= 90 hari).
2.1 Persediaan Bahan Baku
2.1.1 Bahan baku proses
1. Hidrogen (www.ftp.cordis.europa.eu,2010)
Kebutuhan = 6726,4300 kg/jam
Harga = Rp 1500,-/kg
Universitas Sumatera Utara
LC-430
Harga total = 90 hari × 24 jam/hari× 6726,4300 kg/jam × Rp 1.500/kg
= Rp 21.793.648.104,-
2. Nitrogen
Kebutuhan = 31390,03 kg/jam (ICIS Pricing, 2010)
Harga = Rp. 700,-/kg
Harga Total = 90 hari x 24 jam/hari x 31390,03 kg/jam x Rp.700/kg
= Rp 47.461.721.126,-
3. Katalis Fe
Kebutuhan = 5,3415 kg/jam (www.advance-scientific.net, 2010)
Harga = Rp. 23.000,- /kg
Harga total = 90 hari × 24 jam/hari × 5,3415 kg/jam x Rp 23.000/kg
= Rp. 265.365.720,-
4. Refrigerant (pemakaian selama 90 hari)
Kebutuhan = 52.538 kg
Harga = Rp.83.000,-
Harga total = 90 hari × 24 jam/hari × 52.538 kg/jam x Rp 83.000/kg
= Rp 1.021.338.720,-
5. CO2
Kebutuhan = 12625,9900 kg/jam = 992.024.040,2 Btu/jam
Harga = U$ 3,5.-/mmBtu =Rp 32.673 ,-/mmBtu (ICIS Pricing, 2010)
Harga Total = 90harix24jam/harix0,9920 mmBtu/jamxRp32.673 ,-/mmBtu
= Rp 70.009.091 ,-
2.1.2 Persediaan bahan baku utilitas
1 Alum, Al2(SO4)3
Kebutuhan = 1,7793 kg/jam
Harga = Rp 2.100 ,-/kg (PT. Bratachem 2010)
Harga total = 90 hari × 24 jam/hari × 1,7793 kg/jam × Rp 2.100,- /kg
= Rp 8.070.905,-
Universitas Sumatera Utara
LC-431
2 Soda abu, Na2CO3
Kebutuhan = 0,9608 kg/jam
Harga = Rp 2.000,-/kg (PT. Merck, 2010)
Harga total = 90 hari × 24 jam/hari × 0,9608 kg/jam × Rp 2.000,-/kg
= Rp 4.150.656,-
3 Kaporit
Kebutuhan = 0,0016 kg/jam
Harga = Rp 11.500,-/kg (PT. Bratachem 2010)
Harga total = 90 hari × 24 jam/hari × 0,0016 kg/jam × Rp 11.500,-/kg
= Rp 39.744,-
4 H2SO4
Kebutuhan = 2,1219 kg/jam
Harga = Rp 6000,-/kg (PT. Bratachem 2010)
Harga total = 90 hari × 24 jam x 2,1219 kg/jam × Rp 6.000,-/kg
= Rp 27.499.824,-
5 NaOH
Kebutuhan = 1,5945 kg/jam
Harga = Rp 5250,-/kg (PT. Merck, 2010)
Harga total = 90 hari × 24 jam × 1,5945 kg/jam × Rp 5250,-/kg
= Rp 18.081.630,-
6 Solar
Kebutuhan = 534,8641 ltr/jam
Harga solar untuk industri = Rp. 6.300,-/liter (PT.Pertamina, 2010)
Harga total = 90 hari × 24 jam/hari × 534,8641 ltr/jam × Rp 6.300,-/liter
= Rp 7.278.430.673,-
Universitas Sumatera Utara
LC-432
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 3 bulan
(90 hari) adalah = Rp 70.612.082.761,- + Rp 7.336.273.432,-
= Rp 77.948.356.193,-
2.2 Kas
2.2.1 Gaji Pegawai
Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai Jabatan
Jumlah
Gaji/bulan
(Rp) Jumlah gaji/bulan
(Rp) Direktur 1 15.000.000 15.000.000 Dewan Komisaris 2 20.000.000 40.000.000 Staf Ahli 2 10.000.000 20.000.000 Sekretaris 1 3.000.000 3.000.000 Manajer Teknik dan Produksi 1 8.000.000 8.000.000 Manajer Umum dan Keuangan 1 8.000.000 8.000.000 Manajer R&D 1 8.000.000 8.000.000 Kepala Bagian Teknik 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Bagian Produksi 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Bagian Keuangan dan Adm 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Bagian Umum dan Personalia 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Bagian R&D 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Bagian QC/QA 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Seksi Teknik 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Seksi Listrik 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Seksi Proses 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Seksi Utilitas 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Seksi Keuangan 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Seksi Pemasaran 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Seksi Administrasi 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Seksi Humas 1 7.000.000 7.000.000 Kepala Seksi Keamanan 1 7.000.000 7.000.000 Karyawan Teknik 6 3.500.000 21.000.000 Karyawan Unit Pembangkit Listrik 10 3.500.000 35.000.000 Karyawan Proses 60 3.500.000 210.000.000 Karyawan Laboratorium, R & D 6 3.500.000 21.000.000 Karyawan Utilitas 10 3.500.000 35.000.000
Universitas Sumatera Utara
LC-433
Karyawan Bag. Keuangan 3 3.500.000 10.500.000 Karyawan Pemasaran/Penjualan 6 2.000.000 12.000.000
Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai...(Lanjutan)
Jabatan
Jumlah
Gaji/bulan (Rp)
Jumlah gaji/bulan (Rp)
Karyawan Bag. Administrasi 4 2.000.000 8.000.000 Karyawan Bag. Humas 3 2.000.000 6.000.000 Karyawan Bag. Personalia 3 2.000.000 6.000.000 Petugas Keamanan 11 1.500.000 16.500.000 Karyawan Gudang / Logistik 6 2.000.000 12.000.000 Dokter 1 5.000.000 5.000.000 Perawat 2 2.500.000 5.000.000 Petugas Kebersihan 8 1.000.000 8.000.000 Supir 6 1.000.000 6.000.000 Total 169 629.800.000
Diperkirakan seluruh karyawan bekerja lembur, dimana gaji lembur dihitung
dengan rumus: 1/173 x gaji per bulan, dimana untuk 1 jam pertama dibayar 1,5 kali
gaji per jam dan jam berikutnya 2 kali dari gaji satu jam (Kep. Men, 2003).
Diperkirakan dalam 1 tahun 12 hari libur dengan 8 jam kerja untuk tiap
harinya, artinya dalam satu bulan memiliki 1 hari libur yang dimanfaatkan sebagai
lembur, maka:
Gaji lembur untuk 8 jam kerja yaitu:
1 jam pertama = 1,5 x 1 x 1/173 x Rp 629.800.000,- = Rp. 5.460.694,-
7 jam berikutnya = 2 x 7 x 1/173 x Rp 629.800.000,- = Rp. 50.966.474,-
Total gaji lembur dalam 1 bulan = Rp 56.427.168,-
Jadi, gaji pegawai selama 1 bulan beserta lembur = Rp 629.800.000,- + Rp 56.427.168 ,-
= Rp 686.227.168
Total gaji pegawai selama 1 tahun beserta lembur = Rp 8.234.726.012,-
2.2.2 Biaya Administrasi Umum
Diperkirakan 20 % dari gaji pegawai = 0,2 × Rp 8.234.726.012,-
= Rp 1.646.945.202,-
2.2.3. Biaya Pemasaran
Universitas Sumatera Utara
LC-434
Diperkirakan 20 % dari gaji pegawai = 0,2 × Rp 8.234.726.012,-
= Rp 1.646.945.202,-
2.2.4 Pajak Bumi dan Bangunan
Dasar perhitungan Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) mengacu kepada
Undang-Undang RI No. 20 Tahun 2000 Jo UU No. 21 Tahun 1997 tentang Bea
Perolehan Hak atas Tanah dan Bangunan sebagai berikut:
Yang menjadi objek pajak adalah perolehan hak atas tanah dan atas bangunan
(Pasal 2 ayat 1 UU No.20/00).
Dasar pengenaan pajak adalah Nilai Perolehan Objek Pajak (Pasal 6 ayat 1 UU
No.20/00).
Tarif pajak ditetapkan sebesar 5% (Pasal 5 UU No.21/97).
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak ditetapkan sebesar Rp.
30.000.000,- (Pasal 7 ayat 1 UU No.21/97).
Besarnya pajak yang terutang dihitung dengan cara mengalikkan tarif pajak
dengan Nilai Perolehan Objek Kena Pajak (Pasal 8 ayat 2 UU No.21/97).
Maka berdasarkan penjelasan di atas, perhitungan PBB ditetapkan sebagai berikut :
Wajib Pajak Pabrik Pembuatan Pupuk Urea
Nilai Perolehan Objek Pajak • Tanah Rp 5.222.000.000,-
• Bangunan Rp14.587.500.000,-
Total NPOP Rp 19.809.500.000,-
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak (Rp. 30.000.000,- )
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak Rp 19.839.000.000,-
Pajak yang Terutang (5% x NPOPKP) (Z) Rp 991.975.000,-
Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas No. Jenis Biaya Jumlah (Rp) 1. Gaji Pegawai Rp 8.234.726.012 2. Administrasi Umum Rp 1.646.945.202, 3. Pemasaran Rp 1.646.945.202, 4 Pajak Bumi dan Bangunan Rp 991.975.000
Total Rp 12.520.591.416,-
Universitas Sumatera Utara
LC-435
Biaya kas untuk 1 bulan = Rp 12. 520.591.416,- / 12 = Rp. 1.043.382.618,-
Biaya kas untuk 3 bulan = Rp 1.043.382.618,- x 3 bulan = Rp 3.130.147.854,- 2.2 Biaya Start – Up
Diperkirakan 8 % dari Modal Investasi Tetap (Timmerhaus et al, 2004).
= 0,08 × Rp 524.876.796.444,-
= Rp 41.990.143.716,- 2.3 Piutang Dagang
HPT12IPPD ×=
dimana: PD = piutang dagang
IP = jangka waktu kredit yang diberikan (1 bulan)
HPT = hasil penjualan tahunan
Penjualan :
1. Harga jual Urea = Rp 5.500/kg (aku_ laku.com, 2009)
Produksi Urea = 15151,5152 kg/jam
Hasil penjualan Urea tahunan
= 15151,5152 kg/jam × 24 jam/hari × 330 hari/tahun × Rp5.500,- /kg
= Rp 660.000.002.112,-
2. Harga jual Fuel gas = Rp 600,-/L (fuel gauge.com,2009)
Produksi Fuel gas = 24.863,3087 kg/jam
=(24.863,3087kg/jam)(0,00198kg/m3)( 1000dm3)
= 49.127,2649 L/jam
Hasil penjualan fuel gas tahunan
= 49.127,2649 L/jam × 330hari/tahun × Rp 600,- /L x 24 jam/hari
= Rp 233.452.762.805,-
Hasil penjualan total tahunan =Rp660.000.002.112,-+Rp 233.452.762.805,-
= Rp 893.452.764.917,-
Universitas Sumatera Utara
LC-436
Piutang Dagang = 123× Rp 893.452.764.917 ,-
= Rp 223.363.191.229,-
Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini:
Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja No. Jumlah Bulanan (Rp) 1. Bahan baku proses dan utilitas Rp 77.948.356.193,- 2. Kas Rp 3.130.147.854,- 3. Start up Rp 41.990.143.716,- 4. Piutang Dagang Rp 223.363.191.229,-
T l Rp 346.431.838.991 ,-
Total Modal Kerja = Rp 346.431.838.991 ,-
Total Modal Investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja
= Rp 524.876.796.444,- + Rp. 346.431.838.991 ,-
= Rp 871.308.635.435,-
Modal ini berasal dari:
- Modal sendiri = 60 % dari total modal investasi
= 0,6 × Rp 871.308.635.435,-
= Rp 522.785.181.261,-
- Pinjaman dari Bank = 40 % dari total modal investasi
= 0,4 × Rp 871.308.635.435,-
= Rp 348.523.454.174,-
Biaya Produksi Total
2.3 Biaya Tetap (Fixed Cost = FC)
2.3.1 Gaji Tetap Karyawan
Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tetap tiap bulan ditambah 2 bulan gaji
yang diberikan sebagai tunjangan, sehingga (P)
Universitas Sumatera Utara
LC-437
Gaji total = (12 + 2) × Rp 629.800.000,-
= Rp 8.817.200.000,-
2.3.2 Bunga Pinjaman Bank
Bunga pinjaman bank adalah 15 % dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2007).
Bunga bank (Q) = 0,15 × Rp 348.523.454.174,-
= Rp 52.278.518.126,- 2.3.3 Depresiasi dan Amortisasi
Pengeluaran untuk memperoleh harta berwujud yang mempunyai masa
manfaat lebih dari 1 (satu) tahun harus dibebankan sebagai biaya untuk
mendapatkan, menagih, dan memelihara penghasilan melalui penyusutan
(Rusdji,2004). Pada perancangan pabrik ini, dipakai metode garis lurus atau straight
line method. Dasar penyusutan menggunakan masa manfaat dan tarif penyusutan
sesuai dengan Undang-undang Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Pasal 11
ayat 6 dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000
Kelompok Harta Berwujud
Masa (tahun)
Tarif (%)
Beberapa Jenis Harta
I. Bukan Bangunan
1.Kelompok 1
2. Kelompok 2 3. Kelompok 3
4
8
16
25
12,5
6,25
Mesin kantor, perlengkapan, alat perangkat/ tools industri.
Mobil, truk kerja Mesin industri kimia, mesin industri mesin
II. Bangunan Permanen
20
5
Bangunan sarana dan penunjang
Sumber : Waluyo, 2000 dan Rusdji,2004
Depresiasi dihitung berdasarkan tarif (%) penyusutan untuk setiap kelompok harta
berwujud sesuai dengan umur peralatan.
%D xP=
dimana: D = Depresiasi per tahun
Universitas Sumatera Utara
LC-438
P = Harga peralatan
% = Tarif penyusutan
Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000
Komponen Biaya (Rp) Umur (tahun) Depresiasi (Rp)
Bangunan 16.050.000.000 20 802.500.000 Peralatan proses dan utilitas 188.181.645.247 16 11.761.352.828 Instrumentrasi dan pengendalian proses 35.199.444.435 4 4.399.930.554 Perpipaan 81.229.487.157 4 10.153.685.895 Instalasi listrik 27.076.495.719 4 3.384.561.965 Insulasi 27.076.495.719 4 3.384.561.965 Inventaris kantor 4.061.474.358 4 1.015.368.589 Perlengkapan keamanan dan kebakaran 2.707.649.572 4 338.456.196 Sarana transportasi 6.490.000.000 8 811.250.000
TOTAL 36.051.667.993
Semua modal investasi tetap langsung (MITL) kecuali tanah mengalami
penyusutan yang disebut depresiasi, sedangkan modal investasi tetap tidak langsung
(MITTL) juga mengalami penyusutan yang disebut amortisasi.
Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya
yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan,
menagih, dan memelihara penghasilan dapat dihitung dengan amortisasi dengan
menerapkan taat azas (UURI Pasal 11 ayat 1 No. Tahun 2000). Para Wajib Pajak
menggunakan tarif amortisasi untuk harta tidak berwujud dengan menggunakan masa
manfaat kelompok masa 4 (empat) tahun sesuai pendekatan prakiraan harta tak
berwujud yang dimaksud (Rusdji, 2004).
Untuk masa 4 tahun, maka biaya amortisasi adalah 25 % dari MITTL. sehingga :
Biaya amortisasi = 0,25 × Rp 131.321.004.237 ,-
= Rp 32.830.251.059,-
Total biaya depresiasi dan amortisasi (R)
= Rp 36.051.667.993,-+ Rp 32.830.251.059 ,-
= Rp 68.881.919.051,-
2.3.4 Biaya Tetap Perawatan
Universitas Sumatera Utara
LC-439
1. Perawatan mesin dan alat-alat proses
Perawatan mesin dan peralatan dalam industri proses berkisar 2 sampai 20%,
diambil 10% dari harga peralatan terpasang di pabrik (Timmerhaus et al,2004).
Biaya perawatan mesin = 0,1 × Rp188.181.645.247,-
= Rp 18.818.164.525,-
2. Perawatan bangunan
Diperkirakan 10 % dari harga bangunan (Timmerhaus et al, 2004).
Perawatan bangunan = 0,1 × Rp 16.050.000.000,-
= Rp 1.065.000.000,-
3. Perawatan kendaraan
Diperkirakan 10 % dari harga kendaraan (Timmerhaus et al, 2004).
Perawatan kenderaan = 0,1 × Rp 6.490.000.000,-
= Rp 649.000.000,-
4. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol
Diperkirakan 10 % dari harga instrumentasi dan alat kontrol (Timmerhaus et
al, 2004).
Perawatan instrumen = 0,1 × Rp 35.199.444.435,-
= Rp 3.519.944.443,-
5. Perawatan perpipaan
Diperkirakan 10 % dari harga perpipaan (Timmerhaus et al, 2004).
Perawatan perpipaan = 0,1 × Rp 81.229.487.157,-
= Rp 8.122.948.716 ,-
6. Perawatan instalasi listrik
Diperkirakan 10 % dari harga instalasi listrik (Timmerhaus et al, 2004).
Perawatan listrik = 0.1 × Rp 27.076.495.719,-
= Rp 2.707.649.572 ,-
7. Perawatan insulasi
Diperkirakan 10 % dari harga insulasi (Timmerhaus et al, 2004).
Universitas Sumatera Utara
LC-440
Perawatan insulasi = 0,1 × Rp 27.076.495.719 ,-
= Rp 2.707.649.572 ,-
8. Perawatan inventaris kantor
Diperkirakan 10 % dari harga inventaris kantor (Timmerhaus et al, 2004).
Perawatan inventaris kantor = 0,1 × Rp 4.061.474.358,-
= Rp 406.147.436,-
9. Perawatan perlengkapan kebakaran
Diperkirakan 10 % dari harga perlengkapan kebakaran (Timmerhaus et al, 2004).
Perawatan perlengkapan kebakaran = 0,1 × Rp 2.707.649.572,-
= Rp 270.764.957,-
Total biaya perawatan (S) = Rp 38.807.269.221,-
2.3.5 Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost)
Biaya tambahan industri ini diperkirakan 20 % dari modal investasi tetap
(Timmerhaus et al, 2004).
Plant Overhead Cost (T) = 0,2 x Rp 524.876.796.444,-
= Rp 104.975.359.289,- 2.3.6 Biaya Administrasi Umum
Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U) = Rp. 1.610.334.798,-
2.3.7 Biaya Pemasaran dan Distribusi
Biaya pemasaran selama 1 tahun = Rp 1.610.334.798,-
Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran, sehingga :
Biaya distribusi = 0,5 x Rp 1.610.334.798,- = Rp 805.167.399,-
Biaya pemasaran dan distribusi (V) = Rp 2.415.502.196,-
2.3.8 Biaya Laboratorium, Penelitan dan Pengembangan
Diperkirakan 5 % dari biaya tambahan industri (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya laboratorium (W) = 0,05 x Rp 104.975.359.289 ,-
= Rp 5.248.767.964,-
Universitas Sumatera Utara
LC-441
2.3.9 Hak Paten dan Royalti
Diperkirakan 1% dari modal investasi tetap (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya hak paten dan royalti (X) = 0,01 x Rp 524.876.796.444 ,-
= Rp 5.248.767.964,-
2.3.10 Biaya Asuransi
1. Biaya asuransi pabrik. adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap
langsung (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI, 2009).
= 0,0031 × Rp 524.876.796.444,-
= Rp 1.220.022.956,-
2. Biaya asuransi karyawan.
Biaya asuransi pabrik adalah 4,24% dari gaji (PT. Jamsostek, 2007).
Maka biaya asuransi karyawan = 0,0424 x Rp 1.610.334.798,-
= Rp 68.278.195,-
Total biaya asuransi (Y) = Rp 1.288.301.151,-
Total Biaya Tetap = P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y +Z
= Rp 290.364.070.669,- 2.4 Biaya Variabel
2.4.1 Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun
Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 330 hari adalah
Rp 285.810.639.373,-
Biaya Variabel Tambahan
1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 1% dari biaya variabel bahan baku
Biaya variabel pemasaran = 0,01 × Rp 285.810.639.373 ,-
= Rp 2.858.106.394.,-
2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi
Diperkirakan 10 % dari biaya variabel bahan baku
Universitas Sumatera Utara
LC-442
Biaya perawatan lingkungan = 0,1 × Rp 285.810.639.373,-
= Rp 28.581.063.937,-
Total biaya variabel tambahan = Rp 31.439.170.331,-
2.4.2 Biaya Variabel Lainnya
Diperkirakan 5 % dari biaya variabel tambahan
= 0,05 × Rp 31.439.170.331 ,-
= Rp 1.571.958.517,-
Total biaya variabel = Rp 318.821.768.220,-
Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel
= Rp 290.364.070.669 ,- + Rp 318.821.768.220 ,-
= Rp 609.185.838.889,-
3 Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan
3.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto)
Laba atas penjualan = total penjualan – total biaya produksi
= Rp 893.452.764.917,- – Rp 609.185.838.889,-
= Rp 284.266.926.027,-
Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5 % dari keuntungan perusahaan
= 0,005 x Rp 284.266.926.027 ,-
= Rp 1.421.334.630,-
Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UURI No. 17/00
Pasal 6 ayat 1 sehingga :
Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 284.266.926.027,- − Rp 1.421.334.630 ,-
= Rp 282.845.591.397,-
Universitas Sumatera Utara
LC-443
3.2 Pajak Penghasilan
Berdasarkan UURI Nomor 17 ayat 1 Tahun 2000, Tentang Perubahan
Ketiga atas Undang-undang Nomor 7 Tahun 1983 Tentang Pajak Penghasilan
adalah (Rusjdi, 2004):
Penghasilan sampai dengan Rp 50.000.000,- dikenakan pajak sebesar 10%.
Penghasilan Rp 50.000.000,- sampai dengan Rp 100.000.000,- dikenakan
pajak sebesar 15 %.
Penghasilan di atas Rp 100.000.000,- dikenakan pajak sebesar 30 %.
Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah:
- 10 % × Rp 50.000.000 = Rp 5.000.000,-
- 15 % × (Rp 100.000.000- Rp 50.000.000) = Rp 7.500.000,-
- 30% × (Rp 282.845.591.397 – Rp 100.000.000) = Rp 84.823.677.419,-
Total PPh = Rp 84.836.177.419,-
Laba setelah pajak
Laba setelah pajak = laba sebelum pajak – PPh
= Rp 282.845.591.397,- – Rp 84.836.177.419 ,-
= Rp 198.009.413.978,-
4 Analisa Aspek Ekonomi
4.1 Profit Margin (PM)
PM = penjualantotal
pajaksebelumLaba× 100 %
PM = %1004.917893.452.761.397282.845.59 x
= 31,66 %
4.2 Break Even Point (BEP)
BEP = VariabelBiayaPenjualanTotal
TetapBiaya−
× 100 %
Universitas Sumatera Utara
LC-444
BEP = %1008.220318.821.764.917893.452.76
0.669290.364.07 x−
= 50,53%
Kapasitas produksi pada titik BEP = 50,53% × 120.000 ton/tahun
= 60.636,6323 ton/tahun
Nilai penjualan pada titik BEP = 50,53 % x Rp 893.452.764.917
= Rp 451.466.390.194,-
4.3 Return on Investment (ROI)
ROI = investasi modal Total
pajak setelah Laba × 100 %
ROI = 100%x 5.435,-871.308.63 Rp
3.978,-198.009.41 Rp
= 22,73 %
5.4 Pay Out Time (POT)
POT = tahun1x 0,2273
1
POT = 4,4 tahun
5.5 Return on Network (RON)
RON = sendiriModal
pajaksetelahLaba × 100 %
RON = 100%x 1.261,-522.785.18 Rp
3.978,-198.009.41 Rp
RON = 37,88%
5.6 Internal Rate of Return (IRR)
Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan
pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “Cash Flow”. Untuk
memperoleh cash flow diambil ketentuan sebagai berikut:
- Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 % tiap tahun
Universitas Sumatera Utara
LC-445
- Masa pembangunan disebut tahun ke nol
- Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun
- Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10
- Cash flow adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan.
Dari Tabel LE.11, diperoleh nilai IRR = 35,23 %
Universitas Sumatera Utara
LC-446
Tabel LE.11 Data P erhitungan Internal Rate of Return (IRR)
Thn Laba sebelum pajak Pajak Laba Sesudah
pajak Depresiasi Net Cash Flow P/F
pada i = 35%
PV pada i = 35% P/F
pada i = 36%
PV pada i = 36%
0 - - - - -871.308.635.435 1 -871.308.635.435 1 -871.244.567.227 1 282.845.591.397 84.836.177.419 198.009.413.978 68.881.919.052 266.891.333.030 0,7407 197.697.283.726 0,7353 196.243.627.228 2 311.130.150.537 93.321.545.161 217.808.605.376 68.881.919.052 286.690.524.428 0,5487 157.306.186.243 0,5407 155.001.364.851 3 342.243.165.591 102.655.449.677 239.587.715.913 68.881.919.052 308.469.634.965 0,4064 125.375.048.505 0,3975 122.629.708.079 4 376.467.482.150 112.922.744.645 263.544.737.505 68.881.919.052 332.426.656.557 0,3011 100.083.104.332 0,2923 97.171.791.164 5 414.114.230.365 124.216.769.109 289.897.461.255 68.881.919.052 358.779.380.307 0,2230 80.012.646.049 0,2149 77.113.947.166 6 455.525.653.401 136.640.196.020 318.885.457.381 68.881.919.052 387.767.376.433 0,1652 64.057.304.134 0,1580 61.282.689.677 7 501.078.218.741 150.305.965.622 350.772.253.119 68.881.919.052 419.654.172.171 0,1224 51.351.740.228 0,1162 48.766.230.446 8 551.186.040.615 165.338.312.185 385.847.728.431 68.881.919.052 454.729.647.483 0,0906 41.217.640.055 0,0854 38.854.560.722 9 606.304.644.677 181.873.893.403 424.430.751.274 68.881.919.052 493.312.670.326 0,0671 33.122.137.341 0,0628 30.993.605.066 10 666.935.109.145 200.063.032.743 466.872.076.401 68.881.919.052 535.753.995.453 0,0497 26.645.736.791 0,0462 24.750.064.487
5.560.260.178
-18.501.046.550
IRR= 35%)-(36%x 46.550)(-18.501.0-1785.624.260.
1785.624.260.%35 +
IRR = 35,23 %
Universitas Sumatera Utara