Appendix static mixer.pdf
-
Upload
naldi-sinaga -
Category
Documents
-
view
118 -
download
8
description
Transcript of Appendix static mixer.pdf
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas produksi : 71.280 ton/tahun
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Waktu kerja pertahun : 330 hari
Satuan operasi : kg/jam
Kapasitas tiap jam =
ton1kg1.000x
jam24hari1x
hari330tahun1x
tahunton280.17
= 9.000 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Static Mixer I1 2
Mix Joint I
H2O
5 6
NaClH2O Gliserin
7 8
EDTAH2O
14
Plate Exchanger I
Plate Exchanger IIHomogenizer I
Plug Flow Reactor Homogenizer II
Vacuum Spray Dryer
Cyclone Separator I
Cyclone Separator IISteam Ejector
3
4
1213
1110
15
171921
Static Mixer II
9
16182022
H2O
Mix Joint II
23
Asam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
NaOHH2O
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis Gambar LA.1 Neraca OverallPembuatan Soap Noodle
Universitas Sumatera Utara
PERHITUNGAN SECARA OVERALL
1. Degree of Freedom (Derajat Kebebasan)
OVERALL
NaOHH2O
H2ONaClH2O
Gliserin EDTAH2O
Asam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
H2O
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
1
2
5 6 7 8 14
22
23
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
Jumlah Variabel : 34
Jumlah Neraca : 13
Jumlah Spesifikasi
- Komposisi : 18
Hubungan pembantu : 2
Konversi : 1
Derajat Kebebasan : 0
2. Perhitungan Neraca Overall
Diketahui data:
Reaksi:
H2Omasuk total per umpan : 1879,65 kg/jam
Komposisi stearin:
Asam palmitat : 51,6%
Asam stearat : 6,8%
O O R-COH + NaOH ↔ R-CONa + H2O fatty acid natrium soap noodle air hidroksida
Universitas Sumatera Utara
Asam oleat : 34,9%
Asam linoleat : 6,1%
Impuritis : 0,6%
Acid Value stearin : 207,2
Komposisi PKO:
Asam laurat : 52,9%
Asam miristat : 15,6%
Asam palmitat : 12,5%
Asam stearat : 3,8%
Asam oleat : 13,3%
Asam linoleat : 1,7%
Impuritis : 0,2%
Acid Value PKO : 250,6
Perbandingan laju stearin terhadap PKO : 80% : 20%
Komposisi NaOH:
NaOH : 48%
H2O : 52%
Komposisi NaCl:
NaCl : 20%
H2O : 80%
Komposisi EDTA:
EDTA : 25%
H2O : 75%
Yield:
NaOH : 0,02 %
NaCl : 0,5%
Gliserin : 0,45%
H2O : 12,5%
EDTA : 0,15%
Konversi fatty acid : 100%
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan:
F23 = 9000 kg/jam
F1 = F2 = 4F2
Acid valuerata-rata = 80% × 207,2 + 20% × 250,6 = 215,88
W1fatty acid = 100% - 0,6% = 99,4%
W2fatty acid = 100% - 0,2% = 99,8%
Neraca massa komponen:
Impuritis:
0,6% F1 + 0,2%F2 = W23impuritis F23
0,006 × 4F2 + 0,002 F2 = W23impuritis F23
0,026 F2 = W23impuritis F23
W23impuritis =
Anhydrous soap:
W23anhydrous soap = 100% - (0,02% + 0,5% + 0,45% +
12,5% + 0,15% + W23impuritis)
W23anhydrous soap = 86,38% - W23
impuritis
W23anhydrous soap × F23 =
(86,38% - W23impuritis ) × F23 =
(86,38% - ) × F23 = 4,974
0,8638F23 -0,026 = 4,974
0,8638× 9000 kg/jam - 0,026 = 4,974
7774,2 kg/jam - 0,026 = 4,974 1,084658824
7774,2 kg/jam = 5,395092988 + 0,026
7774,2 kg/jam = 5,421092988
= 1434,065052 kg/jam
F1 =4F2 = 5736,260209 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
NaOH:
48% F5 = + 0,02% F23
48%F5 = +
0,02% × 9000 kg/jam
48%F5 = 1097,954082 kg/jam + 1,8 kg/jam
48%F5 = 1099,754082 kg/jam
F5 = 2291,15433 kg/jam
NaCl:
20% F7 = 0,5% F23
F7 = F23
F7 = 0,025 9000 kg/jam
F7 = 225 kg/jam
Gliserin:
F8 = 0,45% F23
F8 = 0,0045 × 9000 kg/jam
F8 = 40,5 kg/jam
EDTA:
25% F14 = 0,15% F23
F14 = F23
F14 = 0,006 9000 kg/jam
F14 = 54 kg/jam
H2O:
52% F5 + F6 + 80% F7 + 75% F14 = 1879,65 kg/jam
0,52 2291,15433 kg/jam + F6 + 0,8 225 kg/jam + 0,75 54 kg/jam =
1670,8 kg/jam F6 + 1411,90025 kg/jam = 1879,65 kg/jam F6 = 467,74974 kg/jam
52% F5 + F6 + 80% F7 + 75% F14 + = F22 +
12,5% F23
Universitas Sumatera Utara
1879,65 kg/jam + = F22 + 0,125 9000
kg/jam 2373,72933 kg/jam = F22 + 1125 kg/jam
F22 = 1248,72933 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
1. Mix Joint-2
1618
20Mix Joint II
23
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Diketahui data:
Yield:
NaOH : 0,02 %
NaCl : 0,5%
Gliserin : 0,45%
H2O : 12,5%
EDTA : 0,15%
Perbandingan berat soap noodle pelet terhadap dust soap noodle = 97% : 3%
Perbandingan berat dust soap noodle di cyclone separator I dan II = 2 : 1
Komposisi soap noodle pelet dan dust soap noodle sama
Perhitungan:
F16 = 97% F23
= 0,97 9000 kg/jam
= 8730 kg/jam
F18 = 3% F23
= 2% F23
Universitas Sumatera Utara
= 0,02 9000 kg/jam
= 180 kg/jam
F20 = 180 kg/jam
= 90 kg/jam
Fraksi berat komponen:
W23impuritis =
=
= 0,004142855
W23anhydrous soap = 86,38% - W23
impuritis
= 0,8638 - 0,004142855
= 0,859657145
2. Steam Ejector(L-301)
Alat ini digunakan untuk menciptakan keadaan vakum dalam vacuum spray dryer.
Prinsip kerja alat:
Melalui prinsip Bernoullie yang mengubah energi tekanan fluida penggerak menjadi
energi gerak sehingga tercipta zona tekanan rendah yang menarik fluida terhisap
(Wikipedia, 2010a).
Steam Ejector21
22
H2O
H2O
Perhitungan:
Neraca massa total:
F21 = F22
= 1248,72933 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
3. Cyclone Separator-2(FG-302)
Alat ini digunakan untuk memisahkan debu-debu dari udara yang terhisap ke steam
ejector.
Prinsip kerja alat:
Pemisahan terjadi akibat efek rotasi dan gravitasi. Efek rotasi dihasilkan dari udara
berkecepatan tinggi dalam kontainer berbentuk silinder atau kerucut yang mengalir
dalam bentuk spiral ke bawah kemudian keluar melalui pusat siklon dan keluar ke
atas (Wikipedia, 2010b).
Cyclone Separator II
1921
20
H2O
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Perhitungan:
Neraca massa total:
F19 = F20 + F21
= 90 kg/jam + 1248,72933kg/jam
= 1338,72933kg/jam
Neraca massa komponen:
Impuritis:
F19impuritis = W20
impuritis F20
= 0,004142855 90 kg/jam
= 0,372857 kg/jam
Anhydrous soap:
F19unhydrous soap = W20
unhydrous soapF20
= 0,859657145 90 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
= 77,369143 kg/jam
NaOH:
F19NaOH = W20
NaOH F20
= 0,0002 90 kg/jam
= 0,018 kg/jam
NaCl:
F19NaCl = W20
NaCl F20
= 0,005 90 kg/jam
= 0,45 kg/jam
Gliserin:
F19Gliserin = W20
Gliserin F20
= 0,0045 90 kg/jam
= 0,405 kg/jam
EDTA:
F19EDTA = W20
EDTA F20
= 0,0015 90 kg/jam
= 0,135 kg/jam
H2O:
F19H2O = W20
H2O F20 +F21
= 0,125 90 kg/jam + 1248,72933kg/jam
= 1259,97933 kg/jam
4. Cyclone Separator-1 (FG-301)
Alat ini digunakan untuk memisahkan debu-debu dari udara yang terhisap ke steam
ejector.
Prinsip kerja alat:
Pemisahan terjadi akibat efek rotasi dan gravitasi. Efek rotasi dihasilkan dari udara
berkecepatan tinggi dalam kontainer berbentuk silinder atau kerucut yang mengalir
dalam bentuk spiral ke bawah kemudian keluar melalui pusat siklon dan keluar ke
atas (Wikipedia, 2010b).
Universitas Sumatera Utara
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Cyclone Separator I
1719
18Anhydrous soap
NaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Perhitungan:
Neraca massa total:
F17 = F18 + F19
= 180 kg/jam + 1338,72933kg/jam
= 1518,72933 kg/jam
Neraca massa komponen:
Impuritis:
F17impuritis = W18
impuritis F18 + F19impuritis
= 0,004142855 180 kg/jam + 0,372857 kg/jam
= 1,1185709 kg/jam
Anhydrous soap:
F17unhydrous soap = W18
unhydrous soapF18 + F19unhydrous soap
= 0,859657145 180 kg/jam + 77,369143 kg/jam
= 232,107429 kg/jam
NaOH:
F17NaOH = W18
NaOH F18 + F19NaOH
= 0,0002 180 kg/jam + 0,018 kg/jam
= 0,054 kg/jam
NaCl:
F17NaCl = W18
NaCl F18 + F19NaCl
= 0,005 180 kg/jam + 0,45 kg/jam
= 1,35 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Gliserin:
F17Gliserin = W18
Gliserin F18 + F19Gliserin
= 0,0045 180 kg/jam + 0,405 kg/jam
= 1,215 kg/jam
EDTA:
F17EDTA = W18
EDTA F18 + F19EDTA
= 0,0015 180 kg/jam + 0,135 kg/jam
= 0,405 kg/jam
H2O:
F17H2O = W18
H2O F18 +F19H2O
= 0,125 180 kg/jam + 1259,97933 kg/jam
= 1282,47933 kg/jam
5. Vacuum Spray Dryer (D-301)
Alat ini digunakan untuk mengeringkan soap noodle yang dihasilkan.
Prinsip kerja alat:
Slurry yang akan dikeringkan disemprotkan melalui sebuah noozle sehingga
terbentuk padatan dalam bentuk butiran (Wikipedia, 2010c).
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Vacuum Spray Dryer
15
17
16
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan:
Neraca massa total:
F15 = F16 + F17
= 8730 kg/jam + 1518,72933 kg/jam
= 10248,72933 kg/jam
Neraca massa komponen:
Impuritis:
F15impuritis = W16
impuritis F16 + F17impuritis
= 0,004142855 8730 kg/jam + 1,1185709 kg/jam
= 37,28569 kg/jam
Anhydrous soap:
F15unhydrous soap = W16
unhydrous soapF16 + F17unhydrous soap
= 0,859657145 8730 kg/jam + 232,107429 kg/jam
= 7736,91430 kg/jam
NaOH:
F15NaOH = W16
NaOH F16 + F17NaOH
= 0,0002 8730 kg/jam + 0,054 kg/jam
= 1,8 kg/jam
NaCl:
F15NaCl = W16
NaCl F16 + F17NaCl
= 0,005 8730 kg/jam + 1,35 kg/jam
= 45 kg/jam
Gliserin:
F15Gliserin = W16
Gliserin F16 + F17Gliserin
= 0,0045 8730 kg/jam + 1,215 kg/jam
= 40,5 kg/jam
EDTA:
F15EDTA = W16
EDTA F16 + F17EDTA
= 0,0015 8730 kg/jam + 0,405 kg/jam
= 13,5 kg/jam
H2O:
F15H2O = W16
H2O F16 +F17H2O
Universitas Sumatera Utara
= 0,125 8730 kg/jam + 1282,47933 kg/jam
= 2373,72933 kg/jam
6. Homogenizer-2(M-202)
Alat ini digunakan untuk menyatukan dua fasa yang berbeda agar sefasa.
Prinsip kerja alat:
Dua campuran yang berbeda akan dicampurkan sehingga terbentuk menjadi satu
campuran.
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
14Homogenizer II
13
15
EDTAH2O
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinH2O
Impuritis
Perhitungan:
Neraca massa total:
F13 + F14 = F15
F13 + 54 kg/jam = 10248,72933 kg/jam
F13 = 10194,72933 kg/jam
Neraca massa komponen:
Impuritis:
F13impuritis = F15
impuritis
F13impuritis = 37,28569 kg/jam
Anhydrous soap:
F13 unhydrous soap = F15
unhydrous soap
= 7736,91430 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
NaOH:
F13NaOH = F15
NaOH
= 1,8 kg/jam
NaCl:
F13NaCl = F15
NaCl
= 45 kg/jam
Gliserin:
F13Gliserin = F15
Gliserin
= 40,5 kg/jam
EDTA:
F14EDTA
= F15EDTA
F14EDTA = 13,5 kg/jam
H2O:
F14H2O =F14 - F14
EDTA
= 54 kg/jam -13,5 kg/jam
= 40,5 kg/jam
F13H2O+F14
H2O =F15H2O
F13H2O+40,5 kg/jam = 2373,72933 kg/jam
F13H2O = 2333,22933 kg/jam
7. Plug Flow Reactor (R-201)
Alat ini digunakan sebagai tempat berlangsungnya reaksi netralisasi.
Prinsip kerja alat:
Umpan yang masuk ke reaktor akan dilewatkan pada kecepatan tinggi sehingga
turbulensi yang dihasilkan melalui aliran menghasilkan pencampuran dalam reaktor.
Universitas Sumatera Utara
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinH2O
Impuritis
Plug Flow Reactor12 13
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatNaOHNaCl
GliserinH2O
Impuritis
Diketahui data:
Reaksi:
Perhitungan:
F12fatty acid = F12
asam laurat + F12asam miristat + F12
asam palmitat + F12asam
stearat + F12asam oleat + F12
asam linoleat
F13anhydrous soap =
7736,91430 kg/jam =
F12fatty acid = 7133,0395 kg/jam
Neraca massa komponen:
Impuritis:
F12impuritis = F13
impuritis
= 37,28569 kg/jam
NaOH:
F12NaOH = F13
NaOH +
= 1,8 kg/jam +
= 1099,75406 kg/jam NaCl:
F12NaCl = F13
NaCl
O O
R-COH + NaOH ↔ R-CONa + H2O fatty acid natrium soap noodle air
hidroksida
Universitas Sumatera Utara
= 45 kg/jam
Gliserin:
F12Gliserin = F13
Gliserin
= 40,5 kg/jam
H2O:
F12H2O =F13
H2O -
= 2333,22933 kg/jam -
= 1839,15 kg/jam
8. Homogenizer-1(M-201)
Alat ini digunakan untuk menyatukan dua fasa yang berbeda agar sefasa.
Prinsip kerja alat:
Dua campuran yang berbeda akan dicampurkan sehingga terbentuk menjadi satu
campuran.
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatNaOHNaCl
GliserinH2O
Impuritis
Homogenizer I
4
12
11NaOHNaCl
GliserinH2O
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan:
Neraca massa komponen:
Impuritis:
F4impuritis = F12
impuritis
= 37,28569 kg/jam
NaOH:
F11NaOH = F12
NaOH
= 1099,75406 kg/jam
NaCl:
F11NaCl = F12
NaCl
= 45 kg/jam
Gliserin:
F11Gliserin = F12
Gliserin
= 40,5 kg/jam
H2O:
F11H2O =F12
H2O
= 1839,15 kg/jam
Neraca massa total:
F11 = 1099,7540 kg/jam + 45 kg/jam + 40,5 kg/jam +
1839,15 kg/jam
= 3024,404069 kg/jam
F4 + F11 = F12
F4 = 10194,7293 kg/jam - F11
= 10194,7293 kg/jam - 3024,404069 kg/jam
= 7170,32526 kg/jam
9. Plate Exchanger-2 (E-102)
Alat ini digunakan untuk memanaskan campuran NaOH, NaCl, gliserin dan H2O.
Prinsip kerja alat:
Campuran yang masuk akan dipanaskan sewaktu melewati pelat-pelat bersamaan
dengan steam dengan pola aliran berlawanan arah laluan tunggal susunan U.
Universitas Sumatera Utara
NaOHNaCl
GliserinH2O
Plate Exchanger II11
10
NaOHNaCl
GliserinH2O
Perhitungan:
Neraca massa komponen:
NaOH:
F10NaOH = F11
NaOH
= 1099,75406 kg/jam
NaCl:
F10NaCl = F11
NaCl
= 45 kg/jam
Gliserin:
F10Gliserin = F11
Gliserin
= 40,5 kg/jam
H2O:
F10H2O =F11
H2O
= 1839,15 kg/jam
10. Static Mixer-2 (M-102)
Alat ini digunakan untuk mencampur campuran NaOH, NaCl, gliserin dan H2O.
Prinsip kerja alat:
Campuran masuk melalui sekat-sekat yang memicu terjadinya pusaran sehingga
terjadi pencampuran.
Universitas Sumatera Utara
NaOHNaCl
GliserinH2O
10
Static Mixer
9
NaOHNaCl
GliserinH2O
Perhitungan:
Neraca massa komponen:
NaOH:
F9NaOH = F10
NaOH
= 1099,75406 kg/jam
NaCl:
F9NaCl = F10
NaCl
= 45 kg/jam
Gliserin:
F9Gliserin = F10
Gliserin
= 40,5 kg/jam
H2O:
F9H2O =F10
H2O
= 1839,15 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
11. Mix Joint-1
NaOHNaCl
GliserinH2O
Mix Joint I
H2O
5 6
NaClH2O Gliserin
7 8
9
NaOHH2O
Perhitungan:
Neraca massa komponen:
NaOH:
F5NaOH = F9
NaOH
= 1099,75406 kg/jam
NaCl:
F7NaCl = F9
NaCl
= 45 kg/jam
Gliserin:
F8Gliserin = F9
Gliserin
= 40,5 kg/jam
H2O:
52% F5 + F6 + 80% F7
=F9H2O
0,52 2291,1543 kg/jam + F6 + 0,8 225 kg/jam = 1839,15 kg/jam
F6 + 1371,4002 kg/jam = 1839,15 kg/jam
F6 = 467,7497 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
12. Plate Exchanger-1 (E-101)
Alat ini digunakan untuk memanaskan campuran fatty acid.
Prinsip kerja alat:
Campuran yang masuk akan dipanaskan sewaktu melewati pelat-pelat bersamaan
dengan steam dengan pola aliran berlawanan arah laluan tunggal susunan U.
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
Plate Exchanger I
3
4
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
Perhitungan:
Neraca massa total:
F3 =F4
= 7170,32526 kg/jam
13. Static Mixer-1 (M-101)
Alat ini digunakan untuk mencampur stearin dan PKO.
Prinsip kerja alat:
Stearin dan PKO diaduk secara mekanis.
Universitas Sumatera Utara
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
Mixer1 2
3
Asam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
Perhitungan:
Neraca massa komponen:
Asam laurat:
F3asam palmitat = 52,9% F2
= 0,529 1434,065052 kg/jam
= 758,6204 kg/jam
Asam miristat:
F3asam miristat = 15,6% F2
= 0,156 1434,065052 kg/jam
= 223,7141 kg/jam
Asam palmitat:
F3asam palmitat = 51,6% F1 + 12,5% F2
= 0,516 5736,260209 kg/jam + 0,125
1434,065052 kg/jam
= 3139,1684 kg/jam
Asam stearat:
F3asam stearat = 6,8% F1 + 3,8% F2
= 0,068 5736,260209 kg/jam + 0,038
1434,065052 kg/jam
= 444,56016 kg/jam
Asam oleat:
F3asam oleat = 34,9% F1 + 13,3% F2
Universitas Sumatera Utara
= 0,349 5736,260209 kg/jam + 0,133
1434,065052 kg/jam
= 2192,6854 kg/jam
Asam linoleat:
F3asam linoleat = 6,1% F1 + 1,7% F2
= 0,061 5736,260209 kg/jam + 0,017
1434,065052 kg/jam
= 374,2909 kg/jam
Impuritis:
F3impuritis = 0,6% F1 + 0,2% F2
= 0,006 5736,260209 kg/jam + 0,002
1434,065052 kg/jam
= 37,2856 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA ENERGI
Basis perhitungan : 1 jam
Satuan operasi : Joule/jam (J/jam)
Suhu referensi : 30 °C (303,15 K)
Neraca energi ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:
- Perhitungan panas yang masuk dan keluar
Q = H =
Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi:
Q = =
- Perhitungan panas reaksi:
Q =
- Perhitungan panas penguapan
Q = λ
Perhitungan estimasi CpL(J/mol.K) dengan menggunakan metode Chueh dan
Swanson dengan rumus:
CpL = ∑=
n
i 1
Ni ∆Cpi + 18,83m
Dengan:
CpL = kapasitas panas cairan pada 293,15 K, J/mol K
n = jumlah gugus yang berbeda dalam senyawa
Ni = jumlah gugus i dalam senyawa
∆Cpi = nilai numerik kontribusi gugus i
m = jumlah gugus karbon yang membutuhkan kontribusi tambahan, yang mana
merupakan gugus yang terikat oleh ikatan tunggal ke sebuah gugus karbon yang
selanjutnya terikat ke gugus karbon yang ketiga oleh ikatan rangkap dua maupun
rangkap tiga. Jika sebuah gugus karbon memenuhi kriteria ini dengan lebih dari dari
satu cara, maka m harus ditambah satu untuk setiap cara, dan kontribusi tambahan
Universitas Sumatera Utara
yang pertama untuk gugus -CH2- adalah 10,46 J/mol K. Tetapi jika ada gugus -CH2-
yang memenuhi kriteria ini untuk cara kedua, nilai kontribusi tambahan kedua
kembali ke nilai 18,83 J/mol K
Nilai kontribusi gugus untuk perhitungan dengan metode Chueh dan Swansondapat
dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel LB.1 Nilai Kontribusi Gugus pada Perhitungan Cpdengan Metode Chueh dan
Swanson
Gugus Harga -CH3 36,82 -CH2- 30,38 -CH= 21,34
-COOH 79,91 (Perry, 1999)
Perhitungan estimasi CPs (J/mol K) dengan menggunakan metode Hurst and Harrison
dengan rumus:
CpS = ∑=
n
i 1
Ni ∆Ei
Dengan:
CpS = kapasitas panas solid pada suhu 298.15 K, J/mol K
n = jumlah unsur atom yang berbeda dalam senyawa
Ni = jumlah unsur atom i dalam senyawa
∆Ei = nilai numerik kontribusi unsur atom i
Nilai kontribusi elemen atomuntuk perhitungan dengan metodeHurst and Harrison
dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel LB.2 Nilai Elemen Atom pada Perhitungan Cp dengan metode Hurst and
Harrison
Elemen atom ∆E C 10,89 H 7,56 O 13,42 N Na
18,74 26,19
(Perry, 1999)
Universitas Sumatera Utara
Data nilai-nilai Cp sesuai literatur:
Cpasam laurat = 2,15 J/g oC = 2.150 J/kg K (Anonim, 2000a)
Cpasam miristat = 2,26 J/g oC = 2.260 J/kg K (Anonim, 2000b)
Cpasam palmitat = 2,73 J/g oC = 2.730 J/kg K (Anonim, 2000c)
Cpasam stearat = 2,30 J/g oC = 2.300 J/kg K (Anonim, 2000d)
Cpasam oleat = 2,046 J/g oC = 2.046 J/kg K (Anonim, 2000e)
Cpcopper = 5,44 + 0,001462T kal/mol.K (Perry, 1999)
Cpiron = 4,13 + 0,00638T kal/mol.K (Perry, 1999)
Cpair = 4184 J/kg K
CpNaCl = 10,79 + 0,00420T kal/mol K (Perry, 1999)
= 772,3757057 + 0,3006467066T J/kg K
Cpgliserin = 0,555 kal/g oC = 2.322,12 J/kg K (15oC = 283,15 K) (Perry, 1999)
Cpgliserin = 0,576 kal/g oC = 2.409,984 J/kg K (32 oC = 305,15 K) (Perry, 1999)
Cpsoap noodle = 0,6 kkal/kg oC = 2.510,4 J/kg K
Data nilai-nilai Cp yang dihitung:
1. Asam linoleat (CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH, BM = 280,45):
Cpasam linoleat = 1(-CH3) + 12(-CH2-) + 4(-CH=) + 1(-COOH) + 10,46 + 3(18,83)
= 1(36,82) + 12(30,38) +4(21,34) + 1(79,91)+ 10,46 + 3(18,83)
= 633,6 J/mol K
= 2.259,226244 J/kg K (Metode Chueh dan Swanson)
2. NaOH (BM = 39,99711):
CpNaOH = 1Na + 1O + 1H
= 26,19 + 13,42 + 7,56
= 47,17 J/mol K
= 1.179,335207 J/kg K (MetodeHurst and Harrison)
3. Gliserin:
Cpgliserin =
= 832,8252 + 5,168470588T J/kg K
Universitas Sumatera Utara
4. EDTA (C10H16N2O8, BM =292,24):
CpEDTA = 10C + 16H + 2N + 8O
= 10(10,89) + 16(7,56) + 2(18,74) + 8(13,42)
= 374,7 J/mol K
= 1.282,165344 J/kg K (MetodeHurst and Harrison)
5. Impuritis:
Diasumsikan impuritis mengandung 60% tembaga dan 40% besi (BMav = 60,482).
Cpimpuritis = 0,6Cpcopper + 0,4Cpiron
= 0,6(5,44 + 0,001462T) + 0,4(4,13 + 0,00638T)
= 4,916 + 0,0034292T kal/mol K
= 340,0771139 + 0, 2372238484T J/kg K
Panas yang dihasilkan dalam reaksi netralisasi:
= 14 kal/mol asam lemak
=
= 225,40796577 J/kg asam lemak
Steam yang digunakan adalah saturated steam pada tekanan gauge 2 bar.
Psat = 200 kPa + 101,325 kPa = 301,325 kPa
Untuk Psat = 300 kPa, diperoleh data:
Tsat = 133,54 oC (Smith, 2001)
Hliq = 561,429 kJ/kg (Smith, 2001)
Hvap = 2.724,7 kJ/kg (Smith, 2001)
λ = 2.724,7 kJ/kg – 561,429 kJ/kg
= 2.163,271 kJ/kg = 2.163.271 J/kg
Untuk Psat = 325 kPa, diperoleh data:
Tsat = 136,29 oC (Smith, 2001)
Hliq = 573,197 kJ/kg (Smith, 2001)
Hvap = 2.728,3 kJ/kg (Smith, 2001)
Universitas Sumatera Utara
λ = 2.728,3 kJ/kg – 573,197 kJ/kg
= 2.155,103 kJ/kg = 2.155.103 J/kg
Sehingga untuk steam pada Psat = 301,325 kPa:
Tsat =
= 133,7 oC
λ = –
= 2.162.839,527 J/kg
Universitas Sumatera Utara
1. Static Mixer-1 (M-101)
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
Static Mixer I
1
2
3
Asam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
1atm, 60oC
1atm, 30oC
1atm
Perhitungan:
Panas masuk:
Qin = Q1in + Q2
in
- Alur 1 (T = 60 oC = 333,15 K):
Qin =
Tabel LB.3 Panas Masuk StaticMixer-1 pada Alur 1
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam)
CH3-(CH2)14-COOH 2.959,9103 81.900,0000 242.416.650,9543 CH3-(CH2)16-COOH 390,0656 69.000,0000 26.914.532,9026 CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2.001,9548 61.380,0000 122.879.986,4274 CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH 349,9119 67.776,7873 23.715.902,5769 Impuritis 34,4176 12.466,4964 429.066,4048
Total 416.356.139,2661
Universitas Sumatera Utara
- Alur 2 (T = 30oC = 303,15 K):
Qin =
Tabel LB.4 Panas Masuk Static Mixer-1 pada Alur 2
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam)
CH3-(CH2)10-COOH 758,6204 0 0 CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 0 0 CH3-(CH2)14-COOH 179,2581 0 0 CH3-(CH2)16-COOH 54,4945 0 0 CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 190,7307 0 0 CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH 24,3791 0 0 Impuritis 2,8681 0 0
Total 0
Panas masuk total:
Qin = 416.356.139,2661 J/jam + 0 J/jam = 416.356.139,2661 J/jam
Panas keluar:
Qout = Qin
= 416.356.139,2661 J/jam
Tabel LB.5Jumlah Nilai maStaticMixer-1 pada Alur 3
Komponen m (kg/jam)
(J/kg K)
ma (J/jam K)
CH3-(CH2)10-COOH 758,6204 2.150,0000 1.631.033,8873 CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 2.260,0000 505.593,9749 CH3-(CH2)14-COOH 3139,1684 2.730,0000 8.569.929,7309 CH3-(CH2)16-COOH 444,5602 2.300,0000 1.022.488,3823 CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2192,6854 2.046,0000 4.486.234,4615 CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH 374,2910 2.259,2262 845.608,0017 Impuritis 37,2857 340,0771 12.680,0103
Total 17.073.568,4489
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.6Jumlah Nilai mb StaticMixer-1 pada Alur 3
Komponen m (kg/jam)
(J/jam
K2)
mb (J/jam
K) CH3-(CH2)10-COOH 758,6204 0 0 CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 0 0 CH3-(CH2)14-COOH 3139,1684 0 0 CH3-(CH2)16-COOH 444,5602 0 0 CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2192,6854 0 0 CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH 374,2910 0 0 Impuritis 37,2857 0,2372 8,8450
Total 8,8450
Suhu keluar pada alur 3:
Qout =
=
Dimana:
ma(T-303,15) = 17.073.568,4489 T – 17.073.568,4489 (303,15)
= 17.073.568,4489 T –5.175.852.275,2951
mb(T2 – 303,152) = 8,8450 T2 - 8,8450 (303,152)
= 8,8450 T2 – 812.859,8869
Sehingga:
Qout = – –
T = 327,5 K
Universitas Sumatera Utara
2. Plate Exchanger-1(E-101)
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
Plate Exchanger I
3
4
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatImpuritis
Saturated steam Kondensat
1atm327,5 K
1atm, 70oC
2 bar (g)133,7 oC
2 bar (g)133,7 oC
Perhitungan:
Panas masuk (T = 327,5 K):
Qin =
Tabel LB.7 Panas Masuk Plate Exchanger-1
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam) CH3-(CH2)10-COOH 758,6204 52.421,3487 39.767.905,1906 CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 55.103,3712 12.327.403,7491 CH3-(CH2)14-COOH 3139,1684 66.562,9218 208.952.220,8482 CH3-(CH2)16-COOH 444,5602 56.078,6521 24.930.334,9021 CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2192,6854 49.885,6184 109.383.470,2743 CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH 374,2910 55.084,5055 20.617.633,4549 Impuritis 37,2857 10.115,6994 377.170,8471
Total 416.356.139,2661
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar (T = 70 oC = 343,15 K):
Qout =
Tabel LB.8 Panas Keluar Plate Exchanger-1
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam) CH3-(CH2)10-COOH 758,6204 86.000,0000 65.241.355,4919 CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 90.400,0000 20.223.758,9943 CH3-(CH2)14-COOH 3139,1684 109.200,0000 342.797.189,2371 CH3-(CH2)16-COOH 444,5602 92.000,0000 40.899.535,2932 CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2192,6854 81.840,0000 179.449.378,4599 CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH 374,2910 90.369,0497 33.824.320,0688 Impuritis 37,2857 16.669,4400 621.531,5958
Total 683.057.069,1409
Panas yang dibutuhkan:
Q = Qout- Qin
= 683.057.069,1409 J/jam – 416.356.139,2661 J/jam
= 266.700.929,8748 J/jam
Massa saturated steam yang dibutuhkan:
m = = 123,3105kg/jam
3. Plate Exchanger-2(E-102)
NaOHNaCl
GliserinH2O
Plate Exchanger II
11
10
NaOHNaCl
GliserinH2O
Saturated steam Kondensat
1atm, 30 oC
1atm, 70oC
2 bar (g) 133,7 oC
2 bar (g)133,7 oC
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan:
Panas masuk (T = 30 oC = 303,15 K):
Qin =
Tabel LB.9 Panas Masuk Plate Exchanger-2
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam) NaOH 1099,7541 0 0 H2O 1839,1500 0 0 NaCl 45,0000 0 0 Gliserin 40,0500 0 0
Total 0
Panas keluar (T = 70 oC = 343,15 K):
Qout =
Tabel LB.10 Panas Keluar Plate Exchanger-2
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam) NaOH 1099,7541 47.173,4083 51.879.147,7277 H2O 1839,1500 167.360,0000 307.800.144,0000 NaCl 45,0000 34.781,1876 1.565.153,4401 Gliserin 40,0500 100.120,6588 4.054.886,6822
Total 365.299.331,8500
Panas yang dibutuhkan:
Q = Qout - Qin= 365.299.331,8500 J/jam – 0 J/jam= 365.299.331,8500J/jam
Massa saturated steam yang dibutuhkan:
m = =168,8980 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
4. Plug Flow Reactor(R-201)
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinH2O
Impuritis
Plug Flow Reactor12 13
Asam lauratAsam miristatAsam palmitatAsam stearatAsam oleat
Asam linoleatNaOHNaCl
GliserinH2O
Impuritis
Saturated steam
Kondensat
1atm, 70 oC 2 bar, 120oC
2 bar (g) 133,7 oC
2 bar (g)133,7 oC
Perhitungan:
Panas masuk (T = 70 oC = 343,15 K):
Qin =
Tabel LB.11 Panas Masuk Plug Flow Reactor
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam) CH3-(CH2)10-COOH 758,6204 86.000,0000 65.241.355,4919 CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 90.400,0000 20.223.758,9943 CH3-(CH2)14-COOH 3139,1684 109.200,0000 342.797.189,2371 CH3-(CH2)16-COOH 444,5602 92.000,0000 40.899.535,2932 CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2192,6854 81.840,0000 179.449.378,4599 CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH 374,2910 90.369,0497 33.824.320,0688 Impuritis 37,2857 16.669,4400 621.531,5958 NaOH 1099,7541 47.173,4083 51.879.147,7277 H2O 1839,1500 167.360,0000 307.800.144,0000 NaCl 45,0000 34.781,1876 1.565.153,4401 Gliserin 40,0500 100.120,6588 4.054.886,6822
Total 1.048.356.400,9910
Panas reaksi (T = 120oC = 393,15 K):
Qreaksi =
= F12fatty acid
=
= 1.607.843,9394 J/jam
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar (T = 120 oC = 393,15 K):
Qout =
Tabel LB.12 Panas Keluar Plug Flow Reactor
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam) Anhydrous soap 7736,9143 225.936,0000 1.748.047.471,2366 NaOH 1,8000 106.140,1686 191.052,3035 H2O 2333,2293 376.560,0000 878.600.836,9835 NaCl 45,0000 78.934,1271 3.552.035,7192 Gliserin 40,0500 236.900,5412 9.594.471,9173 Impuritis 37,2857 38.039,9937 1.418.347,4647
Total 2.641.404.215,6249
Panas yang dibutuhkan:
Q = Qout–(Qin + Qreaksi)
= 2.641.404.215,6249 – (1.048.356.400,9910+ 1.607.843,9394)
=1.591.439.970,6946J/jam
Massa saturated steam yang dibutuhkan:
m = =735,8105 kg/jam
5. Homogenizer-2 (M-202)
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
14Homogenizer II
13
15
EDTAH2O
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinH2O
Impuritis
1atm, 30 oC2 bar, 120oC
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan:
Panas masuk:
Qin = Q13in + Q14
in
- Alur 13 (T = 120 oC = 393,15 K):
Qin =
Tabel LB.13 Panas Masuk Homogenizer-2 pada Alur 13
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam) Anhydrous soap 7736,9143 225.936,0000 1.748.047.471,2366 NaOH 1,8000 106.140,1686 191.052,3035 H2O 2333,2293 376.560,0000 878.600.836,9835 NaCl 45,0000 78.934,1271 3.552.035,7192 Gliserin 40,0500 236.900,5412 9.594.471,9173 Impuritis 37,2857 38.039,9937 1.418.347,4647
Total 2.641.404.215,6249
- Alur 14 (T = 30oC = 303,15 K):
Qin =
Tabel LB.14 Panas Masuk Homogenizer-2 pada Alur 14
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam)
H2O 40,50000 0 0 EDTA 13,50000 0 0
Total 0
Panas masuk total:
Qin = 2.641.404.215,6249 J/jam + 0 J/jam = 2.641.404.215,6249 J/jam
Panas keluar:
Qout = Qin
= 2.641.404.215,6249 J/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.15Jumlah Nilai maHomogenizer-2 pada Alur 15
Komponen m (kg/jam)
(J/kg K)
ma (J/jam K)
Anhydrous soap 7736,9143 2.510,4000 19.422.749,6804 NaOH 1,8000 1.179,3352 2.122,8034 H2O 2373,7293 4.184,0000 9.931.683,5220 NaCl 45,0000 772,3757 34.756,9068 Gliserin 40,0500 832,8252 33.729,4206 EDTA 13,5000 1.282,1653 17.309,2321 Impuritis 37,2857 340,0771 12.680,0103
Total 29.455.031,5756
Tabel LB.16Jumlah Nilai mbHomogenizer-2 pada Alur 15
Komponen m (kg/jam)
(J/jam K2)
mb (J/jam K)
Anhydrous soap 7736,9143 0 0 NaOH 1,8000 0 0 H2O 2373,7293 0 0 NaCl 45,0000 0,3006 13,5291 Gliserin 40,0500 5,1685 209,3231 EDTA 13,5000 0 0 Impuritis 37,2857 0,2372 8,8451
Total 231,6972
Suhu keluar pada alur 15:
Qout =
=
Dimana:
ma(T-303,15) = 29.455.031,5756 T – 29.455.031,5756 (303,15)
= 29.455.031,5756 T –8.929.292.822,1493
mb(T2 – 303,152) = 231,6972T2 - 231,6972 (303,152)
= 231,6972T2 – 21.292.956,1760
Sehingga:
Qout = – –
Universitas Sumatera Utara
T = 392,6 K
6. Vacuum Spray Dryer (D-301)
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Vacuum Spray Dryer
15
17
16
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
Anhydrous soapNaOHNaCl
GliserinEDTAH2O
Impuritis
50 milibar
50 milibar
2 bar392,6 K
Saturated steam
Kondensat
2 bar (g)133,7 oC
2 bar (g)133,7 oC
Perhitungan:
Panas masuk (T = 392,6 K):
Qin =
Tabel LB.17 Panas Masuk Vacuum Spray Dryer
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam) Anhydrous soap 7736,9143 225.936,0000 1.748.047.471,2366 NaOH 1,8000 106.140,1686 191.052,3035 H2O 2333,2293 376.560,0000 878.600.836,9835 NaCl 45,0000 78.934,1271 3.552.035,7192 Gliserin 40,0500 236.900,5412 9.594.471,9173 EDTA 37,2857 38.039,9937 1.418.347,4647
Universitas Sumatera Utara
Impuritis 7736,9143 225.936,0000 1.748.047.471,2366 Total 2.641.404.215,6249
Panas keluar:
Qout = Q16out + Q17
out
- Alur 16:
Qout =
Untuk air, diketahui:
Tsat = 30 oC (P = 4,246 kPa) (Geankoplis, 2003)
Tsat = 33 oC (P = 5,034 kPa) (Geankoplis, 2003)
Titik didih air pada tekanan 50 milibar (5 kPa) adalah:
TsatP = 5 kPa = –
= 32,9 oC = 306,0 K
Tabel LB.18 Panas Keluar Vacuum Spray Dryer pada Alur 16
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam) Anhydrous soap 7504,8069 7.206,2497 54.081.512,6691 NaOH 1,7460 3.385,3506 5.910,8221 H2O 1091,2500 12.010,4162 13.106.366,7257 NaCl 43,6500 2.480,0139 108.252,6082 Gliserin 39,2850 6.909,6213 271.444,4741 EDTA 13,0950 3.680,5305 48.196,5465 Impuritis 36,1671 1.183,6231 42.808,2392
Total 67.664.492,0848
- Alur 17:
Qout =
Untuk saturated vapor, diketahui:
Hsaturated vapor = 2.556,3 kJ/kg (P = 4,246 kPa) (Geankoplis, 2003)
Hsaturated vapor = 2.561,7 kJ/kg (P = 5,034 kPa) (Geankoplis, 2003)
Entalpi saturated vapor pada tekanan 50 milibar (5 kPa) adalah:
Hsatvap(P = 5 kPa) = –
= 2.556,53299492 kJ/kg = 2.556.532,99492 J/kg
Untuk suhu 303,15 K (30 oC), diketahui:
Universitas Sumatera Utara
Hair = 125,79 kJ/kg = 125.790 J/kg (Geankoplis, 2003)
Entalpi saturated vapor dengan suhu referensi 303,15 K adalah:
Hsatvap = 2.556.532,99492 J/kg – 125.790 J/kg
= 2.430.742,99492 J/kg
Sehingga untuk air dalam bentuk uap, perhitungan panas keluar menggunakan nilai
entalpi:
Qout = mH
Massa air dalam bentuk uap pada alur 17 sama dengan massa uap air yang masuk ke
steam ejector:
= 1.248,7293 kg/jam
= 1282,4793 kg/jam – 1.248,7293 kg/jam
= 33,75 kg/jam
Tabel LB.19 Panas Keluar Vacuum Spray Dryer pada Alur 17
Komponen m (kg/jam)
(J/kg)
(J/jam) Anhydrous soap 232,21074 7.206,2497 1.672.624,1032 NaOH 0,0540 3.385,3506 182,8089 H2O(liq) 33,7500 12.010,4162 405.351,5482 H2O(g) 1.248,7293 2.430.742,9949 3.035.340.074,5386 NaCl 1,3500 2.480,0139 3.348,0188 Gliserin 1,2150 6.909,6213 8.395,1899 EDTA 0,4050 3.680,5305 1.490,6148 Impuritis 1,1186 1.391,0350 1.323,9662
Total 3.037.432.790,7887
Panas yang dibutuhkan:
Q = Qout– Qin
= Q16out + Q17
out– Qin
= (67.664.492,0848 + 3.037.432.790,7887)J/jam – 2.641.404.215,6249 J/jam
=463.693.067,2486 J/jam
Massa saturated steam yang dibutuhkan:
Universitas Sumatera Utara
m = =214,3909kg/jam
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
1. Tangki Penyimpanan Stearin (T-101)
Fungsi : menyimpan stearin untuk kebutuhan selama 3 hari
Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Data kondisi penyimpanan:
Temperatur (T) = 60 °C
Tekanan dalam (P) = 1 atm = 14,696 psia
Densitas stearin (ρ) = 870 kg/m3 (Lab. PT Nubika Jaya, 2010)
Laju alir massa stearin (m) = 5.736,2602 kg/jam
Lama penyimpanan (n) = 3 hari
Faktor kelonggaran (fk) = 0,15
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : Hs) = 4 : 5
Perhitungan:
a. Volume tangki
Volume larutan, Vl =
= 474,7250 m3
Volume tangki, Vt =
= 545,9337 m3
Universitas Sumatera Utara
b. Diameter dan tinggi shell
- Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt)
Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar
545,9337 m3 =
Di =8,2233 m = 323,7517 in
Hs = 10,2791 m = 404,6892 in
c. Tebal shell tangki
Tinggi larutan (h) = = 8,9383 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
= 870 kg/m3 9,8 m/det2 8,9383 m
= 76.208,3537 Pa = 11,0532 psia
Maka, Pdesain = (1,15) Poperasi
= 1,15 ( 14,696 + 11,0532) = 29,6116 psia
Untuk bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C:
- Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Couper, 2005)
- Joint efficiency (E) : 0,85
- Corossion allowance (C) : 0,002 in/tahun (Perry,1999)
- Umur alat (n) : 10 tahun
(Brownell, 1959)
=
= 0,4323 in
Tebal shell standar yang digunakan = 7/16 in (Brownell, 1959)
d. Tebal head
Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu 7/16in Untuk tebal shell 7/16 in:
Universitas Sumatera Utara
icr = 15/16 in (Brownell, 1959)
sf = 1½ -3½ in dipilih 1½ in (Brownell, 1959)
Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = 7/16 + 15/16 + 1½ = 3,25 in (0,0825 m)
Tinggi total tangki = Hs + Hh = 10,2791 m + 0,0825 m = 10,3616 m
e. Insulasi
Digunakan insulasi wool dengan spesifikasi:
Tebal (ti) = 1 in
Densitas wool (ρ) = 110,5 kg/m3 (Geankoplis, 2003)
Konduktivitas termal (k) = 0,036 W/m.K (Geankoplis, 2003)
- Estimasi panas hilang tanpa insulasi:
Suhu udara (Tudara) = 30 oC = 303,15 K
Suhu permukaan (Ts) = 60 oC = 333,15 K
Beda suhu (ΔT) = 333,15 K – 303,15 K = 30 K
Suhu rata-rata (Tav) = ½ (303,15 K + 333,15 K) = 318,15 K
Perhitungan nilai koefisien konveksi udara (ho) membutuhkan data berikut:
Untuk udara pada suhu 37,8 oC:
gβρ2/μ2 = 1,12 108 /K.m3 (Geankoplis, 2003)
NPr = 0,705 (Geankoplis, 2003)
Untuk udara pada suhu 65,6 oC:
gβρ2/μ2 = 0,775 108 /K.m3 (Geankoplis, 2003)
NPr = 0,702 (Geankoplis, 2003)
Pada suhu 318,15 K (45oC):
gβρ2/μ2 =
=103.064.748,2014 /K.m3
NPr =
= 0,7042
NGr = L3(gβρ2/μ2)ΔT (Geankoplis, 2003)
= (10,2791 m)3 (103064748,2014 /K.m3) (30 K)
= 3,35812 1012
Universitas Sumatera Utara
NPr NGr = 0,7042 (3,3581 1012)
= 2,36479 1012
Untuk NPr NGr> 109 digunakan persamaan:
ho = 1,24 (ΔT)1/3 (Geankoplis, 2003)
= 1,24 (30)1/3 = 3,8530 W/m2.K
Diameter, luas permukaan transfer panas dan suhu tangki luar:
D1 = Di + 2t
= 323,7517 in + 2 (7/16 in)
= 324,6267 in (8,2455 m)
Ao = πD1L
= 3,14 (8,2455 m) (10,2791 m)
= 266,2704 m2
Panas hilang tanpa insulasi:
Q = ho Ao ΔT
= 3,8530 W/m2.K (266,2704 m2) (30 K)
= 30.778,1974 W
Konduktivitas termal Carbonsteel (k1) = 45 W/m.K (Geankoplis, 2003)
Q =
T1 = Ti -
= 333,15 K –
= 333,1214 K
Diameter luar insulator:
D2 = D1 + 2ti
= 324,6267 in + 2 (1 in)
= 326,6267 in (8,2963 m)
- Panas hilang dengan insulasi:
U =
=
= 1,0382 W/m2.K
Universitas Sumatera Utara
Qloss = U AoΔT
= 1,0382 W/m2.K (266,2704 m2) (333,1214 K - 303,15 K)
= 8.285,5586 W
f. Sistem pemanas
Untuk menggantikan panas yang hilang, tangki dilengkapi pengatur suhu dan koil
pemanas yang menggunakan air kondensat dari berbagai unit operasi dengan
spesifikasi:
n = 4 buah
OD = ½ in
BWG = 12
Bentuk = U-tube
Panjang = 20 ft
Suhu air = 133,7 oC
UD estimasi = 40 – 75 Btu/h.ft2.oF (Kern, 1965)
Ao/L = 0,1309 ft2/ft (Kern, 1965)
- Massa air pemanas maksimum:
Wmaks = 123,3105 + 168,8980 + 735,8105 + 214,3909
= 1.242,4009 kg/jam
- Suhu keluar air pemanas:
Q = W Cp ΔT
8.285,5586 W = 1.242,4009 kg/jam (4.184 J/kg) (133,7 oC - Tout) (1 jam/3.600
detik)
Tout = 128,0 oC
- Panas yang ditransfer heater:
Suhu stearin dianggap konstan = 60 oC
ΔT2 = 128,0 oC – 60 oC = 68,0 oC
ΔT1 = 133,7 oC – 60 oC = 73,7 oC
(ΔT)lm =
=
Universitas Sumatera Utara
= 70,8 oC
Atotal = 2n(Ao/L) L
= 2 (4) (0,1309 ft2/ft) (20 ft)
= 20,944 ft2 (0,5927 m2)
UD diambil 40 Btu/h.ft2.oF (227,132 W/m2.K)
Qheater = UD Ao ΔT
= 227,132 W/m2.K (0,5927 m2) (70,8118 oC)
= 9.532,7608 W
Qheater> Qloss maka sistem pemanas dengan spesifikasi di atas dapat diterima.
2. Tangki Penyimpanan PKO (T-102)
Fungsi : menyimpan PKO untuk kebutuhan selama 3 hari
Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Data kondisi penyimpanan:
Temperatur (T) = 30 °C
Tekanan (P) = 1 atm = 14,696 psia
Densitas PKO (ρ) =850kg/m3 (Lab. PT Nubika Jaya, 2010)
Laju alir massa PKO (m) = 1.434,0651kg/jam
Lama penyimpanan (n) = 3 hari
Faktor kelonggaran (fk) = 0,15
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : Hs) = 4 : 5
Perhitungan:
a. Volume larutan, Vl =
= 121,4737 m3
Volume tangki, Vt =
Universitas Sumatera Utara
= 139,6948 m3
b. Diameter dan tinggi shell
- Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt)
Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar
139,6948 m3 =
Di = 5,2207 m = 205,5380 in
Hs = 6,5259 m = 256,9237 in
c. Tebal shell tangki
Tinggi larutan (h) = = 5,6747 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
= 850 kg/m3 9,8 m/det2 5,6747 m
= 47.270,2148 Pa = 6,8560 psia
Maka, Pdesain = (1,15) Poperasi
= 1,15 ( 14,696 + 6,8560) = 24,7848 psia
Untuk bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C:
- Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Couper, 2005)
- Joint efficiency (E) : 0,85
- Corossion allowance (C) : 0,002 in/tahun (Perry,1999)
- Umur alat (n) : 10 tahun
(Brownell, 1959)
=
= 0,2390 in
Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in (Brownell, 1959)
d. Tebal head
Universitas Sumatera Utara
Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu ¼ in Untuk tebal shell ¼ in:
icr = ¾ in (Brownell, 1959)
sf = 1½ - 2½ in dipilih 1½ in (Brownell, 1959)
Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = ¼ + ¾ + 1½ = 2,5 in (0,0635 m)
Tinggi total tangki = Hs + Hh = 6,5259 m + 0,0635 m = 6,5894 m
3. Tangki Penyimpanan NaOH (T-103)
Fungsi : menyimpan NaOH untuk kebutuhan selama 30 hari
Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 3 unit
Data kondisi penyimpanan:
Temperatur (T) = 30 °C
Tekanan (P) = 1 atm = 14,696 psia
Densitas NaOH 48% (ρ) = 1.499,35 kg/m3 (Handymath, 2010)
Laju alir massa NaOH (m) = 2.291,1543kg/jam
Lama penyimpanan (n) = 30 hari
Faktor kelonggaran (fk) = 0,2
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : Hs) = 4 : 5
Perhitungan:
a. Volume larutan, Vl =
= 1.100,2308 m3
Volume tangki, Vt =
= 440,0923 m3
b. Diameter dan tinggi shell
- Volume shell tangki (Vs)
Universitas Sumatera Utara
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt)
Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar
440,0923 m3 =
Di = 7,6533 m = 301,3099 in
Hs = 9,5666 m = 376,6376 in
c. Tebal shell tangki
Tinggi larutan (h) = = 7,9722 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
= 1.499,35 kg/m3 9,8 m/det2 7,9722m
= 117.140,0673 Pa = 16,9897 psia
Maka, Pdesain = (1,2) Poperasi
= 1,2 ( 14,696 + 16,9897) = 38,0229 psia
Untuk bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C:
- Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Couper, 2005)
- Joint efficiency (E) : 0,85
- Corossion allowance (C) : 0,002 in/tahun (Perry,1999)
- Umur alat (n) : 10 tahun
(Brownell, 1959)
=
= 0,5129 in
Tebal shell standar yang digunakan = 5/8in
d. Tebal head
Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu 5/8in
Untuk tebal shell 5/8in:
icr = 17/8in
sf = 1½ - 3½ in dipilih 1½ in
Universitas Sumatera Utara
Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = 5/8 + 17/8 + 1½ = 4 in (0,1016 m)
Tinggi total tangki = Hs + Hh = 9,5666m + 0,1016 m = 9,6682 m
4. Tangki Penyimpanan NaCl (T-105)
Fungsi : menyimpan NaCl untuk kebutuhan selama 30 hari
Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar
Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240grade 304
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Data kondisi penyimpanan:
Temperatur (T) = 30 °C
Tekanan (P) = 1 atm = 14,696 psia
Densitas NaCl 20% (ρ) = 1.142,85 kg/m3 (Anonim, 2009b)
Laju alir massa NaCl (m) = 225kg/jam
Lama penyimpanan (n) = 30 hari
Faktor kelonggaran (fk) = 0,15
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : Hs) = 4 : 5
Perhitungan:
a. Volume larutan, Vl =
= 141,7509 m3
Volume tangki, Vt =
= 163,0135 m3
b. Diameter dan tinggi shell
- Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt)
Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar
Universitas Sumatera Utara
163,0135 m3 =
Di = 5,4964 m = 216,3914 in
Hs = 6,8704 m = 270,4892 in
c. Tebal shell tangki
Tinggi larutan (h) = = 5,9743 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
= 1.142,85 kg/m3 9,8 m/det2 5,9743 m
= 66.911,6989 Pa = 9,7047 psia
Maka, Pdesain = (1,15) Poperasi
= 1,15 ( 14,696 + 9,7047 ) = 28,0608 psia
Untuk bahan konstruksi Stainless Steel SA-240grade 304:
- Allowable working stress (S) : 18.700 psia (Couper, 2005)
- Joint efficiency (E) : 0,85
- Corossion allowance (C) : 0,002 in/tahun (Perry,1999)
- Umur alat (n) : 10 tahun
(Brownell, 1959)
=
= 0,2112 in
Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in
d. Tebal head
Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu ¼ in
Untuk tebal shell¼ in:
icr = ¾ in
sf = 1½ - 2½ in dipilih 1½ in
Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = ¼ + ¾ + 1½ = 2,5 in (0,0635 m)
Tinggi total tangki = Hs + Hh = 6,8704m + 0,0635 m = 6,9339 m
5. Tangki Penyimpanan Gliserin (T-106)
Fungsi : menyimpan gliserin untuk kebutuhan selama 30 hari
Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Data kondisi penyimpanan:
Temperatur (T) = 30 °C
Tekanan (P) = 1 atm = 14,696 psia
Densitas gliserin (ρ) = 1.254,95 kg/m3 (Perry, 1999)
Laju alir massa gliserin (m) = 40,5kg/jam
Lama penyimpanan (n) = 30 hari
Faktor kelonggaran (fk) = 0,15
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : Hs) = 4 : 5
Perhitungan:
a. Volume larutan, Vl =
= 23,2360 m3
Volume tangki, Vt =
= 26,7214 m3
b. Diameter dan tinggi shell
- Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt)
Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar
26,7214 m3 =
Di = 3,0081 m = 118,4290 in
Hs = 3,7601 m = 148,0350 in
c. Tebal shell tangki
Universitas Sumatera Utara
Tinggi larutan (h) = = 3,2696 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
= 1.254,95 kg/m3 9,8 m/det2 3,2696m
= 40.211,5690 Pa = 5,8322 psia
Maka, Pdesain = (1,15) Poperasi
= 1,15 ( 14,696 + 5,8322) = 23,6074 psia
Untuk bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C:
- Allowable working stress (S) : 13700 psia (Couper, 2005)
- Joint efficiency (E) : 0,85
- Corossion allowance (C) : 0,002 in/tahun (Perry,1999)
- Umur alat (n) : 10 tahun
(Brownell, 1959)
=
= 0,1402 in
Tebal shell standar yang digunakan = 3/16in
d. Tebal head
Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu 3/16in
Untuk tebal shell 3/16in:
icr = 9/16in
sf = 1½ - 2 in dipilih 1½ in
Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = 3/16+ 9/16+ 1½ = 2,25 in (0,0571 m)
Tinggi total tangki = Hs + Hh = 3,7601m + 0,0571 m = 3,8172 m
6. Tangki Penyimpanan EDTA (T-107)
Fungsi : menyimpan EDTA untuk kebutuhan selama 30 hari
Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar
Bahan konstruksi : StainlessSteel SA-240grade 304
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Data kondisi penyimpanan:
Universitas Sumatera Utara
Temperatur (T) = 30 °C
Tekanan (P) = 1 atm = 14,696 psia
Densitas EDTA (ρ) = 860 kg/m3 (Perry, 1999)
Laju alir massa EDTA (m) = 54kg/jam
Lama penyimpanan (n) = 30 hari
Faktor kelonggaran (fk) = 0,15
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : Hs) = 4 : 5
Perhitungan:
a. Densitas EDTA 25% = = 957,8987 kg/m3
Volume larutan, Vl =
= 40,5888 m3
Volume tangki, Vt =
= 46,6772 m3
b. Diameter dan tinggi shell
- Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt)
Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar
46,6772 m3 =
Di = 3,6227 m = 142,6260 in
Hs = 4,5284 m = 178,2830 in
c. Tebal shell tangki
Tinggi larutan (h) = = 3,9377 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
= 957,8987 kg/m3 9,8 m/det2 3,9377 m
Universitas Sumatera Utara
= 36.965,1698 Pa = 5,3613 psia
Maka, Pdesain = (1,15) Poperasi
= 1,15 ( 14,696 + 5,3613) = 23,0659 psia
Untuk bahan konstruksi Stainless Steel SA-240grade 304:
- Allowable working stress (S) : 18.700 psia (Couper, 2005)
- Joint efficiency (E) : 0,85
- Corossion allowance (C) : 0,002 in/tahun (Perry,1999)
- Umur alat (n) : 10 tahun
(Brownell, 1959)
=
= 0,1236 in
Tebal shell standar yang digunakan = 3/16in
d. Tebal head
Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu 3/16in
Untuk tebal shell 3/16in:
icr = 9/16in
sf = 1½ - 2 in dipilih 1½ in
Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = 3/16+ 9/16+ 1½ = 2,25 in (0,0571 m)
Tinggi total tangki = Hs + Hh = 4,5284m + 0,0571 m = 4,5855 m
7. Static Mixer-1 (M-101)
Fungsi : mencampur palm oil stearin dan palm kernel oil
Bentuk : pipa silinder dengan modifikasi penambahan sekat
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Data kondisi operasi:
Temperatur = 327,5 K (54,4 °C)
Tekanan = 1 atm = 14,696 psia
Laju alir massa stearin (m) = 5.736,2602 kg/jam
Laju alir massa PKO (m) = 1.434,0651kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Data stearin dan PKO:
Tabel LC.1 Densitas dan Viskositas Stearin dan PKO
Komponen Fraksi ρi (kg/m3) μi (cP)
50 °C 55 °C 54,4 °C 50 °C 55 °C 54,4 °C
Stearin 0,8 875,1000 872,6000 872,9067 23,6800 19,8800 20,3462 PKO 0,2 897,2000 893,8000 894,2171 18,6100 15,9400 16,2676 (Anonim, 2010; Burdick, 2010)
Perhitungan:
a. Densitas campuran(ρm) = = 877,0871 kg/m3
b. Viskositas campuran (μm)
(Perry,1999)
μm = [0,8 (20,3462)1/3 + 0,2 (16,2676)1/3]3
= 19,4815 cP = 0,0195 Pa.s
c. Fraksi Volume (Cv)
- Laju alir volumetrik stearin (Qstearin)
Qstearin = massa stearin/ ρstearin
= 5.736,2602 kg/jam / 872,9067 kg/m3
= 6,5714 m3/jam
- Laju alir volumetrik PKO (QPKO)
QPKO = massa PKO/ ρPKO
= 1.434,0651kg/jam / 894,2171 kg/m3
= 1,6037 m3/jam
Cv =
=
= 0,1962
d. Coefficient of Variation reduction (CoVR)
CoV0 = (Paul, 2004)
=
= 2,0243
Universitas Sumatera Utara
Pencampuran dianggap sudah homogeny bila CoV = 0,05
CoVR = CoV/CoV0 (Paul, 2004)
= 0,05/2,0243
= 0,0247
e. Diameter pipa (Di)
Untuk cairan, kecepatan yang direkomendasikan adalah antara 2 m/s – 3 m/s.
Qtotal = QPKO + QStearin
= 1,6037 m3/jam+ 6,5714 m3/jam
= 8,1751 m3/jam
Qtotal =
8,1751 m3/jam =
Di = 0,0340 m = 34,0079 mm
Digunakan pipa standar 1¼ in BWG 40.
Diperoleh data:
Di = 35,05 mm = 0,03505 m (Geankoplis, 2003)
A = 9,648 10-4 m2 (Geankoplis, 2003)
Kecepatan fluida, v = = = 2,3537 m/s
f. Bilangan Reynolds
NRe = (Geankoplis, 2003)
= = 3.710,6450 (transisi)
Untuk commercial steel, diperoleh equivalent roughness (ε) = 4,6 10-5 m
(Geankoplis, 2003).
= 0,0013
g. Fanning friction factor
f = 0,094(ε/D)0,225+ 0,53(ε/D) +88(ε/D)0,44 (Couper, 2005)
= 0,094(0,0013)0,225+ 0,53(0,0013) +88(0,0013)0,44
= 0,0418
h. Tipe static mixer
Karena NRe lebih dekat ke NRe aliran turbulen (4000), digunakan:
Tipe element : SMV (Corrugated Plate)
Universitas Sumatera Utara
Koefisien pencampuran (KT) = 100 – 200 (diambil rata-rata: 150)
Koefisien pressure drop (KiT) = 0,21 – 0,46 (diambil rata-rata: 0,335)
g. Jumlah elemen
CoVR = KiL/D (Couper, 2005)
L/D =
=
= 3,3841
Untuk elemen dengan L/D = 1, jumlah elemen yang diperlukan hanya 3 elemen
karena pencampuran juga terjadi di sepanjang pipa.
h. Penurunan tekanan
ΔP = KT.ΔPpipe (Paul, 2004)
ΔPpipe = f ρ (Couper, 2005)
= 0,0418 (877,0871 kg/m3) (3) (2,3537 m/s)2/2
= 304,6579 Pa
ΔP = 150 (304,6579 Pa) = 45.698,6887 Pa (dapat diterima)
8. Static Mixer-2 (M-102)
Fungsi : mencampur NaOH, NaCl, gliserin dan H2O.
Bentuk : pipa silinder dengan modifikasi penambahan sekat
Bahan konstruksi : commercial pipe steel
Data kondisi operasi:
Temperatur = 30 °C
Tekanan = 1 atm = 14,696 psia
Laju alir massa campuran (m) = 2.688,3592 kg/jam
Data komponen:
Tabel LC.2 Fraksi dan Massa Komponen Masuk Static Mixer-2 (S-102)
Komponen Fraksi Massa (kg/jam) NaOH 0,3636 1.099,7541 H2O 0,6081 1.839,1500
Universitas Sumatera Utara
NaCl 0,0149 45,0000 Gliserin 0,0134 40,0500
Perhitungan:
a. Densitas campuran(ρm)
Karena 97,1730% komponen dalam static mixer terdiri dari NaOH dan air,
digunakan larutan NaOH sebagai acuan perhitungan densitas dan viskositas.
Komponen yang digunakan sebagai parameter pencampuran adalah gliserin yang
merupakan komponen dengan jumlah fraksi terkecil.
% NaOH =
=
= 37,4206 %
Densitas NaOH 37,4206% pada 30 °C= 1397,53 kg/m3 (Handymath, 2010)
Densitas gliserin pada 30 °C= 1.254,95 kg/m3 (Perry, 1999)
ρm = = 1.395,4070 kg/m3
b. Viskositas campuran (μm)
Viskositas larutan NaOH 35% pada 30 °C = 13,4 cP (Anonim, 2004)
Viskositas larutan NaOH 40% pada 30 °C = 21,8 cP (Anonim, 2004)
μNaOH (37,4206%) = 13,4 + (21,8 – 13,4)/(40-35) (37,4206 – 35) = 17,7335 cP
Viskositas gliserin pada 30 °C = 612 cP (Anonim, 2011c)
Untuk cairan non organik,
(Perry,1999)
μm = exp [(1 – 0,0134) ln(17,7335 cP) + 0,0134 ln(612 cP)]
= 18,5947 cP = 0,0186 Pa.s
c. Fraksi Volume (Cv)
- Laju alir volumetrik larutan non gliserin (QA)
QA = (massa total – massa gliserin)/ ρNaOH
= (3.024,4041 kg/jam – 40,05 kg/jam)/ 1.397,53 kg/m3
= 2,1354 m3/jam
- Laju alir volumetrik gliserin (QB)
QB = massa gliserin/ ρgliserin
Universitas Sumatera Utara
= 40,05kg/jam / 1.254,95 kg/m3
= 0,0319 m3/jam
Cv =
=
= 0,0147
d. Coefficient of Variation reduction (CoVR)
CoV0 = (Paul, 2004)
CoV0 =
= 8,1318
Pencampuran dianggap sudah homogeny bila CoV = 0,05
CoVR = CoV/CoV0 (Paul, 2004)
CoVR = 0,05/8,1318
= 0,0061
e. Diameter pipa (Di)
Untuk cairan, kecepatan yang direkomendasikan adalah antara 2 m/s – 3 m/s.
Qtotal = QA + QB
= 2,1354 m3/jam+ 0,0319 m3/jam
= 2,1673 m3/jam
Qtotal =
2,1673 m3/jam =
Di = 0,0175 m = 17,5103 mm
Digunakan pipa standar ¾ in BWG 80.
Diperoleh data:
Di = 18,85 mm = 0,0188 m (Geankoplis, 2003)
A = 2,791 10-4 m2 (Geankoplis, 2003)
Kecepatan fluida, v = = = 2,1570 m/s
f. Bilangan Reynolds
NRe = (Geankoplis, 2003)
Universitas Sumatera Utara
= = 3.042,2573 (transisi)
Untuk commercial steel, diperoleh equivalent roughness (ε) = 4,6 10-5 m
(Geankoplis, 2003).
= 0,0024
g. Fanning friction factor
f = 0,094(ε/D)0,225+ 0,53(ε/D) +88(ε/D)0,44 (Couper, 2005)
= 0,094(0,0024)0,225+ 0,53(0,0024) +88(0,0024)0,44
= 0,0444
h. Tipe static mixer
Karena NRe lebih dekat ke NRe aliran laminar (2300), digunakan:
Tipe element : SMX (Cross Bar)
Koefisien pencampuran (KL) = 37,5
Koefisien pressure drop (KiL) = 0,63
i. Jumlah elemen
CoVR = KiL/D (Couper, 2005)
L/D =
=
= 11,0203
Untuk elemen dengan L/D = 1, jumlah elemen yang diperlukan hanya 11 elemen
karena pencampuran juga terjadi di sepanjang pipa.
j. Penurunan tekanan
ΔP = KL.ΔPpipe (Paul, 2004)
ΔPpipe = f ρ (Couper, 2005)
= 0,0444 (1.395,4070 kg/m3) (11) (2,1570 m/s)2/2
= 1.585,4292 Pa
ΔP = 37,5 (1.585,4292 Pa) = 59.453,5942 Pa (dapat diterima)
9. Plate Exchanger-1 (E-101)
Fungsi : memanaskan campuran asam lemak
Bentuk : balok berisi pelat-pelat tipis yang tersusun vertikal
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi : CarbonSteel SA-285 grade C
Susunan pelat : susunan 2 pass – 1 pass dengan aliran berlawanan arah
Jumlah : 1 unit
Data kondisi operasi:
Spacing = 3 mm
Diameter ekuivalen (De) = 6 mm = 0,006 m
Tebal pelat = 0,7 mm = 0,0007 m
Lebar pelat (W) = 15 cm = 0,15 m
Perpindahan panas (Q) = 266.700.929,8748 J/jam
Perbandingan massa stearin dan PKO = 4 : 1
Fluida dingin:
Massa = 7.170,3253 kg/jam
Suhumasuk (Tin) = 54,4 °C
Suhukeluar (Tout) = 70 °C
Kecepatan (Vc) = 0,25 m/s
Jumlah Pass = 2
Faktor Fouling (Rc) = 0,0002 – 0,00005 (diambil 0,0001)
Fluida panas:
Massa = 123,3105 kg/jam
Suhumasuk/keluar (Ts) = 133,7 °C
Tekanan (P) = 2 bar (g)
Jumlah Pass = 1
Faktor Fouling (Rs) = 0,00003
Perhitungan:
a. Log Mean Temperature Difference (LMTD), ΔTc dan Tcav
ΔT1 = Ts – Tout = 133,7 °C – 70 °C = 63,7 °C
ΔT2 = Ts – Tin = 133,7 °C – 54,4 °C = 79,3 °C
LMTD = = = 71,2 °C
ΔTc = Tout – Tin = 70 °C – 54,4 °C = 15,6 °C
Tcav = (Tout + Tin)/2 = (70 °C + 54,4 °C)/2 = 62,2 °C
Universitas Sumatera Utara
Data Komponen dan Bahan
Tabel LC.3 Data Komponen dan Bahan dalam Plate Exchanger-1 (PE-101)
Komponen Suhu (oC)
Densitas (kg/m3)
Viskositas (cP/mPa.s)
Konduktivitas (W/m.K)
Stearin 62,2 869,1472 15,9123 0,1689 PKO 62,2 888,7647 12,4285 0,1520 Stearin + PKO 62,2 873,0011 15,1693 0,1636 Carbon Steel 100,0 - - 45 (Anonim, 2010; Applewhite, 1994; Burdick, 2010; Obetta, 1964; Geankoplis, 2003;
Perry, 1999; Poling, 2001)
b. Jumlah unit transfer
NH = ΔTc/LMTD = 15,6 °C/ 71,2 °C = 0,2193 (Sinnot, 2005)
Diperoleh faktor koreksi LMTD, Fg = 0,99 (Sinnot, 2005)
c. Jumlah saluran
A = w.spacing = 0,15 m (0,003 m) = 0,00045 m2
N = = = 20,28 ≈ 21
Untuk 2 pass:
N = 2 N = 2 21 = 42
Jumlah saluran total (n) = 2 N = 2 42 = 84
Jumlah pelat = n + 1 = 84 + 1 = 85
Fluida Dingin
d. Bilangan Reynolds
NRe = = = 86,3258 (Geankoplis, 2003)
e. Koefisien konveksi
Cp = = = 2.382,2547 J/kg.°C
NPr = = = 220,9008 (Geankoplis, 2003)
Nu = 0,37(NRe)0,67(NPr)0,34 (McCabe, 2010)
= 0,37(86,3258)0,67(220,9008)0,34 = 43,5513
hc = Nu.k/De = 43,5513 (0,1636 W/m.K)/0,006 m = 1.187,4250 W/m2.K
f. Koefisien perpindahan panas
Estimasi: hs = 1.680 W/m2.K
Universitas Sumatera Utara
U =
=
= 631,7311 W/m2.K
g. Tinggi pelat
m.Cp.dT = U.A.Fg.LMTD
ρc.Vc.w.De.Cp.ΔTc = U.2.w.L.Fg.LMTD
L = = = 0,2734 m
Untuk 2 pass, L = ½ (0,2734 m) = 0,1483 m
h. Pressure drop
fc = 2,5 NRe-0,3
= 2,5 (86,3258)-0,3
= 0,6563
ΔP = 2f[L/De]ρv2
= 2 (0,6563) (0,2734/0,006) (873,0011) (0,25)2
= 3.263,7014 Pa
Fluida Panas (Steam)
i. Suhu dinding
Tw = Tcav + (Ts – Tcav)
= 62,2 °C + (133,7 °C – 62,2 °C)
= 104,1 °C
Tref = (Tw + Ts)/2 = (104,1 °C + 133,7 °C)/2 = 118,9 °C
Data Air dan Steam
Tabel LC.4 Data Air dan Steam dalam Plate Exchanger-1 (PE-101)
Komponen Suhu (oC)
Densitas (kg/m3)
Viskositas (cP/mPa.s)
Konduktivitas (W/m.K)
Air 118,9 945,0943 0,3011 0,6805 Steam 133,7 1,5542 - - (Geankoplis, 2003)
λ = 2.162.839,527 J/kg (Geankoplis, 2003)
j. Bilangan Reynolds
- Kecepatan steam
Universitas Sumatera Utara
m.Cp.dT = m.λ (Susunan U)
ρc.Vc.A.Cp.ΔTc = ρs.Vs.A.λ (Susunan U)
Vs = = = 2,4150 m/s
Untuk susunan 2 pass – 1 pass, flow area steam 2 kali dari umpan, sehingga:
Vs = ½ (2,4150 m/s) = 1,2075 m/s
NRe = = = (Geankoplis, 2003)
NRe = = 74,7830
k. Koefisien konveksi
Untuk NRe< 1800, maka:
Nu = 1,13 (Geankoplis, 2003)
Dimana:
ρl = densitas kondensat pada suhu Tref
ρv = densitas uap pada Tsat
g = konstanta gravitasi (9,8 m/s2)
hfg = panas laten penguapan pada suhu Tsat
μl = viskositas kondensat pada suhu Tref
kl = konduktivitas panas kondensat pada suhu Tref
ΔT = beda suhu uap dan dinding = Ts – Tw
Nu = 1,13
= 1,13
= 337,5355
hs = Nu.kl/L = 337,5355 (0,6805/0,1367) = 1.680,0423 W/m2.K
Karena hs hitung ≈ hs estimasi, maka perhitungan dengan nilai hs estimasi dapat
diterima.
l. Pressure drop
NRe = = = 37,3915
fc = 2,5 NRe-0,3
Universitas Sumatera Utara
= 2,5 (37,3915)-0,3
= 0,8435
ΔP = 2f[L/De]ρv2
= 2 (0,8435) (0,1367/0,006) (1,5542) (1,2075)2
= 87,1105 Pa
10. Plate Exchanger-2 (E-102)
Fungsi : memanaskan campuran NaOH, NaCl, gliserin dan H2O
Bentuk : balok berisi pelat-pelat tipis yang tersusun vertikal
Bahan konstruksi : StainSteel SA-240grade 304
Susunan pelat : susunan 4 pass – 2 pass dengan aliran berlawanan arah
Jumlah : 1 unit
Data kondisi operasi:
Spacing = 3 mm
Diameter ekuivalen (De) = 6 mm = 0,006 m
Tebal pelat = 0,7 mm = 0,0007 m
Lebar pelat (W) = 15 cm = 0,15 m
Perpindahan panas (Q) = 365.299.331,8500 J/jam
Fraksi massa larutan NaOH dan NaCl = 0,9866
Fluida dingin:
Massa = 3.024,4041 kg/jam
Suhumasuk (Tin) = 30 °C
Suhukeluar (Tout) = 70 °C
Kecepatan (Vc) = 0,2 m/s
Jumlah Pass = 4
Faktor Fouling (Rc) = 0,0002 – 0,00005 (diambil 0,0001)
Fluida panas:
Massa = 168,8980 kg/jam
Suhumasuk/keluar (Ts) = 133,7 °C
Tekanan (P) = 2 bar (g)
Jumlah Pass = 2
Universitas Sumatera Utara
Faktor Fouling (Rs) = 0,00003
Perhitungan:
a. Log Mean Temperature Difference (LMTD), ΔTc dan Tcav
ΔT1 = Ts – Tout = 133,7 °C – 70 °C = 63,7 °C
ΔT2 = Ts – Tin = 133,7 °C – 30 °C = 103,7 °C
LMTD = = = 82,1 °C
ΔTc = Tout – Tin = 70 °C – 30 °C = 40 °C
Tcav = (Tout + Tin)/2 = (70 °C + 30 °C)/2 = 50 °C
Data Komponen dan Bahan
Tabel LC.5 Data Komponen dan Bahan dalam Plate Exchanger-2 (PE-102)
Komponen Suhu (oC)
Densitas (kg/m3)
Viskositas (cP/mPa.s)
Konduktivitas (W/m.K)
NaOH 37,4206% 50 1384,1100 7,0000 0,6629 Gliserin 50 1261,0000 142,0000 0,2838 Campuran 50 1357,6018 7,2879 0,5434 Stainless Steel 50 - - 15,05 (Anonim, 2004; 2009a; 2011c; Geankoplis, 2003; Handymath, 2010; Perry, 1999;
Poling, 2001; Wikipedia, 2011)
b. Jumlah unit transfer
NH = ΔTc/LMTD = 40 °C/ 82,1 °C = 0,4874 (Sinnot, 2005)
Diperoleh faktor koreksi LMTD, Fg = 0,99 (Sinnot, 2005)
c. Jumlah saluran
A = w.spacing = 0,15 m (0,003 m) = 0,00045 m2
N = = = 6,87 ≈ 7
Untuk 4 pass:
N = 4 N = 4 7 = 28
Jumlah saluran total (n) = 2 N = 2 28 = 56
Jumlah pelat = n + 1 = 56 + 1 = 57
Universitas Sumatera Utara
Fluida Dingin
d. Bilangan Reynolds
NRe = = = 223,5378 (Geankoplis, 2003)
e. Koefisien konveksi
Cp = = = 3.019,5976 J/kg.°C
NPr = = = 40,4979 (Geankoplis, 2003)
Nu = 0,37(NRe)0,67(NPr)0,34 (McCabe, 2010)
= 0,37(223,5378)0,67(40,4979)0,34 = 47,0673
hc = Nu.k/De = 47,0673 (0,5434 W/m.K)/0,006 m = 4.262,7269 W/m2.K
f. Koefisien perpindahan panas
Estimasi: hs = 1.369 W/m2.K
U =
=
= 875,9916 W/m2.K
g. Tinggi pelat
m.Cp.dT = U.A.Fg.LMTD
ρc.Vc.w.De.Cp.ΔTc = U.2.w.L.Fg.LMTD
L = = = 0,6912 m
Untuk 4 pass, L = ¼ (0,6912 m) = 0,1728 m
Untuk 2 pass, L = ½ (0,6912 m) = 0,3456 m
h. Pressure drop
fc = 2,5 NRe-0,3
= 2,5 (223,5378)-0,3
= 0,4933
ΔP = 2f[L/De]ρv2
= 2 (0,4933) (0,6912/0,006) (1.357,6018) (0,2)2
= 6.172,2305 Pa
Fluida Panas (Steam)
Universitas Sumatera Utara
i. Suhu dinding
Tw = Tcav + (Ts – Tcav)
= 50 °C + (133,7 °C – 50 °C)
= 70,3 °C
Tref = (Tw + Ts)/2 = (70,3 °C + 133,7 °C)/2 = 102,0 °C
Data Air dan Steam
Tabel LC.4 Data Air dan Steam dalam Plate Exchanger-1 (PE-101)
Komponen Suhu (oC)
Densitas (kg/m3)
Viskositas (cP/mPa.s)
Konduktivitas (W/m.K)
Air 102,0 953,8118 0,2596 0,6825 Steam 133,7 1,5542 0,0116 - (Geankoplis, 2003)
λ = 2.162.839,527 J/kg (Geankoplis, 2003)
j. Bilangan Reynolds
- Kecepatan steam
m.Cp.dT = m.λ (Susunan U)
ρc.Vc.A.Cp.ΔTc = ρs.Vs.A.λ (Susunan U)
Vs = = = 9,7564 m/s
Untuk susunan 4 pass – 2 pass, flow area steam 2 kali dari umpan, sehingga:
Vs = ½ (9,7564 m/s) = 4,8782 m/s
NRe = = = (Geankoplis, 2003)
= = 350,4934
k. Koefisien konveksi
Untuk NRe< 1800, maka:
Nu = 1,13 (Geankoplis, 2003)
Dimana:
ρl = densitas kondensat pada suhu Tref
ρv = densitas uap (ρv dapat diabaikan karena sangat kecil disbanding ρl)
g = konstanta gravitasi (9,8 m/s2)
hfg = panas laten penguapan pada suhu Tsat
Universitas Sumatera Utara
μl = viskositas kondensat pada suhu Tref
kl = konduktivitas panas kondensat pada suhu Tref
ΔT = beda suhu uap dan dinding = Ts – Tw
Nu = 1,13
= 1,13
Nu = 346,5990
hs = Nu.kl/L = 346,5990 (0,6825/0,3456) = 1.369,0380 W/m2.K
Karena hs hitung ≈ hs estimasi, maka perhitungan dengan nilai hs estimasi dapat
diterima.
l. Pressure drop
NRe = = = 175,2467 (Geankoplis, 2003)
fc = 2,5 NRe-0,3
fc = 2,5 (175,2467)-0,3
= 0,5307
ΔP = 2f[L/De]ρv2
= 2 (0,5307) (0,3456/0,006) (1,5542) (4,8782)2
= 2.261,0313 Pa
11. Homogenizer-1 (M-201)
Fungsi : mencampur asam lemak campuran dengan larutan NaOH,
NaCl dan gliserin.
Bentuk : silinder vertikal dengan dasar dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : StainlessSteel SA-240grade 304
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Data kondisi operasi:
Temperatur = 70 °C
Tekanan = 1 atm = 14,696 psia
Laju alir massa campuran A (m) = 7.170,3253 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Laju alir massa campuran B (m) = 3.024,4041 kg/jam
Faktor kelonggaran = 0,2
Perbandingan diameter tangki dengan tinggi head (Di : Hh) = 4 : 1
Data sistem pengaduk:
Jenis pengaduk = three blade propeller
Jumlah baffle = 4 buah
Kecepatan pengadukan (N) = 400 rpm
Diameter impeller (Da) = 0,4 Di
Tinggi cairan (h) = 1 Di
Jarak impeller dari dasar (C) = 1/3 Di
Tebal Baffle (J) = 0,1 Di
Baffle spacing = 0,1 J
Pitch = Da
Data campuran A:
Tabel LC.5 Densitas dan Viskositas Stearin dan PKO
Komponen Fraksi μi (cP) ρi (kg/m3) Stearin 0,8 12,7500 865,4000 PKO 0,2 10,0000 883,3000 Total 1,0 12,1641 868,9217 (Anonim, 2010; Burdick, 2010; Perry, 1999)
Data campuran B:
Tabel LC.6 Densitas dan Viskositas Larutan NaOH dan Gliserin
Komponen Fraksi μi (cP) ρi (kg/m3) NaOH(aq) 0,9866 4,0000 1.370,5200 Gliserin 0,0134 50,6000 1.254,9500 Total 1,0000 4,1383 1.368,8320 (Anonim, 2004; 2011c; Handymath, 2010; Perry, 1999)
Data campuran total:
Tabel LC.7 Densitas dan Viskositas Campuran Total
Komponen Fraksi μi (cP) ρi (kg/m3) A 0,7033 12,1641 868,9217 B 0,2967 4,1383 1.368,8320 Total 1,0000 8,8341 974,5036 (Perry, 1999)
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan:
- Waktu pengadukan (τ)
Waktu pengadukan untuk mencapai 99%keseragaman pada propeller dapat
dihitung menggunakan persamaan:
16,4 = Θ99 N (Anonim, 2011)
Dimana:
Θ99 = waktu untuk mencapai 99% keseragaman
N = kecepatan putaran pengaduk
D = diameter impeller
T = diameter tangki
Z = tinggi cairan
16,4 = Θ99 (400 rpm) [0,4]1,7 [1]-0,5
Θ99 = 0,1947 menit (0,00324 jam)
Waktu pencampuran dari persamaan di atas hanya berlaku untuk N’Re> 10.000.
- Laju alir massa total (M)
M = 7.170,3253 kg/jam + 3.024,4041 kg/jam = 10.194,7294 kg/jam
Trial τ = 0,1947 menit (0,00324 jam)
- Volume larutan, Vl = = 0,0339 m3
- Volume head tangki (Vh)
(Couper, 2005)
- Volume shell yang terisi cairan (Vf)
- Volume total yang ditempati cairan (Vl)
Vl = Vf + Vh ; hanya bagian dasar tangki yang terisi cairan
Vl =
Universitas Sumatera Utara
Vl =
0,0339 m3 =
Di = 0,3333 m
- Diameter impeller (Da)
Da = 0,4 Di = 0,4 (0,3333 m) = 0,1333 m
- Bilangan Reynolds, N’Re = (Geankoplis, 2003)
N’Re = = 13.074,9103
Oleh karena bilangan Reynolds pengadukan > 10.000, maka waktu pencampuran
yang dicoba telah memenuhi.
a. Volume tangki, Vt =
= 0,0407 m3
b. Diameter dan tinggi shell
Di = 0,3333 m = 13,1102 in
- Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt)
Vt = Vs + 2Vh
0,0407 m3 =
Hs = 0,3554 m = 13,9913 in
c. Tebal shell tangki
Tinggi larutan (h) = Di = 0,3333 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
= 974,5036 kg/m3 9,8 m/det2 0,3333 m
= 3.183,0601 Pa = 0,4617 psia
Maka, Pdesain = (1,2) Poperasi
= 1,2 ( 14,696 + 0,4617) = 18,1892 psia
Untuk bahan konstruksi Stainless Steel SA-240grade 304:
Universitas Sumatera Utara
- Allowable working stress (S) : 12.900 psia (Couper, 2005)
- Joint efficiency (E) : 0,85
- Corossion allowance (C) : 0,002 in/tahun (Perry,1999)
- Umur alat (n) : 10 tahun
(Brownell, 1959)
=
= 0,0308 in
Tebal shell standar yang digunakan = 3/16in
d. Tebal head
(Brownell, 1959)
dh =
= 0,0309 in
Tebal head standar yang digunakan =3/16in
He = Di/4 = 0,3333 m/4 = 0,0833m = 3,2805 in
Untuk tebal shell 3/16in, tidak terdapat data untuk tutup elipsoidal sehingga
digunakan data yang paling mendekati (¼ in):
sf = 2 – 2¼ in dipilih 2 in
Maka tinggi head (Hh) = dh + He + sf = 3/16+ 3,2805 + 2 = 5,4680 in (0,1389 m)
Tinggi total tangki = Hs + 2 Hh = 0,3554 m + 2 (0,1389 m) = 0,6332 m
e. Daya pengaduk
- Power number, Np
Diperoleh, Np = 0,3652 (Couper, 2005)
P = Np ρ N3 Da5 (Geankoplis, 2003)
= 0,3652 (974,5036kg/m3) (400/60 rps)3 (0,1333 m)5
= 3,9626 W (0,0053 Hp)
Diasumsikan efisiensi pengaduk (η) = 50%, maka:
Pakt = 0,0053 Hp/0,5 = 0,0106 Hp
Digunakan daya standar 1/20 Hp
12. Plug Flow Reactor (R-201)
Fungsi : melangsungkan proses netralisasi asam lemak.
Universitas Sumatera Utara
Bentuk : pipahorizontal dengan saluran loop.
Bahan konstruksi : StainlessSteel SA-240grade 304
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Data kondisi operasi:
Temperatur umpan = 70 °C
Temperatur akhir = 120 °C
Tekanan gauge = 2 – 3 bar (diambil 3 bar/ 43,5114 psi)
Laju alir massa umpan masuk = 10.194,7293kg/jam
Laju steam = 735,8105 kg/jam
Perpindahan panas (Q) = 1.591.439.970,6946J/jam
Waktu tinggal (τ) = 0,0167 jam (Lab. PT Nubika Jaya, 2010)
Faktor keamanan (F) = 0,2
Rasio laju recycle terhadap laju alir masuk (R) = 15 (Lab. PT Nubika Jaya, 2010)
Perbandingan diameter reaktor dengan panjang (Di : L) = 1 : 100
Perhitungan:
a. Suhu campuran umpan dan laju recycle
Tabel LC.8 Jumlah Nilai maReaktor
Komponen m (kg/jam)
(J/kg K)
ma (J/jam K)
CH3-(CH2)10-COOH 758,6204 2.150,0000 1.631.033,8873 CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 2.260,0000 505.593,9749 CH3-(CH2)14-COOH 3.139,1684 2.730,0000 8.569.929,7309 CH3-(CH2)16-COOH 444,5602 2.300,0000 1.022.488,3823 CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2.192,6855 2.046,0000 4.486.234,4615 CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH 374,2910 2.259,2262 845.608,0017 Impuritis 596,5711 340,0771 202.880,1649 NaOH 1.126,7541 1.179,3352 1.328.820,7438 H2O 36.837,5900 4.184,0000 154.128.476,4306 NaCl 720,0000 772,3757 556.110,5081 Gliserin 648,0000 832,8252 539.670,7296 Anhydrous soap 116.053,7146 2.510,4000 291.341.245,2061
Total 465.158.092,2217
Universitas Sumatera Utara
Tabel LC.9 Jumlah Nilai mb Reaktor
Komponen m (kg/jam)
(J/kg K2)
mb (J/jam K2)
CH3-(CH2)10-COOH 758,6204 0 0,0000 CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 0 0,0000 CH3-(CH2)14-COOH 3.139,1684 0 0,0000 CH3-(CH2)16-COOH 444,5602 0 0,0000 CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2.192,6855 0 0,0000 CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH- (CH2)7-COOH 374,2910 0 0.0000 Impuritis 596,5711 0,2372 141,5209 NaOH 1.126,7541 0 0,0000 H2O 36.837,5900 0 0,0000 NaCl 720,0000 0,3006 216,4656 Gliserin 648,0000 5,1685 3349,1689 Anhydrous soap 116.053,7146 0 0
Total 3.707,1555 Jumlah panas masuk ke reaktor adalah panas umpan ditambah panas laju recycle.
Q = Qin + R.Qout
= 1.048.356.400,9910 J/jam + 15(2.641.404.215,6249J/jam)
Q = 40.669.419.635,3641 J/jam Suhu campuran:
Q =
=
Diperoleh:
ma(T-303,15) = 465.158.092,2217 T – 465.158.092,2217(303,15) = 465.158.092,2217T – 141.012.675.657,0150 mb(T2 – 303,152) = 3.707,1555 T2 – 3.707,1555 (303,152)
= 3.707,1555 T2 – 340.687.298,8166 Sehingga:
Q= –
T = 390,3 K (117,2 oC)
Suhu rata-rata campuran dalam reaktor:
Tav = (117,2 oC + 120 oC)/2 = 118,6 oC
Universitas Sumatera Utara
Tabel LC.10 Fraksi, Densitas dan Viskositas komponen pada suhu 118,6 oC
Fraksi μi (cP) ρi (kg/m3) Stearin 0,0352 4,9370 842,7000 PKO 0,0088 7,0000 858,8000 NaOH(aq) 0,0183 3,5000 1.349,8500 Gliserin 0,0002 12,0000 1.254,9500 Soap 0,9375 40,0000 975,0000 Total 1,0000 34,9920 973,4666 (Anonim, 2004; 2009a; 2010a; 2011c; Applewhite, 1994; Handymath, 2010; Perry,
1999; Splitz, 1996)
b. Volume tangki
Volume tangki, Vt = = 2,7983 m3
c. Diameter dan panjangshell reaktor
2,7983 m3 =
Di = 0,3291 m = 12,9556 in
Hs = 32,9054 m = 1.295,4864 in
d. Tebal shell tangki
Pdesain = (1,15) Poperasi
= 1,15 ( 14,696 + 43,5114)
= 66,9385 psia
Untuk bahan konstruksi Stainless Steel SA-240grade 304:
- Allowable working stress (S) : 12900 psia (Couper, 2005)
- Joint efficiency (E) : 0,85
- Corossion allowance (C) : 0,002 in/tahun (Perry,1999)
- Umur alat (n) : 10 tahun
(Brownell, 1959)
=
= 0,0597 in
Tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in (Brownell, 1959)
e. Bilangan Reynolds
Universitas Sumatera Utara
NRe = (Geankoplis, 2003)
=
= 5.009,6415
f. Sistem pemanas
Reaktor dilengkapi pengatur suhu dan jaket pemanas yang menggunakan steam
dengan spesifikasi:
Tebal jaket = 1 in (0,0254 m)
Suhu steam = 133,7 oC
UD estimasi = 100 – 500 Btu/h.ft2.oF
Panas yang ditransfer heater:
ΔT2 = 133,7 oC – 120 oC = 13,7 oC
ΔT1 = 133,7 oC – 117,4 oC = 16,3 oC
(ΔT)lm =
=
= 15,0 oC
Ao = π(Di + 2t)Hs
= π(0,3291 m + 2 0,0254 m) 32,9054 m
= 39,2723 m2
UD diambil 300 Btu/h.ft2.oF (1703,49 W/m2.K)
Qheater = UD Ao ΔT
Qheater = 1.703,49 W/m2.K (39,2723 m2) (15,0 oC)
= 1.003.499,564 W
= 3.612.598.431 J/jam
Qheater> Q maka sistem pemanas dengan spesifikasi di atas dapat diterima.
13. Homogenizer-2 (M-202)
Fungsi : mencampur sabun dengan larutan EDTA.
Bentuk : silinder vertikal dengan dasar dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : StainlessSteel SA-240grade 304
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Universitas Sumatera Utara
Jumlah : 1 unit
Data kondisi operasi:
Temperatur = 119,4 °C
Tekanan = 2 – 3 bar gauge(diambil 3 bar/ 43,5114 psi)
Laju alir massa sabun (m) = 10.194,7293 kg/jam
Laju alir massa EDTA (m) = 54 kg/jam
Faktor kelonggaran = 0,2
Perbandingan diameter tangki dengan tinggi head (Di : Hh) = 4 : 1
Data sistem pengaduk:
Jenis pengaduk = three blade propeller
Jumlah baffle = 4 buah
Kecepatan pengadukan (N) = 400 rpm
Diameter impeller (Da) = 0,4 Di
Tinggi cairan (h) = 1 Di
Jarak impeller dari dasar (C) = 1/3 Di
Tebal Baffle (J) = 0,1 Di
Baffle spacing = 0,1 J
Pitch = Da
Data sabun dan EDTA:
Tabel LC.11 Densitas dan Viskositas Sabun dan EDTA
Komponen Fraksi μi (cP) ρi (kg/m3) Sabun 0,9947 40,0000 975,0000 EDTA 0,0053 30,0000 957,8987 Total 1,0000 39,9394 974,9083 (Perry, 1999; Splitz, 1996)
Perhitungan:
- Waktu pengadukan (τ)
Universitas Sumatera Utara
Waktu pengadukan untuk mencapai 99%keseragaman pada propeller dapat
dihitung menggunakan persamaan:
16,4 = Θ99 N (Anonim, 2011)
Dimana:
Θ99 = waktu untuk mencapai 99% keseragaman
N = kecepatan putaran pengaduk
D = diameter impeller
T = diameter tangki
Z = tinggi cairan
16,4 = Θ99 (400 rpm) [0,4]1,7 [1]-0,5
Θ99 = 0,1947 menit (0,00324 jam)
Waktu pencampuran dari persamaan di atas hanya berlaku untuk N’Re> 10000.
- Laju alir massa total (M)
M = 10.194,7293 kg/jam + 54 kg/jam = 10.248,7293kg/jam
Trial τ = 0,1947 menit (0,00324 jam)
- Volume larutan, Vl =
= 0,0341 m3
- Volume head tangki (Vh)
(Couper, 2005)
- Volume shell yang terisi cairan (Vf)
- Volume total yang ditempati cairan (Vl)
Vl = Vf + Vh ; hanya bagian dasar tangki yang terisi cairan
=
Universitas Sumatera Utara
Vl =
0,0341 m3 =
Di = 0,3337 m
- Diameter impeller (Da)
Da = 0,4 Di
= 0,4 (0,3337 m)
= 0,1335 m
- Bilangan Reynolds, N’Re = (Geankoplis, 2003)
N’Re = = 2.902,9913
Oleh karena bilangan Reynolds pengadukan < 10.000, diperlukan perhitungan
lebih lanjut akibat pengaruh bilangan Reynolds, perbedaan densitas dan
viskositas terhadap waktu pencampuran menggunakan persamaan:
Tu= tu, turb fRe fμ* fΔρ (Couper, 2005)
Dimana:
Tu = waktu pencampuran total
tu, turb = waktu pencampuran pada keadaan turbulen
fRe = faktor koreksi untuk bilangan Reynolds
fμ* = faktor koreksi untuk rasio viskositas
fΔρ = faktor foreksi untuk perbedaan densitas
Trial τ = 0,5 menit (0,0083 jam)
- Volume larutan, Vl =
= 0,0873 m3
- Volume total yang ditempati cairan (Vl)
Vl =
0,0873 m3 =
Di = 0,4566 m
- Diameter impeller (Da)
Da = 0,4 Di
= 0,4 (0,4566 m)
= 0,1827 m
Universitas Sumatera Utara
- Bilangan Reynolds, N’Re = (Geankoplis, 2003)
N’Re = = 5.434,8143
μ* = μsabun/μEDTA = 40/30 = 1,3333
NRi = ΔρgZ/ρN2D2
= (975-957,8987) 9,8 (0,4566)/[957,8987 (400/60)2 (0,1827)2]
= 0,0538
Diperoleh:
fRe = 1,1331 (Couper, 2005)
fμ* = 1 (Couper, 2005)
fΔρ = 1 (Couper, 2005)
Tu = tu, turb fRe fμ* fΔρ = 0,1947 menit 1,1331 1 1 = 0,2426 menit
Karena τ (0,5 menit) > Tu (0,2426 menit), maka waktu pengadukan dapat
diterima.
a. Volume tangki, Vt =
= 0,1047 m3
b. Diameter dan tinggi shell
Di = 0,4566 m = 17,9746 in
- Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt)
Vt = Vs + 2Vh
0,1047 m3 =
Hs = 0,5429 m = 21,3743 in
c. Tebal shell tangki
Pdesain = (1,2) Poperasi
= 1,2 ( 14,696 + 43,5114) = 69,8489 psia
Untuk bahan konstruksi Stainless Steel SA-240grade 304:
- Allowable working stress (S) : 12.900 psia (Couper, 2005)
- Joint efficiency (E) : 0,85
Universitas Sumatera Utara
- Corossion allowance (C) : 0,002 in/tahun (Perry,1999)
- Umur alat (n) : 10 tahun
(Brownell, 1959)
=
t = 0,0775 in
Tebal shell standar yang digunakan = 3/16in
d. Tebal head
(Brownell, 1959)
=
= 0,0773 in
Tebal head standar yang digunakan =3/16in
He = Di/4 = 0,4566 m/4 = 0,1142m = 4,4946 in
Untuk tebal shell 3/16in, tidak terdapat data untuk tutup elipsoidal sehingga
digunakan data yang paling mendekati (¼ in):
sf = 2 – 2¼ in dipilih 2 in
Maka tinggi head (Hh) = dh + He + sf = 3/16+ 4,4946 + 2 = 6,6821 in (0,1698 m)
Tinggi total tangki = Hs + 2 Hh = 0,5429 m + 2 (0,1698 m) = 0,8824 m
e. Daya pengaduk
- Power number, Np
Diperoleh, Np = 0,3924 (Couper, 2005)
P = Np ρ N3 Da5 (Geankoplis, 2003)
= 0,3924 (974,9083kg/m3) (400/60 rps)3 (0,1827 m)5
P = 23,0734 W (0,0310 Hp)
Diasumsikan efisiensi pengaduk (η) = 50%, maka:
Pakt = 0,0310 Hp/0,5 = 0,0620 Hp
Digunakan daya standar ¼ Hp
14. Vaccum Spray Dryer(D-301)
Fungsi : memisahkan sebagian air dari sabun
Bentuk : silinder vertikal dengan dasar dan tutup konikal
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi : Stainless SteelSA-240grade 304
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Data kondisi operasi:
Temperatur (T) = 32,9 °C
Tekanan dalam (P) = 50 milibar = 5.000 Pa
Tekanan steam(P) = 2 bar (g) = 301.325 Pa
Densitas slurry (ρ) = 950 – 1.000 kg/m3 (diambil 975 kg/m3)
Volume spesifik uap air (V) = 28,2217 m3/kg (Geankoplis, 2003)
Laju alir massa slurry (m) = 10.248,7293kg/jam
Laju alir massa uap (m) = 1.248,7293 kg/jam
Waktu tinggal (τ) = 4 detik (Woollatt, 1985)
Perpindahan panas (Q) = 463.693.067,2486J/jam
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : Hs) = 1 : 1
Perbandingan diameter dengan diameter bukaan atas (Di : da) = 2 : 1
Perbandingan diameter dengan diameter bukaan bawah (Di : db) = 2 : 1
Sudut kemiringan tutup (Θa) = 30o
Sudut kemiringan dasar (Θb) = 60o
Perhitungan:
a. Volume chamber
Vc = VSlurry + Vuap
= + mVt
Vc = +
= 39,1672 m3
b. Diameter dan tinggi chamber
- Volumeshell (Vs)
(Perry,1999)
Vs = 0,7854 Di3
- Volume tutup dan alas tangki
Universitas Sumatera Utara
Untuk headkonikal:
V = 0,262 H(D2 + Dd + d2)
H = [(D-d)/2]tanΘ
Volume tutup, Va = 0,262 [(Di-0,5Di)/2]tan(30o) (Di2 + 0,5Di2 + 0,25Di2)
= 0,0662 Di3
Volume dasar, Vb = 0,262 [(Di-0,5Di)/2]tan(60o) (Di2 + 0,5Di2 + 0,25Di2)
= 0,1985 Di3
- Volume chamber (Vc)
Vt = 0,7854 Di3 + 0,0662 Di3 + 0,1985 Di3
Vt = 1,0501 Di3
39,1672 m3 = 1,0501 Di3
Di = 3,3411 m
Hs = 3,3411 m
c. Tinggi tutup dan alas
Ha = [(Di – 0,5Di)/2]tan(30o)
= (0,25Di) tan(30o)
= 0,25 (3,3411 m) tan(30o)
= 0,4823 m
Hb = [(Di – 0,5Di)/2]tan(60o)
= (0,25Di) tan(60o)
Hb = 0,25 (3,3411 m) tan(60o)
= 1,4468 m
d. Tebal chamber
Tekanan kritik yang menyebabkan buckling:
Pc = 2,2E[t/D]3
Dimana:
Pc = tekanan kritik
E = modulus young bahan konstruksi
t/D = perbandingan tebal dan diameter tangki
Untuk baja, E = 200.000 N/mm2 = 2 1011 N/m2
Untuk faktor keselamatan = 3,
Pc = (2,2E[t/D]3)/3
Universitas Sumatera Utara
t = (3P/2,2E)1/3D
=
= 0,0425 m (1,6722 in)
Tebal shell standar yang digunakan = 1 3/4 in (Brownell, 1959)
e. Tebal head
Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu 1 3/4 in f. Ukuran poros, scrapper, dan blade
- Panjang poros
L = Tinggi total chamber
= 0,4823 m + 3,3411 m + 1,4468 m
= 5,2702 m
- Diameter dalam poros
Kecepatan slurry melewati poros diestimasi melalui perbedaan tekanan:
v = (2ΔP/ρ)0,5
= [2(200.000 Pa – 5.000 Pa)/(975 kg/m3)]0,5
= 20 m/s
Kecepatan sebenarnya harus lebih rendah lagi akibat gaya gesekan pada saluran
dan hambatan pada noozle, sehingga kecepatan yang digunakan dalam
perhitungan adalah setengah dari kecepatan yang dihitung (10 m/s).
Q = A.v = π/4 d2 v
d = = = = 0,0193 m = 1,93 cm
- Panjang scrapper
L = ½ Di = ½ (3,3411 m) = 1,6706 m
- Panjang blade
Panjang blade atas (tutup) = Ha/ sinΘa = 0,4823 m / sin(30o) = 0,9645 m
Panjang blade tengah (badan) = Hs = 3,3411 m
Panjang blade bawah (dasar) = Hb/ sinΘb = 1,446 m / sin(60o) = 1,6706 m
g. Jaket pemanas
Chamber dilengkapi pengatur suhu dan jaket pemanas yang menggunakan steam
dengan spesifikasi:
Tebal jaket = 1 in (0,0254 m)
Universitas Sumatera Utara
Suhu steam = 133,7 oC
UD estimasi = 150 Kcal/m2.jam.K (627.600 J/m2.jam.K)
Panas yang ditransfer heater:
ΔT = 133,7 oC – 32,9 oC = 100,8 oC
Ao = π(Di + 2t)Hs
= π(3,3411 m + 2 0,0254 m) 3,3411 m
= 35,6027 m2
Qheater = UD Ao ΔT
= 627.600 J/m2.jam.K (35,6027 m2) (100,8 oC)
= 2.252.298.009 J/jam
Qheater> Q maka sistem pemanas dengan spesifikasi di atas dapat diterima.
15. Cyclone Separator-1 (FG-301)
Fungsi : memisahkan debu sabun dari uap air
Bentuk : silinder vertikal dengan tutup datar dan dasar konikal
Bahan konstruksi : Stainless SteelSA-240grade 304
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Data kondisi operasi:
Temperatur (T) = 32,9 °C
Tekanan dalam (P) = 50 milibar = 5.000 Pa
Volume spesifik uap air (V) = 28,2217 m3/kg (Geankoplis, 2003)
Laju alir massa uap (m) = 1.248,7293 kg/jam
Dimensi Cyclone:
Tinggi inlet = 0,5 D
Lebar inlet = 0,2 D
Tinggi silinder = 1,5 D
Tinggi dasar = 2,5 D
Diameter exit atas = 0,5 D
Diameter konikal = 0,375 D
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan:
a. Laju alir volumetrik
Q = mV
= 1.248,7293 kg/jam 28,2217 m3/kg
= 35.241,248 m3/jam = 9,7892 m3/s
b. Diameter dan tinggi silinder
Kecepatan masuk siklon = 15 m/s
Q = A.v
A = W.H = 0,2D (0,5D) =0,1D2
Q = 0,1D2.v
D = (10Q/v)0,5 = (10 9,7892m3/s / 15m/s)0,5 = 2,5546 m
Untuk perancangan digunakan diameter 2,6 m.
Tinggi silinder, Hs = 1,5D = 1,5 (2,6 m) = 3,9 m
c. Lebar dan tinggi inlet
Lebar inlet, W = 0,2D = 0,2 (2,6 m) = 0,52 m
Tinggi inlet, H = 0,5D = 0,5 (2,6 m) = 1,3 m
d. Diameter dan tinggi konikal
Diameter atas = D = 2,6 m
Diameter bawah, Dk = 0,5D = 0,5 (2,6 m) = 1,3 m
Tinggi konikal, Hk = 2,5D = 2,5 (2,6 m) = 6,5 m
e. Diameter exit atas
Diameter exit, De = 0,5D = 0,5(2,6 m) = 1,3 m
f. Tebal siklon
Tekanan kritik yang menyebabkan buckling:
Pc = 2,2E[t/D]3
Dimana:
Pc = tekanan kritik
E = modulus young bahan konstruksi
t/D = perbandingan tebal dan diameter tangki
Untuk baja, E = 200.000 N/mm2 = 2 1011 N/m2
Untuk faktor keselamatan = 3,
Universitas Sumatera Utara
Pc = (2,2E[t/D]3)/3
t = (3P/2,2E)1/3D
=
= 0,0230 m (0,9049 in)
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in (Brownell, 1959)
g. Penurunan tekanan
ΔP =
Dimana:
ΔP = penurunan tekanan siklon, mbar
ρf = densitas fluida, kg/m3
u1 = kecepatan masuk, m/s
u2 = kecepatan keluar, m/s
rt = jari-jari lingkaran ke pusat garis dari jalan masuk, m
re = jari-jari pipa keluar, m
Ø = faktor tekanan yang bergantung pada nilai φ dan rt/re
φ = fc.As/A1
fc = faktor friksi, untuk gas 0,005
As = luas permukaan siklon yang terbuka untuk fluida yang berputar, m2
A1 = luas pipa masuk, m2
A1 = W.H = (0,52 m) 1,3 m = 0,676 m2
As = πD(Hs + Hk) = π 2,6 m (3,9 m + 6,5 m) = 84,9487 m2
φ = 0,005 (84,9487 m2)/0,676 m2 = 0,6283
rt/re = (D-W/2)/De = (2,6 – 0,52/2)/1,3 = 1,8
Diperoleh Ø = 0,9
u1 = Q/A1 = 9,7892 m3/s / 0,676 m/s = 14,4810 m/s
A2 = πDe2/4 = π (1,3 m)2/4 = 1,3273 m2
u2 = Q/A2 = 9,7892 m3/s /1,3273 m2= 7,3752 m/s
ΔP =
= 0,2098 mbar
Universitas Sumatera Utara
16. Cyclone Separator-2 (FG-302)
Fungsi : memisahkan debu sabun dari uap air
Bentuk : silinder vertikal dengan tutup datar dan dasar konikal
Bahan konstruksi : Stainless SteelSA-240grade 304
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Data kondisi operasi:
Temperatur (T) = 32,9 °C
Tekanan dalam (P) = 50 milibar = 5.000 Pa
Volume spesifik uap air (V) = 28,2217 m3/kg (Geankoplis, 2003)
Laju alir massa uap (m) = 1.248,7293 kg/jam
Dimensi Cyclone:
Tinggi inlet = 0,5 D
Lebar inlet = 0,2 D
Tinggi silinder = 1,5 D
Tinggi dasar = 2,5 D
Diameter exit atas = 0,5 D
Diameter konikal = 0,375 D
Perhitungan:
a. Laju alir volumetrik
Q = mV
= 1.248,7293 kg/jam 28,2217 m3/kg
= 35.241,248 m3/jam = 9,7892 m3/s
b. Diameter dan tinggi silinder
Kecepatan masuk siklon = 15 m/s
Q = A.v
A = W.H = 0,2D (0,5D) =0,1D2
Q = 0,1D2.v
D = (10Q/v)0,5 = (10 9,7892m3/s / 15m/s)0,5 = 2,5546 m
Untuk perancangan digunakan diameter 2,6 m.
Universitas Sumatera Utara
Tinggi silinder, Hs = 1,5D = 1,5 (2,6 m) = 3,9 m
c. Lebar dan tinggi inlet
Lebar inlet, W = 0,2D = 0,2 (2,6 m) = 0,52 m
Tinggi inlet, H = 0,5D = 0,5 (2,6 m) = 1,3 m
d. Diameter dan tinggi konikal
Diameter atas = D = 2,6 m
Diameter bawah, Dk = 0,5D = 0,5 (2,6 m) = 1,3 m
Tinggi konikal, Hk = 2,5D = 2,5 (2,6 m) = 6,5 m
e. Diameter exit atas
Diameter exit, De = 0,5D = 0,5(2,6 m) = 1,,3 m
f. Tebal siklon
Tekanan kritik yang menyebabkan buckling:
Pc = 2,2E[t/D]3
Dimana:
Pc = tekanan kritik
E = modulus young bahan konstruksi
t/D = perbandingan tebal dan diameter tangki
Untuk baja, E = 200.000 N/mm2 = 2 1011 N/m2
Untuk faktor keselamatan = 3,
Pc = (2,2E[t/D]3)/3
t = (3P/2,2E)1/3D
=
= 0,023 m (0,9049 in)
Tebal shell standar yang digunakan = 1 in (Brownell, 1959)
g. Penurunan tekanan
ΔP =
Dimana:
ΔP = penurunan tekanan siklon, mbar
ρf = densitas fluida, kg/m3
u1 = kecepatan masuk, m/s
u2 = kecepatan keluar, m/s
Universitas Sumatera Utara
rt = jari-jari lingkaran ke pusat garis dari jalan masuk, m
re = jari-jari pipa keluar, m
Ø = faktor tekanan yang bergantung pada nilai φ dan rt/re
φ = fc.As/A1
fc = faktor friksi, untuk gas 0,005
As = luas permukaan siklon yang terbuka untuk fluida yang berputar, m2
A1 = luas pipa masuk, m2
A1 = W.H = (0,52 m) 1,3 m = 0,676 m2
As = πD(Hs + Hk) = π 2,6 m (3,9 m + 6,5 m) = 84,9487 m2
φ = 0,005 (84,9487 m2)/0,676 m2 = 0,6283
rt/re = (D-W/2)/De = (2,6 – 0,52/2)/1,2 = 1,8
Diperoleh Ø = 0,9
u1 = Q/A1 = 9,7892m3/s / 0,676 m/s = 14,4810 m/s
A2 = πDe2/4 = π (1,3 m)2/4 = 1,3273 m2
u2 = Q/A2 = 9,7892m3/s /1,3273 m2= 7,3752 m/s
ΔP =
= 0,2098 mbar
17. Steam Ejector (L-301)
Fungsi : menciptakan tekanan vakum dalam vaccum spray dryer dan
membuang uap air dari cyclone separator
Bentuk : silinder terbuka
Bahan konstruksi : Stainless SteelSA-240grade 304
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 2 unit
Data kondisi operasi:
Temperatur uap (Tu) = 32,9 °C = 306,0 K
Temperatur steam (Ts) = 133,7 °C = 406,8 K
Tekanan dalam (P) = 50 milibar = 0,05 bar
Universitas Sumatera Utara
Tekanan luar ejector-1 (P1) = 500 milibar = 0,5 bar
Tekanan luar ejector-2 (P2) = 1 atm = 1,0132 bar
Tekanan steam (Ps) = 2 bar(g) = 3,0132 bar
Laju alir massa uap (Wu) = 1.248,7293 kg/jam
Perhitungan:
a. Dimensi ejector pertama
P1/P = 0,5 bar/ 0,05 bar = 10
P/Ps = 0,05 bar/ 3,0132 bar = 0,0166
Diperoleh:
A2/A1 = 9 (Perry, 1999)
b. Massa steam yang diperlukan untuk ejector pertama
Ws/Wu = 0,03 (Perry, 1999)
w/wa = wb/wa (Perry, 1999)
Dimana:
W/Wa = perbandingan aktual massa steam yang diperlukan terhadap massa
uap
Wb/Wa = perbandingan massa steam yang diperlukan terhadap massa uap dari
perhitungan
T0a = suhu steam
T0b = suhu uap
Ma = massa molekul steam
Mb = massa molekul uap
Untuk Mb = Ma
w/wa = 0,03 = 0,0346
Massa steam, w = Wu (w/wa) = 1.248,7293 kg/jam (0,0346) = 43,194 kg/jam
c. Dimensi ejector kedua
P1/P = 1,0132 bar/ 0,5 bar = 2,0265
P/Ps = 0,5 bar/ 3,0132 bar = 0,1659
Diperoleh:
A2/A1 = 7 (Perry, 1999)
d. Massa steam yang diperlukan untuk ejector kedua
Universitas Sumatera Utara
Ws/Wu = 0,7 (Perry, 1999)
w/wa = wb/wa (Perry, 1999)
Dimana:
W/Wa = perbandingan aktual massa steam yang diperlukan terhadap massa
uap
Wb/Wa = perbandingan massa steam yang diperlukan terhadap massa uap dari
perhitungan
T0a = suhu steam
T0b = suhu uap
Ma = massa molekul steam
Mb = massa molekul uap
Suhu campuran steam dan uap (T):
Ws.Cs.ΔT = Wu.Cu.ΔT
Cs = Cu, sehingga:
Ws. ΔT = Wu. ΔT
43,194 kg/jam (T – 306,0 K)= 1.248,7293 kg/jam (406,8 K – T)
T = 403,5 K
Untuk Mb = Ma
w/wa = 0,7 = 0,7029
Massa total uap, wa = 1.248,7293 kg/jam + 43,194 kg/jam = 1.291,9233 kg/jam
Massa steam, w = Wu (w/wa) = 1.291,9233 kg/jam (0,7029) = 908,1161 kg/jam
18. Pompa-1 (J-101)
Fungsi : memompa palm stearin dari tanki penyimpanan ke static
mixer
Jenis : pompa rotary
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Data kondisi operasi:
Temperatur operasi (T) = 30 °C
Laju alir massa stearin (m) = 5.736,2602 kg/jam = 3,5128 lbm/s
Densitas (ρ) = 870 kg/m3 = 54,3143 lbm/ft3
Viskositas (μ) = 16,95 cP = 0,0114 lbm/ft.s
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan:
a. Laju alir volumetrik
Q = m/ρ = 3,5128 /54,3143 = 0,0647 ft3/s
b. Diameter optimum
D = 3,9 × Q0,45×ρ0,13 (Peters et.al., 2004)
= 3,9 0,06470,45 54,31430,13
= 1,9118 in
c. Spesifikasi pipa
Digunakan pipa dengan spesifikasi: (Geankoplis, 2003)
- Ukuran pipa nominal = 2 in
- Schedule pipa = 40
- Diameter dalam (ID) = 2,067 in
- Diameter luar (OD) = 2,375 in
- Luas penampang dalam (at) = 0,0233 ft2
- Bahan konstruksi = commercial steel
- equivalent roughness (ε) = 4,6 10-5 m = 1,8110 10-3 in
d. Kecepatan linear
v = Q/at = 0,0647 /0,0233 = 2,7758 ft/s
e. Bilangan Reynold
NRe = = = 2280,0264 (Geankoplis, 2003)
f. Faktor fanning
ε/D = 1,8110 10-3/2,067 = 0,0009
Diperoleh f = 0,05 (Couper, 2005)
g. Instalasi pipa
- Panjang pipa lurus = 50 ft
- 1 buah gate valve fully open, Kf = 0,17 (Geankoplis, 2003)
- 2 buah standard elbow 90o, Kf = 0,75 (Geankoplis, 2003)
- 1 buah sharp edge entrance, Ke = 0,55 (Geankoplis, 2003)
- 1 buah sharp edge exit, Kex = 1 (Geankoplis, 2003)
= = 14,5266
Universitas Sumatera Utara
ΣF =
=
= 2,125 ft.lbf/lbm
Tinggi pemompaan, Δz = 0 ft
Static head, Δz = 0 ft.lbf/lbm
Velocity head, = 0 ft.lbf/lbm
Pressure head, = = 0 ft.lbf/lbm
h. Daya pompa
-Ws = Δz + + + ΣF (Geankoplis, 2003)
= 0 + 0 + 0 + 2,125 ft.lbf/lbm
= 2,125 ft.lbf/lbm
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa, P = = = 0,017 hp
Maka dipilih pompa dengan tenaga 1/20hp
19. Pompa-2 sampai Pompa-13 (J-102 – J-113)
Analog dengan cara di atas, untuk pompa lainnyadiperoleh:
Tabel LC.12 Laju Alir Massa, Densitas, dan Viskositas Umpan
Pompa m ρ μ (kg/jam) (lbm/s) (kg/m3) (lbm/ft3) (cP) (lbm/ft.s)
J-102 1434,0651 0,8782 850,0000 53,0657 39,0300 0,0262 J-103 2291,1543 1,4031 1.499,3500 93,6048 36,0000 0,0242 J-104 467,7497 0,2864 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 J-105 225,0000 0,1378 1.142,8500 71,3484 5,0000 0,0034 J-106 40,5000 0,0248 1.254,9500 78,3469 612,0000 0,4112 J-107 54,0000 0,0331 957,8987 59,8019 30,0000 0,0202 J-108 7170,3253 4,3910 877,0871 54,7568 19,4815 0,0131 J-109 3024,4041 1,8521 1.395,4070 87,1156 18,5947 0,0125 J-110 7170,3253 4,3910 868,9217 54,2470 12,1641 0,0082 J-111 3024,4041 1,8521 1.368,8320 85,4565 4,1383 0,0028 J-112 10194,7293 6,2431 974,5036 60,8385 8,8341 0,0059 J-113 10194,7293 6,2431 975,0000 60,8695 40,0000 0,0269
Universitas Sumatera Utara
(Anonim, 2004; 2009a; 2009b; 2010a; 2011b; 2011c; Applewhite, 1994; Burdick,
2010; Handymath, 2010; Lab. PT Nubika Jaya, 2010; Perry, 1999; Poling, 2001;
Splitz, 1996)
Tabel LC.13 Laju Alir Volumetrik Umpan, Diameter Optimum dan Ukuran Pipa
Pompa Q (ft3/s) Dopt (in) Nominal ID (in) OD (in) at (ft2) J-102 0,0165 1,0321 1 1,0490 1,3150 0,0060 J-103 0,0150 1,0628 1 1/4 1,3800 1,6600 0,0104 J-104 0,0046 0,5927 1/2 0,6220 0,8400 0,0021 J-105 0,0019 0,4080 3/8 0,4930 0,6750 0,0013 J-106 0,0003 0,1830 1/8 0,2690 0,4050 0,0004 J-107 0,0006 0,2271 1/8 0,2690 0,4050 0,0004 J-108 0,0802 2,1082 2 1/2 2,4690 2,8750 0,0332 J-109 0,0213 1,2322 1 1/4 1,3800 1,6600 0,0104 J-110 0,0809 2,1146 2 1/2 2,4690 2,8750 0,0332 J-111 0,0217 1,2398 1 1/4 1,3800 1,6600 0,0104 J-112 0,1026 2,3881 2 1/2 2,4690 2,8750 0,0332 J-113 0,1026 2,3877 2 1/2 2,4690 2,8750 0,0332 (Geankoplis, 2003)
Tabel LC.14 Kecepatan Linear, Bilangan Reynolds, ε/D, Faktor Fanning dan Panjang
Pipa Lurus
Pompa v (ft/s) NRe ε/D f L (ft) J-102 2.7582 487.8549 0,0017 0.0979 50 J-103 1.4413 641.3480 0,0013 0.0860 50 J-104 2.1840 13078.1956 0,0029 0.0328 50 J-105 1.4520 1266.7881 0,0037 0.0603 50 J-106 0.7914 3.3798 0,0067 3.5862 50 J-107 1.3824 91.9308 0,0067 0.2639 50 J-108 2.4140 2077.4668 0.0007 0.0522 50 J-109 2.0443 1639.0514 0,0013 0.0562 50 J-110 2.4366 3327.1816 0.0007 0.0438 50 J-111 2.0840 7364.7798 0,0013 0.0345 50 J-112 3.0890 6513.7490 0,0007 0.0354 50 J-113 3.0875 1438.5778 0,0007 0.0606 50 (Geankoplis, 2003)
Tabel LC.15 Jumlah Valve, Nilai KfGate Valve, Jumlah Elbow 90o, Nilai KfElbow,
dan ΣF Pipa
Pompa Valve Kf Valve Elbow KfElbow
ΣF (ft,lbf/lbm)
Universitas Sumatera Utara
J-102 1 0,17 2 0,75 55.9699 6.9980 J-103 1 0,17 2 0,75 37.3961 1.3112 J-104 1 0,17 2 0,75 31.6626 2.5856 J-105 1 0,17 2 0,75 73.4244 2.5113 J-106 1 0,17 2 0,75 7999.0312 77.8894 J-107 1 0,17 2 0,75 588.6515 17.5786 J-108 1 0,17 2 0,75 12.6838 1.4402 J-109 1 0,17 2 0,75 24.4291 1.7956 J-110 1 0,17 1 0,75 10.6478 1.2103 J-111 1 0,17 0 0,75 14.9803 1.1271 J-112 1 0,17 0 0,75 8.5977 1.5300 J-113 1 0,17 0 0,75 14.7377 2.4380 (Geankoplis, 2003)
Tabel LC.16 Static Head, Velocity Head, Pressure Head, -Ws, Daya Pompa dan Daya
yang Digunakan
Pompa Static Head
Velocity Head
Pressure Head
-Ws (ft.lbf/lbm)
P hitung (hp)
P (hp)
J-102 0 0 0 6.9980 0.0140 1/20 J-103 0 0 0 1.3112 0.0042 1/20 J-104 0 0 0 2.5856 0.0017 1/20 J-105 0 0 0 2.5113 0.0008 1/20 J-106 0 0 0 77.8894 0.0044 1/20 J-107 1 0 69.3864 87.9650 0.0066 1/20 J-108 1 0 0 2.4402 0.0244 1/20 J-109 1 0 0 2.7956 0.0118 1/20 J-110 0 0 0 1.2103 0.0121 1/20 J-111 0 0 0 1.1271 0.0047 1/20 J-112 0 0 68.2041 69.7341 0.9895 1 J-113 0 0 0 2.4380 0.0346 1/20 (Geankoplis, 2003)
20. Pompa Recycle Reaktor (J-114)
Fungsi : memompa sabun dalam saluran recycle
Jenis : pompa lube
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Data kondisi operasi:
Temperatur operasi (T) = 120 °C
Laju alir massa (m) = 10.194,7293 kg/jam = 6,2431 lbm/s
Densitas (ρ) = 973,4666 kg/m3 = 60,7738 lbm/ft3
Equivalent roughness (ε) = 4,6 10-5 m = 1,8110 10-3 in
Diameter dalam reaktor (ID) = 12,9556 in = 1,0796 ft
Panjang total reaktor (L) = 1295,4864 in = 107,9572 ft
Bilangan Reynolds (NRe) = 5.009,6415
Jumlah belokan (elbow 90o) = 4 (Kf = 0,75) (Geankoplis, 2003)
Recycle = 15
Perhitungan:
a. Laju alir volumetrik recycle
Q = (1+R)m/ρ = (1+15) 6,2431 /60,7738 = 1,6436 ft3/s
b. Kecepatan linear
v = Q/A = 4Q/(πD2) = 4 (1,6436 ft3/s)/(π (1,0796 ft)2) = 1,7954 ft/s
c. Faktor fanning
ε/D = 1,8110 10-3/12,9556 = 0,0001
Diperoleh f = 0,0394 (Couper, 2005)
d. Spesifikasi pemompaan
= = 3,9366
ΣF =
=
= 0,3475 ft.lbf/lbm
Tinggi pemompaan, Δz = 0 ft
Static head, Δz = 0 ft.lbf/lbm
Velocity head, = 0 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Pressure head, = 0 ft.lbf/lbm
e. Daya pompa
-Ws = Δz + + + ΣF
= 0 + 0 + 0 + 0,3475 ft.lbf/lbm
= 0,3475 ft.lbf/lbm
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa, P = = = 0,0789 hp
Maka dipilih pompa dengan tenaga 1/4 hp
21. Screw Conveyor (C-101)
Fungsi : memindahkan sabun dari vaccum spray dryer ke ekstruder
Bentuk : silinder panjang dengan screw di bagian dalam
Bahan konstruksi : Commercial Steel
Data kondisi operasi:
Temperatur operasi (T) = 32,9 °C
Laju alir massa (m) = 8730 kg/jam = 19.246,1580 lbm/jam
Densitas (ρ) = 975 kg/m3 = 60,8695 lbm/ft3
Perhitungan:
a. Laju alir volumetrik
Q = m/ρ = 19.246,1580 /60,8695 = 316,1872 ft3/jam
b. Spesifikasi konveyor
Untuk laju alir volumetrik di atas, diperoleh: (Perry, 1999)
Diameter flights = 10 in
Diameter pipa = 2,5 in
Diameter shaft = 2in
Kecepatan putar = 55 rpm
Diameter feed = 9 in
Daya = 0,85 hp
Universitas Sumatera Utara
22. Stirred Tank Reactor (R-202)
Fungsi : mereaksikan sabun yang belum sesuai spesifikasi untuk 1 run
Bentuk : silinder vertikal dengan dasar dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : StainlessSteel SA-240grade 304
Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Data kondisi operasi:
Temperatur = 120 °C
Tekanan = 2 – 3 bar gauge(diambil 3 bar/ 43,5114 psi)
Volume umpan per run (V) = 2,7983 m3
Densitas umpan (ρ) = 973,4666 kg/m3
Viskositas umpan (μ) = 34,992 cP
Faktor kelonggaran = 0,2
Perbandingan diameter tangki dengan tinggi head (Di : Hh) = 4 : 1
Data sistem pengaduk:
Jenis pengaduk = three blade propeller
Jumlah baffle = 4 buah
Kecepatan pengadukan (N) = 400 rpm = 6,6667 rps
Diameter impeller (Da) = 0,4 Di
Tinggi cairan (h) = 1 Di
Jarak impeller dari dasar (C) = 1/3 Di
Tebal Baffle (J) = 0,1 Di
Baffle spacing = 0,1 J
Pitch = Da
Perhitungan:
a. Diameter tanki
- Volume head tangki (Vh)
(Couper, 2005)
Universitas Sumatera Utara
- Volume shell yang terisi cairan (Vf)
- Volume total yang ditempati cairan (Vl)
Vl = Vf + Vh ; hanya bagian dasar tangki yang terisi cairan
=
Vl =
2,7983 m3 =
Di = 1,4508 m = 57,1197 in
- Diameter impeller (Da)
Da = 0,4 Di
= 0,4 (1,4508 m)
= 0,5803 m
b. Bilangan Reynolds, N’Re = (Geankoplis, 2003)
N’Re = = 63.589,9408
c. Volume tangki, Vt =
= 3,3580 m3
d. Tinggi shell
- Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt)
Vt = Vs + 2Vh
3,3580 m3 =
Hs = 1,5476 m
Universitas Sumatera Utara
e. Tebal shell tangki
Pdesain = (1,2) Poperasi
= 1,2 ( 14,696 + 43,5114) = 69,8489 psia
Untuk bahan konstruksi Stainless Steel SA-240grade 304:
- Allowable working stress (S) : 12.900 psia (Couper, 2005)
- Joint efficiency (E) : 0,85
- Corossion allowance (C) : 0,002 in/tahun (Perry,1999)
- Umur alat (n) : 10 tahun
(Brownell, 1959)
=
t = 0,2026 in
Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in
f. Tebal head
(Brownell, 1959)
=
= 0,2020 in
Tebal head standar yang digunakan =¼ in
He = Di/4 = 1,4508 m/4 = 0,3627m = 14,2799 in
Untuk tebal shell ¼ in:
sf = 2 – 2¼ in dipilih 2 in
Maka tinggi head (Hh) = dh + He + sf = ¼ + 14,2799 + 2 =16,5299 in (0,4199 m)
Tinggi total tangki = Hs + 2 Hh = 1,5476 m + 2 (0,4199 m) = 2,3873 m
g. Daya pengaduk
- Power number, Np
Diperoleh, Np = 0,3652 (Couper, 2005)
P = Np ρ N3 Da5 (Geankoplis, 2003)
= 0,3652 (973,4666kg/m3) (400/60 rps)3 (0,5803 m)5
= 6982,9885 W (9,3643 Hp)
Diasumsikan efisiensi pengaduk (η) = 50%, maka:
Pakt = 9,3643 Hp/0,5 = 18,73 Hp
Universitas Sumatera Utara
23. Shell and Tube Heat Exchanger (E-201)
Fungsi : memanaskan produk darireaktor CSTR (R-102)
Tipe : shell and tube heat exchanger
Jumlah : 1 unit
Data tube:
OD tube = ¾ in
BWG = 16
Panjang = 8 ft
Pitch, PT = 15/16 intriangular
ID = 0,62 in (0,0517 ft)
a’ = 0,1963 ft2/ft
Data sabun:
Massa (w) = 10.194,7293 kg/jam = 22.475,5041 lbm/jam
Densitas = 975 kg/m3 = 60,8693 lbm/ft3
Viskositas = 40 cP = 96,7640 lbm/ft.jam
Konduktivitas = 0,1490 Btu/jam.ft.oF
Kapasitas panas = 0,6 Btu/lbm.oF
Suhu masuk = 110 oC = 230 oF
Suhu keluar = 120 oC = 248 oF
Suhu rata-rata = 117,5 oC
Faktor fouling = 0,003
Data steam:
Panas laten = 2.162.839,53 J/kg = 929,8451 Btu/lbm
Suhu steam = 133,7 oC
Faktor fouling = 0,001
Perhitungan:
a. Neraca Panas
Qin = Qout
Universitas Sumatera Utara
w.c.ΔT = W.λ
22.475,5041 lbm/jam 0,6 Btu/lbm.oF (248 – 230)oF = W 929,8511 Btu/lbm
Massa steam, W = 260,8724 lbm/jam = 118,3299 kg/jam
b. Log Mean Temperature Difference
∆T1 = Ts – Tin = 133,7 – 110 = 23,7 oC
∆T2 = Ts – Tout = 133,7 – 120 = 13,7 oC
LMTD = = = 18,23 oC
c. Jumlah tube
UDestimasi = 743W/m2.K = 130,8490 Btu/jam.ft2.oF
Luas permukaan untuk perpindahan panas:
2o2
D
ft 4921,56F5/923,18ft Btu/jam 130,8490
Btu/lbm 929,8511 lbm/jam 260,8724ΔtU
WA =××
×=
××
=Fo
λ
Jumlah tube, 36/ftft0,1963ft8
ft5301,56a'L
AN 2
2
t =×
=×
= buah
Spesifikasi STHE:
Diameter shell, Ds = 8 in
Jumlah tube, Nt = 36
Jumlah pass, n = 1
Baffle spacing, B = 4 in
Area perpindahan panas, A = N.L.at = 36 8 0,1963 = 56,5344 ft2
Koreksi UD
FftjamBtuft
U o2o2D /7510,130F5/923,18 56,5344
Btu/lbm 929,8511 lbm/jam 260,8724ΔtA
W=
×××
=××
=Fo
λ
Fluida dingin: sisi shell, sabun
d. Flow area shell
T
's
s P144BCDa
×××
= ft2 (Kern, 1965)
Ds = Diameter dalam shell
B = Baffle spacing
PT = Tube pitch
C′ = Clearance = PT – OD
= 0,9375 – 0,75 = 0,1875 in
2ft 0,04440,9375144
40,18758sa =
×
××=
e. Kecepatan massa
Gs = w/as (Kern, 1965)
= 22.475,5041 /0,0444
= 505.698,8425 lbm/jam.ft2
f. Bilangan Reynold
Universitas Sumatera Utara
de = 0,55 in (Kern, 1965)
De = 0,55/12 = 0,0458 ft
Res = De.Gs/μ (Kern, 1965)
Res =
= 239,5298
g. jH = 7,1 (Kern, 1965)
h. = = 7,3034
Fluida panas: sisi tube, steam
d.Flow area tube,
at′ = 0,302 in2 (Kern, 1965)
n144
'tatN
at×
×= (Kern, 1965)
2ft0,07551144
0,30236at =
×
×=
e. Kecepatan massa
Gt = W/at (Kern, 1965)
= 260,8724 /0,0755
= 3.455,2631 lbm/jam.ft2
f. Untuk steam yang berkondensasi,
hi = 1.500 Btu/jam.ft2.oF
hio = hi ID/OD
= 1.500 0,62/0,75
= 1.240 Btu/jam.ft2.oF
g. Suhu dinding
Tw = Ta + (Tv – Ta)
= 115 + (133,7–
115)
= 117,2 oC
Tt = (Tw + Tv)/2
= (133,7 + 117,2)/2
= 125,4 oC
Diperoleh μ = 0,6865 lbm/ft.jam
i. ho =
=
= 168,6134 Btu/jam.ft2.oF
h. Bilangan Reynold
Ret = ID.Gt/μ (Kern, 1965)
Ret = 0,0517(3.455,2631)/0,6865
= 260,0311
j. Clean Overall Coeficient, Uc
F ft Btu/jam8,430141168,6134240.1168,61341.240
ohiohohioh
U 2C °=
+×
=+
×=
(Kern, 1965)
k. Faktor pengotor, Rd
0,00097510,1308,4301417510,1308,430141
UUUUR
DC
DCd =
×−
=×−
= (Kern, 1965)
Pressure Drop
(1) Untuk Res = 239,5298
f = 0,0045 ft2/in2 (Kern, 1965)
s = 0,975
φs = 1
(2) B
L121N ×=+ (Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
24121N48=×=+
Ds = 8/12 = 0,6667 ft
( )sφseD105,22
1NsDsGfsΔP 10
2
⋅⋅⋅⋅
+⋅⋅⋅=
(Kern, 1965)
( )( ) ( )( )( )( )( )
psi8933,710,9750,0458105,22240,667505.6980,0045
sΔP 10
2
=⋅
=
∆Ps yang diperbolehkan = 10 psi
(1) Untuk Ret = 260,0311
f = 0,0023 ft2/in2 (Kern, 1965)
s = 0,0010
φt = 1
ts.φ.ID.01.5,22
L.ntfGtΔP 10
.2
=
(Kern, 1965)
( )( )( ) ( )
psi1(0,001)0,062105,2218.455,2631)(0,0023)(3
0785,0
tΔP 10
2
=
=⋅
(2) UntukGt = 3.455,2631
2g'
2V = 0,00002
psi 0771,0
.0,000020,001(4).(1)
2g'
2V.s
4nrΔP
=
=
=
∆PT = ∆Pt + ∆Pr = 0,1557 psi
∆PT yang diperbolehkan = 2 psi
24. Duplex Twin Worm Vacuum Refiner (VE-301)
Fungsi : mengompress dan membentuk sabun menjadi bentuk peletan
Bentuk : kotak berisi dua worm plodder kembar yang terhubung
Bahan konstruksi : stainless steel (bagian ekstruder) dan mild steel (bagian luar)
Kondisi operasi:
Temperatur operasi (T) = 32,9 °C
Laju alir massa (m) = 8730 kg/jam = 19.246,1580 lbm/jam
Densitas (ρ) = 975 kg/m3 = 60,8695 lbm/ft3
Dipilih:
Tipe Vacuum Refiner : DRZ 400 RR
Diameter Worm : 400 mm
Motor tahap I : 75 kW
Motor tahap II : 75 kW
Universitas Sumatera Utara
Pompa vacuum : 0,75 kW
Pemanasan : 4 kW
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN D
PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS
1. Screening (SC)
Fungsi : menyaring partikel-partikel padat yang besar
Jenis : bar screen
Jumlah : 1
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°
Kondisi operasi:
Temperatur = 30°C
Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m3 (Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 2.968,0799 kg/jam
Laju alir volume (Q) = 2.9810 m3/jam (0,0008 m3/s)
Direncanakan ukuran screening:
Panjang = 1 m
Lebar = 1 m
Perhitungan:
Misalkan, jumlah bar = x
Maka, 20x + 20 (x + 1) = 1000
40x = 980
x = 24,5 ≈24 buah
Luas bukaan (A2) = 20(24 + 1)(1000) = 500.000 mm2 = 0,5 m2
Universitas Sumatera Utara
Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan Cd = 0,6
dan 30% screen tersumbat.
Head loss (∆h) = 22
2
22
2d
2
(0,5) (0,6) (9,8) 2) (0,0008
A C g 2Q
=
= 3,8869.10-7m dari air
20 mm
20 mm
1 m
1 m
Gambar LD.1 Bar Screen
2. Bak Sedimentasi (BS)
Fungsi : untuk mengendapkan lumpur yang terikut dengan air.
Jumlah : 1
Jenis : Grift Chamber Sedimentation
Aliran : horizontal sepanjang bak sedimentasi
Bahan kontruksi : beton kedap air
Data:
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Laju alir volumetrik (Q) = 2.9810 m3/jam (0,0008 m3/s)
Perhitungan:
Bak dibuat persegi panjang untuk desain efektif (Kawamura, 1991)
Kecepatan pengendapan 0,1 mm pasir adalah (Kawamura, 1991) :
νo = 1,57 ft/min atau 8 mm/s (0,008 m/s)
Surface loading, ν = Q/A
Universitas Sumatera Utara
Diambil ν = νo, maka:
Luas permukaan minimum, A = Q/νo = 0,0008/0,008 = 0,1035 m2
Digunakan:
Panjang (p) = 1 m
Lebar (l) = 0,5 m
Luas permukaan = 1 0,5 = 0,5 m2> 0,1035 m2 (memenuhi)
Waktu retensi 6 – 15 menit (Kawamura, 1991), diambil 15 menit (900 s).
Jarak pengendapan, ho = νo.to = 0,008 m/s 900 s = 7,2 m
Diambil tinggi (t) 2 m sehingga pasir yang lebih halus juga mencapai dasar.
Luas penampang aliran, Ap = l t = 0,5 2 = 1 m2
Kecepatan aliran, υ = Q/Ap = 0,0008/1 = 0,0008 m/s
Headloss (∆h); bak menggunakan gate valve, full open:
∆h = K = 0,12 = 4,1979.10-9 m dari air
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
Data:
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Dosis alum = 50 ppm
% berat alum = 30%
Laju massa alum = 0,1484kg/jam
Densitas alum = 1.363 kg/m3 (30%) (Perry, 1999)
Viskositas alum = 1cP (30%) (Othmer & Kirk, 1967)
Waktu simpan = 30 hari
Faktor keamanan = 15%
Data sistem pengaduk:
Universitas Sumatera Utara
Jenis pengaduk = three blade propeller
Jumlah baffle = 4 buah
Kecepatan pengadukan (N) = 400 rpm
Diameter impeller (Da) = 0,4 Di
Tinggi cairan (h) = 1 Di
Jarak impeller dari dasar (C) = 1/3 Di
Tebal Baffle (J) = 0,1 Di
Baffle spacing = 0,1 J
Pitch = Da
Perhitungan:
a. Volume larutan, 3kg/m1.3630,3
hari30jam/hari24kg/jam1484,0lV
×
××= = 0,2613 m3
Volume tangki, Vt = 1,15×0,2613m3= 0,3005 m3
b. Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki (D : H) = 1 : 1
3πD
413m3005,0
H2πD41
V
=
=
D = 0,726 m
H = 0,726 m
Tinggi cairan, h = H/1,15 = 0,726/1,15 = 0,6313 m
c. Tebal shell tangki
Ph = ρgh = 1.363 9,8 0,6313 = 8.432,2442 Pa = 1,223 psi
Pdesign = 1,15 (14,696 + 1,223) = 18,3068 psia
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia (Brownell,1959)
in0259,0m 0007,0
psia) 81,2(18,306psia)(0,8) 2(12650m) (0,726 psia) (18,3068
1,2P2SEPD
t
==
−=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Universitas Sumatera Utara
Tebal shell yang dibutuhkan = 0,0259 in + 1/8 in = 0,1509 in
Tebal shell standar yang digunakan 3/16in
d. Bilangan Reynold
Da = 0,4D = 0,4 (0,726 m) = 0,2904 m
NRe = ( )μDNρ 2
a
(Geankoplis, 2003)
=
= 766.202,13
e. Daya pengaduk
Diperoleh Np = 0,3652
P = Np ρ N3 Da5 (Geankoplis, 2003)
= 0,3652 (1.363) (400/60)3 (0,2904)5
= 304,5211 Watt (0,4084 hp)
Efisiensi motor penggerak = 75%
Daya motor penggerak = 0,4084/0,75= 0,5445 hp
Ditinjau dari kapasitas penampungan alum yang sangat kecil, diputuskan
menggunakan container dari fiberglass dan penyalurannya dilakukan secara
manual.
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
Data:
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Dosis Na2CO3 = 27 ppm
% beratNa2CO3 = 30%
Laju massa Na2CO3= 0,0801kg/jam
Densitas Na2CO3 = 1.327 kg/m3 (30%) (Perry, 1999)
Universitas Sumatera Utara
Viskositas Na2CO3= 0,5491cP (30%) (Othmer & Kirk, 1967)
Waktu simpan = 30 hari
Faktor keamanan = 15%
Data sistem pengaduk:
Jenis pengaduk = three blade propeller
Jumlah baffle = 4 buah
Kecepatan pengadukan (N) = 400 rpm
Diameter impeller (Da) = 0,4 Di
Tinggi cairan (h) = 1 Di
Jarak impeller dari dasar (C) = 1/3 Di
Tebal Baffle (J) = 0,1 Di
Baffle spacing = 0,1 J
Pitch = Da
Perhitungan:
a. Volume larutan, 3kg/m1.3270,3
hari30jam/hari24kg/jam0801,0lV
×
××= = 0,1449 m3
Volume tangki, Vt = 1,15×0,1449m3= 0,1666 m3
b. Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki (D : H) = 1 : 1
3πD
413m1666,0
H2πD41
V
=
=
D = 0,5692 m
H = 0,5692 m
Tinggi cairan, h = H/1,15 = 0,5515/1,15 = 0,495 m
c. Tebal shell tangki
Ph = ρgh = 1.327 9,8 0,495 = 6.437,1477 Pa = 0,9336 psi
Pdesign = 1,15 (14,696 + 0,9336) = 17,9741 psia
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12650 psia (Brownell,1959)
Universitas Sumatera Utara
in0199,0m 0005,0
psia) 11,2(17,974psia)(0,8) 2(12650m) (0,5692 ia)(17,9741ps
1,2P2SEPD
t
==
−=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Tebal shell yang dibutuhkan = 0,0199 in + 1/8 in = 0,1449 in
Tebal shell standar yang digunakan 3/16in
d. Bilangan Reynold
Da = 0,4D = 0,4 (0,5692 m) = 0,2277 m
NRe = ( )μDNρ 2
a
(Geankoplis, 2003)
=
= 835.240,99
e. Daya pengaduk
Diperoleh Np = 0,3652
P = Np ρ N3 Da5 (Geankoplis, 2003)
= 0,3652 (1.327) (400/60)3 (0,2277)5
= 87,8757 Watt (0,1178 hp)
Efisiensi motor penggerak = 75%
Daya motor penggerak = 0,1178/0,75= 0,1571 hp
Ditinjau dari kapasitas penampungan soda abu dan kebutuhannya yang tidak
kontinue, diputuskan menggunakan container dari fiberglass dan penyalurannya
dilakukan secara manual.
5. Clarifier (CL)
Fungsi : memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena
penambahan alum dan soda abu
Tipe : External Solid Recirculation Clarifier
Bentuk : Circular desain
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C
Universitas Sumatera Utara
Data:
Laju massa air (F1) = 2.968,0799kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3 (F2) = 0,1484kg/jam
Laju massa Na2CO3 (F3) = 0,0801kg/jam
Laju massa total, m = 2.968,3084kg/jam
Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m3 (Geankoplis, 2003)
Faktor keamanan = 15%
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 = 3–5m
Settling time = 1–3jam
Dipilih: kedalaman air (H) = 3 m, waktu pengendapan = 3 jam
a. Diameter dan tinggi clarifier
Karena campuran sebagian besar merupakan air, digunakan densitas air sebagai
densitas campuran.
Volume cairan, V = =68,995
jam 3 x jam / kg 2.968,3084 8,9436 m3
V = 1/4πD2H
D = mHV
9483,1314,3
9436,84)4
(2/1
2/1 =×
×=
π
Maka, diameter clarifier = 1,9483 m
tinggi clarifier = 1,5D = 2,9224 m
Karena tinggi clarifier< tinggi air, maka ketinggian air diubah menjadi 2 m.
D = mHV
3861,2214,3
9436,84)4
(2/1
2/1 =×
×=
π H = 1,5D = 3,5792 m
b. Tebal dinding tangki
Ph = ρgh = 995,68 kg/m3 9,8 m/det2 2 m= 19.515,3280 Pa = 2,8305 psi
Universitas Sumatera Utara
Pdesign= (1,15) (14,696 + 2,8305) = 20,1554 psia
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia (Brownell,1959)
in 0,0937m 0,0024
psia) 41,2(20,155psia)(0,8) 2(12.650m) (2,3861 psia) (20,1554
1,2P2SEPD
t
==
−=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0937 in + 1/8 in = 0,2187 in
Tebal shell standar yang digunakan ¼ in (Brownell,1959)
c. Daya Clarifier
P = 0,006 D2 (Ulrich, 1984)
dimana:P = daya yang dibutuhkan, kW
Sehingga,
P = 0,006 × (2,3861)2 = 0,0342 kW = 0,0458 hp
6. Tangki Filtrasi (TF)
Fungsi : menyaring partikel-partikel yang masih terbawa dalam air
yang keluar dari clarifier
Bentuk : silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahankonstruksi : Carbon steel SA-283 grade C
Data:
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Laju alir massa = 2.968,3084kg/jam
Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m3 (Geankoplis, 2003)
Densitas pasir (ρ) = 2.089,5 kg/m3
Waktu tinggal = ¼ jam
Volume medium penyaring = 1/3 volume tangki
Tinggi medium penyaring = 43,5 in (1,1049 m)
Faktor keamanan = 15%
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan:
a. Volume air, 3kg/m995,68
jam0,25 kg/jam 2.968,3084aV ×= = 0,7453 m3
b. Untuk luas penampang sama, perbandingan volume sama dengan perbandingan
tinggi, sehingga:
Tinggi total = 3 (1,1049) = 3,3147 m
Tinggi air= 2/3 (3,3147)= 2,2098 m
Tinggi shell = 1,15 (3,3147) = 3,8119 m
Va =
0,7453 m3 = D2 (2,2098 m)
D = 0,6553 m
c. Tebal tangki
- Tekanan hidrostatis air
Ph = ρgh = 995,68kg/m3 9,8 m/det2 2,2089 m= 21.562,4859 Pa
- Tekanan pasir
Ps = ρgh = 2.089,5kg/m3 9,8 m/det2 1,1049 m= 22.625,1478 Pa
Ptotal = 21.562,4859 Pa + 22.625,1478 Pa = 44.187,6337 Pa = 6,4089 psi
Pdesign= (1,15) (14,696 + 6,4089) = 24,2706psia
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12,650 psia (Brownell,1959)
in 0,031m 0,0008
)p,2(24,27061psia)(0,8) 2(12.650m) (0,6553 psia) (24,2706
,2P12SEPD
t
==
−=
−=
sia
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,031 in + 1/8 in = 0,156 in
Tebal shell standar yang digunakan 3/16in (Brownell,1959)
7. Menara Air/Tangki Utilitas – 01 (TU-01)
Fungsi : menampung air untuk didistribusikan
Universitas Sumatera Utara
Bentuk : silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C
Data:
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Laju alir volumetrik = 2,9812m3/jam
Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m3 (Geankoplis,2003)
Kebutuhan perancangan = 8 jam
Faktor keamanan = 15%
Perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 4 : 5
Perhitungan:
a. Volume air, Va = 2,9812m3/jam 8 jam = 23,8495 m3
Volume tangki, Vt = 1,15×23,8495 m3 = 27,4269 m3
b. Diameter tangki
3πD1653m27,4269
D452πD
413m 27,4269
H2πD41
V
=
=
=
D = 3,0343 m
H = 3,7929 m
Tinggi cairan, h = H/1,15 = 3,7929m/1,15 = 3,2982 m
c. Tebal dinding tangki
Ph = ρgh = 995,68 kg/m3 9,8 m/s2 3,2982 m = 32.182,3007 Pa = 4,6677 psi
Pdesign= (1,15)(14,696 + 4,6677) = 22,2682 psia
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia (Brownell,1959)
1,2P2SEPDt−
=
Universitas Sumatera Utara
in 0,1316m 0,0033
psia) 21,2(22,268psia)(0,8) 2(12.650m) (3,0343 psia) (22,2682
t
==
−=
Faktor korosi = 1/8 in.
Tebal shell yang dibutuhkan = 0,1316 in + 1/8 in = 0,2566 in
Tebal shell standar yang digunakan 5/16 in (Brownell,1959)
8. Tangki Pelarutan Asam Sulfat H2SO4 (TP-03)
Fungsi : membuat larutan asam sulfat
Bentuk : silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA–203 grade A
Data:
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
% beratH2SO4 = 5%
Laju massa H2SO4 = 0,1335kg/hari
Densitas H2SO4 = 1.061,7 kg/m3(5%) (Perry, 1999)
Viskositas H2SO4 = 17,8579 cP (5%) (Othmer & Kirk, 1967)
Kebutuhan perancangan = 30 hari
Faktor keamanan = 15%
Data sistem pengaduk:
Jenis pengaduk = three blade propeller
Jumlah baffle = 4 buah
Kecepatan pengadukan (N) = 400 rpm
Diameter impeller (Da) = 0,4 Di
Tinggi cairan (h) = 1 Di
Jarak impeller dari dasar (C) = 1/3 Di
Tebal Baffle (J) = 0,1 Di
Baffle spacing = 0,1 J
Pitch = Da
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan:
a. Volume larutan, 3kg/m1061,70,05
hari30kg/hari1335,0lV
×
×= = 0,0754m3
Volume tangki, Vt = 1,15× 0,0754 m3 = 0,0868 m3
b. Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki (D : H) = 1 : 1
3πD
413m0868,0
H2πD41
V
=
=
D = 0,458 m
H = 0,458 m
Tinggi cairan, h = H/1,15 = 0,458/1,15 = 0,3982 m
c. Tebal shell tangki
Ph = ρgh = 1.061,7 9,8 0,3982 = 4.143,5921 Pa = 0,601 psi
Pdesign = 1,15 (14,696 + 0,601) = 17,5915 psia
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia (Brownell,1959)
in0157,0m 0004,0
psia) 87,59151,2(18,075psia)(0,8) 2(12650m) (0,458 psia) (17,5915
1,2P2SEPD
t
==
−=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Tebal shell yang dibutuhkan = 0,0157 in + 1/8 in = 0,1407 in
Tebal shell standar yang digunakan 3/16in
d. Bilangan Reynold
Da = 0,4D = 0,4 (0,458 m) = 0,1832 m
NRe = ( )μDNρ 2
a
(Geankoplis, 2003)
=
= 13.301,2684
e. Daya pengaduk
Diperoleh Np = 0,3652
Universitas Sumatera Utara
P = Np ρ N3 Da5 (Geankoplis, 2003)
= 0,3652 (1.061,7) (400/60)3 (0,1832)5
= 23,7008 Watt (0,0318 hp)
Efisiensi motor penggerak = 75%
Daya motor penggerak = 0,0318/0,75= 0,0424 hp
Ditinjau dari kapasitas penampungan asam sulfat dan kebutuhan asam sulfat yang
tidak kontinue, diputuskan menggunakan container dari fiberglass dan
penyaluran asam sulfat dilakukan secara manual.
9. Penukar Kation/Cation Exchanger (CE)
Fungsi : mengurangi kesadahan air
Bentuk : silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C
Data:
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Laju alir volumetrik = 2,9812 m3/jam
Densitas air = 995,68 kg/m3 (Geankoplis, 2003)
Faktor keamanan = 15%
Ukuran Cation Exchanger:
Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh:
- Diameter penukar kation = 2 ft = 0,6096 m
- Luas penampang penukar kation = 3,14 ft2 = 0,2917 m2
Tinggi resin dalam cation exchanger = 2,5 ft = 0,7620 m
Perhitungan:
a. Tinggi silinder = 1,15× 2,5 ft= 2,875 ft = 0,8763 m
b. Diameter tutup = diameter tangki = 0,6096 m
c. Tinggi cation exchanger
Rasio axis = 2 : 1
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tutup = m0,15242
0,609621
=
(Brownell,1959)
Sehingga, tinggi cation exchanger = 0,8763 m + 2 0,1524 m = 1,1811 m
d. Tebal Dinding Tangki
Ph = ρgh = 995,68 9,8 0,7620 = 7.435,4304 Pa = 1,0784 psi
Maka, Pdesign = (1,15)(14,696 + 1,0784)
= 18,1406psia
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia (Brownell,1959)
in 0,0215m 0,0005psia) 61,2(18,140psia)(0,8) 2(12.650
m) (0,6069 psia) (18,14061,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0215 in + 1/8 in = 0,1465 in
Tebal shell standar yang digunakan3/16 in (Brownell,1959)
10. Tangki Pelarutan NaOH (TP-04)
Fungsi : membuat larutan NaOH
Bentuk : silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel, SA-283, grade C
Data:
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
% beratNaOH = 4%
Laju massa NaOH = 0,4926kg/hari
Densitas NaOH = 1.039 kg/m3(4%) (Perry, 1999)
ViskositasNaOH = 0,6402 cP (4%) (Othmer & Kirk, 1967)
Kebutuhan perancangan = 30 hari
Faktor keamanan = 15%
Universitas Sumatera Utara
Data sistem pengaduk:
Jenis pengaduk = three blade propeller
Jumlah baffle = 4 buah
Kecepatan pengadukan (N) = 400 rpm
Diameter impeller (Da) = 0,4 Di
Tinggi cairan (h) = 1 Di
Jarak impeller dari dasar (C) = 1/3 Di
Tebal Baffle (J) = 0,1 Di
Baffle spacing = 0,1 J
Pitch = Da
Perhitungan:
a. Volume larutan, 3kg/m10390,04
hari30kg/hari4926,0lV
×
×= = 0,3556m3
Volume tangki, Vt = 1,15×0,3556 m3 = 0,4089 m3
b. Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki (D : H) = 1 : 1
3πD
413m4089,0
H2πD41
V
=
=
D = 0,7679 m
H = 0,7679 m
Tinggi cairan, h = H/1,15 = 0,76791,15 = 0,6677 m
c. Tebal shell tangki
Ph = ρgh = 1.039 9,8 0,6677 = 6.798,7206 Pa = 0,9861 psi
Pdesign = 1,15 (14,696 + 0,9861) = 18,0344 psia
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia (Brownell,1959)
in027,0m 0007,0
psia) 41,2(18,034psia)(0,8) 2(12650m) (0,7679 psia) (18,0344
1,2P2SEPD
t
==
−=
−=
Universitas Sumatera Utara
Faktor korosi = 1/8 in
Tebal shell yang dibutuhkan = 0,027 in + 1/8 in = 0,152 in
Tebal shell standar yang digunakan 3/16in
d. Bilangan Reynold
Da = 0,4D = 0,4 (0,7679 m) = 0,3071 m
NRe = ( )μDNρ 2
a
(Geankoplis, 2003)
=
= 1.020.682,2858
e. Daya pengaduk
Diperoleh Np = 0,3652
P = Np ρ N3 Da5 (Geankoplis, 2003)
= 0,3652 (1.039) (400/60)3 (0,3071)5
= 307,2973 Watt (0,4121 hp)
Efisiensi motor penggerak = 75%
Daya motor penggerak = 0,4121/0,75= 0,5495 hp
Ditinjau dari kapasitas penampungan soda api dan kebutuhannya yang tidak
kontinue, diputuskan menggunakan container dari fiberglass dan penyalurannya
dilakukan secara manual.
11. Penukar Anion (anion exchanger) (AE)
Fungsi : mengikat anion yang terdapat dalam air umpan ketel
Bentuk : silinder tegak dengan tutup atas dan bawah elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-53, Grade B
Data:
Temperatur = 30oC
Tekanan = 1 atm
Laju alir volumetrik = 2,9812 m3/jam
Densitas air = 995,68 kg/m3 (Geankoplis, 2003)
Faktor keamanan = 15%
Universitas Sumatera Utara
Ukuran Anion Exchanger:
Dari Tabel 12.3, The Nalco Water Handbook, diperoleh:
- Diameter penukar kation = 2 ft = 0,6096 m
- Luas penampang penukar anion = 3,14 ft2 = 0,2917 m2
Tinggi resin dalamanion exchanger = 2,5 ft = 0,7620 m
Perhitungan:
a. Tinggi silinder = 1,15× 2,5 ft= 2,875 ft = 0,8763 m
b. Diameter tutup = diameter tangki = 0,6096 m
c. Tinggi cation exchanger
Rasio axis = 2 : 1
Tinggi tutup = m0,15242
0,609621
=
(Brownell,1959)
Sehingga, tinggi cation exchanger = 0,8763 m + 2 0,1524 m = 1,1811 m
d. Tebal Dinding Tangki
Ph = ρgh = 995,68 9,8 0,7620 = 7.435,4304 Pa = 1,0784 psi
Maka, Pdesign = (1,15)(14,696 + 1,0784)
= 18,1406psia
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia (Brownell,1959)
in 0,0215m 0,0005psia) 61,2(18,140psia)(0,8) 2(12.650
m) (0,6069 psia) (18,14061,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0215 in + 1/8 in = 0,1465 in
Tebal shell standar yang digunakan3/16 in (Brownell,1959)
Universitas Sumatera Utara
12. 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
Data:
Temperatur = 90oC
Tekanan = 1 atm
Kebutuhan perancangan =1 hari
Laju alir massa air = 2.742,15kg/jam
Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m3 (Perry, 1999)
Faktor keamanan = 15%
Perhitungan:
a. Volume larutan, Vl=2.742,15 24/995,68 =66,0971 m3
Volume tangki, Vt = 1,15 66,0971m3 = 76,0117 m3
b. Diameter dan panjang tangki
- Volume dinding tangki (Vs)
Vs = 4Di2π H, dengan H direncanakan 3 : 1
Vs = 4Di3 3π
- Volume tutup tangki (Ve)
Ve = 24Di3π
- Volume tangki(V)
V = Vs + 2Ve
76,0117 = 6Di5 3π
D = 3,0735 m
H = 9,2206 m
Universitas Sumatera Utara
c. Diameter dan tinggi tutup tangki
Diameter tutup = diameter tangki = 3,0735 m
Rasio axis = 2 : 1
Tinggi tutup = 21 ( )
20735,3
= 0,7684 m
Tinggi cairan dalam tangki =3,0735 /1,15 = 2,6726 m
d. Tebal Dinding Tangki
Ph = ρgh = 995,68 9,8 2,6726= 26.078,6624 Pa = 3,7824 psi
Pdesign = 1,15 (14,696 + 3,7824) = 21,2502 psia
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia (Brownell,1959)
in1272,0m 0032,0
psia) 21,2(21,250psia)(0,8) 2(12650m) (3,0735 psia) (21,2502
1,2P2SEPD
t
==
−=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Tebal shell yang dibutuhkan = 0,1272 in + 1/8 in = 0,2522 in
Tebal shell standar yang digunakan 5/16in
13. Ketel Uap (KU)
Fungsi : menyediakan uap untuk keperluan proses
Jenis : water tube boiler
Bahan konstruksi : carbon steel
Data:
Jenis uap = saturated (jenuh)
Suhu = 133,7 °C
Tekanan = 2 bar (g)
Entalpi steam = 2.722,268 kJ/kg (Geankoplis, 2003)
Entalpi air = 376,92 kJ/kg (Geankoplis, 2003)
Kebutuhan uap = 2.742,15kg/jam = 6.045,3439 lbm/jam
Universitas Sumatera Utara
Menghitung Daya Ketel Uap
H3,970P5,34W ××
=
dimana: P = daya boiler, hp
W = kebutuhan uap, lbm/jam
H = kalor yang dibutuhkan per lbm steam, Btu/lbm
H = 2.722,268 – 376,92 = 2.345,348 kJ/kg = 1.008,3181 Btu/lbm
Maka,
3,9705,343181,008.1 6.045,3439
P×
×= = 182,0931 hp
Menghitung Jumlah Tube
Dari ASTM Boiler Code, permukaan bidang pemanas = 10 ft2/hp.
Luas permukaan perpindahan panas, A = P × 10 ft2/hp
= 182,0931 hp × 10 ft2/hp
= 1.820,9309 ft2
Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi:
- Panjang tube, L = 12 ft
- Diameter tube 3 in
- Luas permukaan pipa, a′ = 0,917 ft2/ft (Kern, 1965)
Sehingga jumlah tube,
917,0129309,820.1
'aL
AtN
×=
×= = 165,48 buah
Jadi tube yang digunakan 166 buah
14. Tangki Pelarutan Kaporit (TP-05)
Fungsi : membuat larutan kaporit [Ca(ClO)2]
Bentuk : silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Plate Steel SA–167, Tipe 304
Data:
Temperatur = 30oC
Universitas Sumatera Utara
Tekanan = 1 atm
Dosis Ca(ClO)2 = 2 ppm
% beratCa(ClO)2 = 70%
Laju massa Ca(ClO)2 = 0,0015 kg/jam
Densitas Ca(ClO)2 = 1272 kg/m3 (70%) (Perry, 1999)
ViskositasCa(ClO)2 = 1 cP (70%) (Othmer & Kirk, 1967)
Kebutuhan perancangan = 90 hari
Faktor keamanan = 15%
Data sistem pengaduk:
Jenis pengaduk = three blade propeller
Jumlah baffle = 4 buah
Kecepatan pengadukan (N) = 400 rpm
Diameter impeller (Da) = 0,4 Di
Tinggi cairan (h) = 1 Di
Jarak impeller dari dasar (C) = 1/3 Di
Tebal Baffle (J) = 0,1 Di
Baffle spacing = 0,1 J
Pitch = Da
Perhitungan:
a. Volume larutan, 3l kg/m1272hari90jam 24kg/jam0015,0V ××
= = 0,0655m3
Volume tangki, Vt = 1,15×0,0655 m3 = 0,0753 m3
b. Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki (D : H) = 1 : 1
33
2
πD41m0753,0
HπD41V
=
=
D = 0,4369 m
H = 0,4369 m
Tinggi cairan, h = H/1,15 = 0,4369/1,15 = 0,3799 m
Universitas Sumatera Utara
c. Tebal shell tangki
Ph = ρgh = 1.272 9,8 0,3799 = 4.735,8308 Pa = 0,6869 psi
Pdesign = 1,15 (14,696 + 0,6869) = 17,6903 psia
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia (Brownell,1959)
in0150,0m 0004,0psia) 31,2(17,690psia)(0,8) 2(12650
m) (0,4369 psia) (17,69031,2P2SE
PDt
==−
=
−=
Faktor korosi = 1/8 in
Tebal shell yang dibutuhkan = 0,0150 in + 1/8 in = 0,1400 in
Tebal shell standar yang digunakan 3/16in
d. Bilangan Reynold
Da = 0,4D = 0,4 (0,4369 m) = 0,1748 m
NRe = ( )μDNρ 2
a
(Geankoplis, 2003)
=
= 258.986,7168
e. Daya pengaduk
Diperoleh Np = 0,3652
P = Np ρ N3 Da5 (Geankoplis, 2003)
= 0,3652 (1.272) (400/60)3 (0,1748)5
= 22,4346 Watt (0,0301 hp)
Efisiensi motor penggerak = 75%
Daya motor penggerak = 0,0301/0,75= 0,0401 hp
Ditinjau dari kapasitas penampungan kaporit dan kebutuhannya yang sedikit,
diputuskan menggunakan container dari fiberglass dan penyalurannya dilakukan
secara manual.
15. Tangki Utilitas – 02 (TU-02)
Fungsi : menampung air untuk keperluan air domestik
Universitas Sumatera Utara
Bentuk : silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-53, Grade B
Data:
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Laju alir massa air = 540 kg/jam
Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m3 (Geankoplis, 2003)
Kebutuhan perancangan = 1 hari = 24 jam
Faktor keamanan = 15%
Perbandingan diameter dengan tinggi silinder, H : D = 4 : 5
Perhitungan:
a. Volume air, Va = 540kg/jam 24 jam / 995,68 kg/m3 = 13,0162 m3
Volume tangki, Vt = 1,15×13,0162m3 = 14,9687 m3
b. Diameter tangki
33
23
2
πD165m14,9687
D45πD
41m 14,9687
HπD41V
=
=
=
D = 2,4797 m
H = 3,0996 m
Tinggi cairan, h = H/1,15 = 3,0996 m/1,15 = 2,6953 m
c. Tebal dinding tangki
Ph = ρgh = 995,68 kg/m3 9,8 m/s2 2,6953 m = 26.299,7984 Pa = 3,8145 psi
Pdesign= (1,15)(14,696 + 3,8145) = 21,2870 psia
Joint efficiency = 0,8 (Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia (Brownell,1959)
1,2P2SEPDt−
=
Universitas Sumatera Utara
in 0,1028m 0,0026psia) 01,2(21,287psia)(0,8) 2(12.650
m) (2,4797 psia) (21,2870t
==−
=
Faktor korosi = 1/8 in.
Tebal shell yang dibutuhkan = 0,1028 in + 1/8 in = 0,2278 in
Tebal shell standar yang digunakan ¼ in (Brownell,1959)
16. Pompa Screening (PU-01)
Fungsi : memompa air dari sungai ke bak pengendapan
Jenis : pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi:
Temperatur = 30°C
Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m3 = 62,1606 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)
Viskositas air (µ) = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft.s (Geankoplis, 2003)
Laju alir massa (F) = 2.968,0799 kg/jam
Laju alir volume (Q) = 2.9810 m3/jam (0,0292 ft3/s)
Perhitungan:
i. Diameter optimum
D = 3,9 × Q0,45×ρ0,13 (Peters et.al., 2004)
= 3,9 0,02920,45 62,1606,13
= 1,3612 in
j. Spesifikasi pipa
Digunakan pipa dengan spesifikasi: (Geankoplis, 2003)
- Ukuran pipa nominal = 1 ½ in
- Schedule pipa = 40
- Diameter dalam (ID) = 1,61 in
- Diameter luar (OD) = 1,90 in
- Luas penampang dalam (at) = 0,01414 ft2
- Bahan konstruksi = commercial steel
Universitas Sumatera Utara
- equivalent roughness (ε) = 4,6 10-5 m = 1,8110 10-3 in
k. Kecepatan linear
v = Q/at = 0,0292/0,01414 = 2,0679 ft/s
l. Bilangan Reynold
NRe = = = 32.053,717 (Geankoplis, 2003)
m. Faktor fanning
ε/D = 1,8110 10-3/1,61 = 0,0011
Diperoleh f = 0,0261 (Couper, 2005)
n. Instalasi pipa
- Panjang pipa lurus = 50 ft
- 1 buah gate valve fully open, Kf = 0,17 (Geankoplis, 2003)
- 2 buah standard elbow 90o, Kf = 0,75 (Geankoplis, 2003)
- 1 buah sharp edge entrance, Ke = 0,55 (Geankoplis, 2003)
- 1 buah sharp edge exit, Kex = 1 (Geankoplis, 2003)
= = 9,7286
ΣF =
=
= 0,8605 ft.lbf/lbm
Tinggi pemompaan, Δz = 0 ft
Static head, Δz = 0 ft.lbf/lbm
Velocity head, = 0 ft.lbf/lbm
Pressure head, = = 0 ft.lbf/lbm
o. Daya pompa
-Ws = Δz + + + ΣF (Geankoplis, 2003)
= 0 + 0 + 0 + 0,8605 ft.lbf/lbm = 0,8605 ft.lbf/lbm
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka
Tenaga pompa, P = = = 0,0036 hp
Maka dipilih pompa dengan tenaga 1/20 hp
Universitas Sumatera Utara
17. Pompa Utilitas-2 sampai Pompa Utilitas-16 (PU-02 – PU-16)
Analog dengan cara di atas, untuk pompa lainnyadiperoleh:
Tabel LD.1 Perhitungan Pompa Utilitas-2 sampai Pompa Utilitas-16 (PU-02 – PU-16) Pompa m ρ*) μ*) Q Dopt Nominal ID*) OD*) at
*) v NRe (kg/jam) (lbm/s) (kg/m3) (lbm/ft3) (cP) (lbm/ft.s) (ft3/s) (in) (in) (in) (ft2) (ft/s)
PU-02 2.968,0799 1,8176 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 0,0292 1,3612 1 ½ 1,9000 1,6100 0,0141 2,0679 32.053,7170 PU-03 0,4947 0,0003 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 4,9 10-6 0,0271 1/8 0,2690 0,4050 0,0004 0,0122 47,5044 PU-04 0,2670 0,0002 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 2,6 10-6 0,0206 1/8 0,2690 0,4050 0,0004 0,0066 25,6409 PU-05 2.968,3084 1,8178 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 0,0292 1,3612 1 ½ 1,9000 1,6100 0,0141 2,0681 32.056,1846 PU-06 2.968,3084 1,8178 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 0,0292 1,3612 1 ½ 1,9000 1,6100 0,0141 2,0681 32.056,1846 PU-07 1.879,6499 1,1511 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 0,0185 1,1082 1 ¼ 1,6600 1,3800 0,0104 1,7806 23.656,4219 PU-08 540,0000 0,3307 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 0,0053 0,6322 ¾ 1,0500 0,8240 0,0037 1,4339 11.375,5762 PU-09 548,4300 0,3359 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 0,0054 0,6367 ¾ 1,0500 0,8240 0,0037 1,4563 11.553,1616 PU-10 0,1113 0,0001 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 1,1 10-6 0,0139 1/8 0,2690 0,4050 0,0004 0,0027 10,6837 PU-11 0,5131 0,0003 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 5,1 10-6 0,0276 1/8 0,2690 0,4050 0,0004 0,0126 49,2770 PU-12 548,4300 0,3359 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 0,0054 0,6367 ¾ 1,0500 0,8240 0,0037 1,4563 11.553,1616 PU-13 548,4300 0,3359 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 0,0054 0,6367 ¾ 1,0500 0,8240 0,0037 1,4563 11.553,1616 PU-14 2.742,1500 1,6793 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 0,0270 1,3135 1 ½ 1,9000 1,6100 0,0141 1,9105 29.613,7917 PU-15 0,0386 0,0000 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 3,8 10-7 0,0086 1/8 0,2690 0,4050 0,0004 0,0009 3,7041 PU-16 540,0000 0,3307 995,6800 62,1606 0,8007 0,0005 0,0053 0,6322 ¾ 1,0500 0,8240 0,0037 1,4339 11.375,5762 Keterangan: *) Geankoplis, 2003
Universitas Sumatera Utara
Tabel LD.1 Perhitungan Pompa Utilitas-2 sampai Pompa Utilitas-16 (PU-02 – PU-16)….………………………………………..(lanjutan)
Pompa ε/D f L (ft) Valve Kf
Valve*) Elbow KfElbow*) ΣF
(ft,lbf/lbm) Static/Velocity/ Pressure Head
-Ws (ft.lbf/lbm)
P hitung (hp)
P (hp)
PU-02 0,0011 0,0261 50 1 0,17 2 0,75 9,7286 0,8605 0 0,8605 0,0036 1/20 PU-
03**) 0,0045 0,4238 50 1 0,17 2 0,75 627,8206 0,0015 0 0,0015 >0,0000 1/20
PU-04**) 0,0045 0,6687 50 1 0,17 2 0,75 990,6731 0,0007 0 0,0007 >0,0000
1/20
PU-05 0,0011 0,0261 50 1 0,17 2 0,75 9,7285 0,8607 0 0,8607 0,0036 1/20 PU-06 0,0011 0,0261 50 1 0,17 2 0,75 9,7285 0,8607 0 0,8607 0,0036 1/20 PU-07 0,0013 0,0276 50 1 0,17 2 0,75 12,0118 0,7505 0 0,7505 0,0020 1/20 PU-08 0,0022 0,0325 50 1 0,17 2 0,75 23,6596 0,8589 0 0,8589 0,0006 1/20 PU-09 0,0022 0,0324 50 1 0,17 2 0,75 23,5987 0,8839 0 0,8839 0,0007 1/20
PU-10**) 0,0045 1,2993 50 1 0,17 2 0,75 1.924,9003 0,0002 0 0,0002 >0,0000
1/20
PU-11**) 0,0045 0,4126 50 1 0,17 2 0,75 611,2979 0,0015 0 0,0015 >0,0000
1/20
PU-12 0,0022 0,0324 50 1 0,17 2 0,75 23,5987 0,8839 0 0,8839 0,0007 1/20 PU-13 0,0022 0,0324 50 1 0,17 2 0,75 23,5987 0,8839 0 0,8839 0,0007 1/20 PU-14 0,0011 0,0264 50 1 0,17 2 0,75 9,8295 0,7402 0 0,7402 0,0028 1/20
PU-15**) 0,0045 2,9440 50 1 0,17 2 0,75 4.361,5461 0,0001 0 0,0001 >0,0000
1/20
PU-16 0,0022 0,0325 50 1 0,17 2 0,75 23,6596 0,8589 0 0,8589 0,0006 1/20 Keterangan: *) Geankoplis, 2003
**) Tidak digunakan
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI
Dalam rencana pra rancangan pabriksoap noodleini digunakan asumsi
sebagai berikut:
1. Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun.
2. Kapasitas maksimum adalah 71.280 ton/tahun.
3. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchased-
equipment delivered(Peters et.al., 2004).
4. Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah:
US$1=Rp 8.588,-(Kompas, 15Mei2011).
1. Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)
1.1 Modal Investasi Tetap Langsung (MITL)
- Biaya Tanah Lokasi Pabrik
Menurut keterangan masyarakat setempat, biaya tanah pada lokasi pabrik
berkisar Rp 250.000/m2 dan biaya perataan tanah diperkirakan 5%.
Luas tanah seluruhnya = 11.875 m2
Harga tanah seluruhnya = 11.875 m2× Rp 216.667/m2 = Rp 2.572.920.625
Biaya perataan tanah = 0,05 Rp 2.572.920.625=Rp 128.646.031
Maka total biaya tanah (A)adalah Rp 2.701.566.656
- Harga Bangunandan Sarana
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya
No
Nama Bangunan
Luas (m2)
Harga (Rp/m2)
Jumlah (Rp)
1 Pos keamanan 20 1.600.000 32.000.000 2 Parkir 300 60.000 18.000.000 3 Taman 1880 70.000 131.600.000 4 Areal Bahan Baku 1500 1.600.000 2.400.000.000 5 Ruang kontrol 50 1.600.000 80.000.000 6 Areal Proses 2000 2.500.000 5.000.000.000 7 Areal Produk 525 1.600.000 840.000.000 8 Perkantoran 220 2.000.000 440.000.000
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ..................(lanjutan)
No
Nama Bangunan
Luas (m2)
Harga (Rp/m2)
Jumlah (Rp)
9 Laboratorium 80 2.000.000 160,000,000 10 Poliklinik 40 1.600.000 64,000,000 11 Kantin 80 1.600.000 128,000,000 12 Ruang Ibadah 40 1.600.000 64,000,000 13 Gudang Peralatan 40 1.600.000 64,000,000 14 Bengkel 70 1.600.000 112,000,000 15 Gudang Bahan 150 1.600.000 240,000,000 16 Unit Pengolahan Air 780 2.000.000 1,560,000,000 17 Pembangkit Uap 50 2.000.000 100,000,000 18 Pembangkit Listrik 150 2.000.000 300,000,000 19 Area Perluasan 1500 50.000 75,000,000 20 Perumahan Karyawan 400 1.600.000 640,000,000 21 jalan 1000 60.000 60,000,000 22 Area antara bangunan 1000 50.000 50,000,000
Total 11.875 - 12.558.600.000
Harga bangunan saja = Rp12.224.000.000
Harga sarana = Rp 334.600.000
Total biaya bangunan dan sarana(B) = Rp12.558.600.000
- Perincian Harga Peralatan
Harga peralatan yang di impor dapat ditentukan dengan menggunakan
persamaan berikut (Peters et.al., 2004):
=
y
x
m
1
2yx I
IXXCC
dimana: Cx = harga alat pada tahun 2011
Cy = harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia
X1 = kapasitas alat yang tersedia
X2 = kapasitas alat yang diinginkan
Ix = indeks harga pada tahun 2011
Iy = indeks harga pada tahun yang tersedia
m = faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat)
Universitas Sumatera Utara
Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2011 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 2002 1104,2 2210608,4 4008004 1219257,64 2 2003 1123,6 2250570,8 4012009 1262476,96 3 2004 1178,5 2361714 4016016 1388862,25 4 2005 1244,5 2495222,5 4020025 1548780,25 5 2006 1302,3 2612413,8 4024036 1695985,29 6 2007 1373,3 2756213,1 4028049 1885952,89 7 2008 1449,3 2910194,4 4032064 2100470,49 8 2009 1468,6 2950417,4 4036081 2156785,96
Total 16044 10244,3 20547354,4 32176284 13258571,73
(Anonim, 2010a)
Data: n = 8 ∑Xi = 16044 ∑Yi = 10244,3
∑XiYi = 20547354,4 ∑Xi² = 32176284 ∑Yi² = 13258571,73
Dengan memasukkan harga-harga pada Tabel LE – 2, maka diperoleh harga
koefisien korelasi:
r = –
– –
≈ 0,99 = 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 (2011)
X = variabel tahun ke n – 1
a, b = tetapan persamaan regresi
Tetapan regresi ditentukan oleh: (Montgomery, 1992)
Universitas Sumatera Utara
( ) ( )( ) ( )2
i2
i
iiii
ΣXΣXnΣYΣXYΣXnb
−⋅⋅−⋅
=
a 22
2
Xi)(Xin.Xi.YiXi.XiYi.
Σ−ΣΣΣ−ΣΣ
=
Maka:
b = ––
= 57,3988
a = ––
= - 113.832,7750
Sehingga persamaan regresi liniernya adalah:
Y = a + b ⋅ X
Y = 57,3988X – 113.832,7750
Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2011 adalah:
Y = 57,3988 (2011) – 113.832,7750
Y = 1.596,2310
Perhitungan harga peralatan menggunakan adalah harga faktor eksponsial (m)
Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4, Peters et.al.,
2004. Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya dianggap 0,6 (Peters
et.al., 2004).
Contoh perhitungan harga peralatan:
a. Tangki Penyimpanan Stearin, (T-101)
Kapasitas tangki , X2 =545,9337m3. Dari Gambar LE.1 berikut, diperoleh
untuk harga kapasitas tangki (X1) 1 m³ adalah (Cy) US$ 6.667. Dari tabel 6-4, Peters
et.al., 2004, faktor eksponen untuk tangki adalah (m) 0,49. Indeks harga pada tahun
2002 (Iy) 1103.
Indeks harga tahun 2011 (Ix) adalah 1.596,2310. Maka estimasi harga tangki untuk
(X2) 545,9337m3 adalah:
Cx = US$ 6667 ×49,0
19337,545 x
11032310,596.1
Cx = US$ 211.665,08
Cx = Rp.1.817.779.742 /unit
Universitas Sumatera Utara
Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki
Pelarutan.(Peters et.al., 2004)
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.
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 %
Universitas Sumatera Utara
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
Kode Unit Ket*) Harga / Unit Harga Total T-101 1 I Rp 1,817,779,742 Rp 1,817,779,742 T-102 1 I Rp 932,139,741 Rp 932,139,741 T-103 3 I Rp 1,635,607,727 Rp 4,906,823,182 T-104 1 I Rp 1,005,384,665 Rp 1,005,384,665 T-106 1 I Rp 414,480,133 Rp 414,480,133 T-107 1 I Rp 544,758,552 Rp 544,758,552 M-101 3 I Rp 3,992,844 Rp 11,978,532 M-102 11 I Rp 1,996,422 Rp 21,960,642 E-101 1 I Rp 18,125,835 Rp 18,125,835 E-102 1 I Rp 14,162,993 Rp 14,162,993 M-201 1 I Rp 17,938,217 Rp 17,938,217 R-201 1 I Rp 235,298,425 Rp 235,298,425 M-202 1 I Rp 31,622,090 Rp 31,622,090 D-301 1 I Rp 2,657,166,843 Rp 2,657,166,843 FG-301 1 I Rp 1,691,880,936 Rp 1,691,880,936 FG-302 1 I Rp 1,691,880,936 Rp 1,691,880,936 L-301 2 I Rp 34,088,027 Rp 68,176,054 C-301 1 I Rp 34,088,027 Rp 34,088,027 R-202 1 I Rp 296,634,484 Rp 296,634,484 E-201 1 I Rp 19,316,549 Rp 19,316,549 VE-301 1 I Rp 34,088,027 Rp 34,088,027 J-101 1 NI Rp 1,141,123 Rp 1,141,123 J-102 1 NI Rp 1,141,123 Rp 1,141,123 J-103 1 NI Rp 1,141,123 Rp 1,141,123 J-104 1 NI Rp 1,141,123 Rp 1,141,123 J-105 1 NI Rp 1,141,123 Rp 1,141,123 J-106 1 NI Rp 1,141,123 Rp 1,141,123 J-107 1 NI Rp 1,141,123 Rp 1,141,123
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses…..……………………………(lanjutan)
Kode Unit Ket*) Harga / Unit Harga Total J-108 1 NI Rp 1,141,123 Rp 1,141,123 J-109 1 NI Rp 1,141,123 Rp 1,141,123 J-110 1 NI Rp 1,141,123 Rp 1,141,123 J-111 1 NI Rp 1,141,123 Rp 1,141,123 J-201 1 NI Rp 31,491,542 Rp 31,491,542 J-202 1 NI Rp 1,141,123 Rp 1,141,123 J-203 1 NI Rp 19,930,313 Rp 19,930,313 Total Rp 16.530.799.941 Keterangan: *)I untuk peralatan impor, sedangkan NI untuk peralatan non impor.
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah
Kode Alat Unit Ket Harga / Unit Harga Total SC 1 I Rp 37,632,812 Rp 37,632,812 BS 1 NI Rp 8,000,000 Rp 8,000,000 CL 1 I Rp 1,586,197,582 Rp 1,586,197,582 SF 1 I Rp 86,313,453 Rp 86,313,453 CE 1 I Rp 42,466,603 Rp 42,466,603 AE 1 I Rp 42,466,603 Rp 42,466,603 DE 1 I Rp 652,994,508 Rp 652,994,508 KU 1 I Rp 2,440,861,138 Rp 2,440,861,138 TU-01 1 I Rp 400,654,395 Rp 400,654,395 TU-02 1 I Rp 312,020,341 Rp 312,020,341 TP-01 1 NI Rp 100,000 Rp 100,000 TP-02 1 NI Rp 100,000 Rp 100,000 TP-03 1 NI Rp 100,000 Rp 100,000 TP-04 1 NI Rp 100,000 Rp 100,000 TP-05 1 NI Rp 100,000 Rp 100,000 PU-01 1 NI Rp 1,256,348 Rp 1,256,348 PU-02 1 NI Rp 1,256,348 Rp 1,256,348 PU-03**) 1 NI Rp 1,256,348 Rp 0 PU-04**) 1 NI Rp 1,256,348 Rp 0 PU-05 1 NI Rp 1,256,348 Rp 1,256,348 PU-06 1 NI Rp 1,256,348 Rp 1,256,348 PU-07 1 NI Rp 1,256,348 Rp 1,256,348 PU-08 1 NI Rp 1,256,348 Rp 1,256,348 PU-09 1 NI Rp 1,256,348 Rp 1,256,348 PU-10**) 1 NI Rp 1,256,348 Rp 0 PU-11**) 1 NI Rp 1,256,348 Rp 0
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas...........................................(lanjutan)
Kode Alat Unit Ket Harga / Unit Harga Total PU-12 1 NI Rp 1,256,348 Rp 1,256,348 PU-13 1 NI Rp 1,256,348 Rp 1,256,348 PU-14 1 NI Rp 1,256,348 Rp 1,256,348 PU-15**) 1 NI Rp 1,256,348 Rp 0 PU-16 1 NI Rp 1,256,348 Rp 1,256,348 Generator 2 NI Rp 75,000,000 Rp 150,000,000
Harga Total Rp 6.143.501.501 Keterangan: *)I untuk peralatan impor, sedangkan NI untuk peralatan non impor.
**)tidak digunakan.
Total harga peralatan tiba di lokasi pabrik (purchased-equipment delivered) adalah:
= 1,43 (Rp16.465.684.604+ Rp 5.971.181.669) +
1,21 (Rp 65.115.336+Rp 172.319.832)
= Rp 32.372.015.325
Biaya pemasangan diperkirakan 39% dari total harga peralatan (Peters et.al., 2004).
Biaya pemasangan = 0,39×Rp 32.372.015.325 = Rp 12.625.085.977
Harga peralatan + biaya pemasangan (C) :
= Rp 32.372.015.325 + Rp 12.625.085.977
= Rp 44.997.101.302
1.1.4 Instrumentasi dan Alat Kontrol
Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 26%daritotal harga peralatan
(Peters et.al., 2004).
Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D) = 0,26 ×Rp 32.372.015.325
= Rp 8.416.723.984
1.1.5 Biaya Perpipaan
Diperkirakan biaya perpipaan 31%dari total harga peralatan (Peters et.al., 2004).
Biaya perpipaan (E) = 0,31×Rp 32.372.015.325 = Rp 10.035.324.750.
1.1.6 Biaya Instalasi Listrik
Diperkirakan biaya instalasi listrik 10% dari total harga peralatan (Peters et.al.,
2004).
Biaya instalasi listrik (F) = 0,1 ×Rp 32.372.015.325 = Rp 3.237.201.533
Universitas Sumatera Utara
1.1.7 Biaya Insulasi
Diperkirakan biaya insulasi 12%dari total harga peralatan (Peters et.al., 2004).
Biaya insulasi (G) = 0,12×Rp 32.372.015.325 = Rp 3.884.641.838
1.1.8 Biaya Inventaris Kantor
Diperkirakan biaya inventaris kantor 5%dari total harga peralatan (Peters et.al.,
2004).
Biaya inventaris kantor (H) = 0,05×Rp 32.372.015.325 = Rp 2.249.855.065
1.1.9 Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan
Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 1%dari total harga
peralatan(Peters et.al., 2004).
Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan ( I ) = 0,01×Rp 32.372.015.325
= Rp 449.971.013
1.1.10 Sarana Transportasi
Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi Jenis Kendaraan
Unit
Tipe
Harga/Unit
(Rp) Harga Total (Rp)
Mobil Direktur 1 Fortuner 300.000.000 300.000.000 Mobil Manajer 4 Innova 210.000.000 840.000.000 Bus karyawan 2 Bus 300.000.000 600.000.000 Bus karyawan 1 Mini Bus 120.000.000 120.000.000 Truk 4 Truk 500.000.000 2.000.000.000 Mobil pemasaran 4 Mini Bus 120.000.000 480.000.000 Sepeda motor 4 Honda 12.500.000 50.000.000 Mobil pemadam kebakaran 1 Truk Tangki 500.000.000 500.000.000
Total 4.890.000.000 Total MITL = A + B + C + D + E + F + G + H + I + J = Rp 93.086.386.142
1.2 Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL)
1.2.1 Pra Investasi
Diperkirakan 7%dari total harga peralatan(Peters et.al., 2004).
Pra Investasi (A) = 0,07×Rp 32.372.015.325 = Rp 2.266.041.072
Universitas Sumatera Utara
1.2.2 Biaya Engineering dan Supervisi
Diperkirakan 32%dari total harga peralatan(Peters et.al., 2004).
Biaya Engineering dan Supervisi(B) = 0,32×Rp 32.372.015.325
= Rp 10.359.044.903
1.2.3 Biaya Legalitas
Diperkirakan 4% dari total harga peralatan(Peters et.al., 2004).
Biaya Legalitas (C) = 0,04×Rp 32.372.015.325= Rp 1.294.880.612
1.2.4 Biaya Kontraktor
Diperkirakan 39% dari total harga peralatan(Peters et.al., 2004).
Biaya Kontraktor (D) = 0,39×Rp 32.372.015.325= Rp 12.625.085.976
1.2.5 Biaya Tak Terduga
Diperkirakan 37% dari total harga peralatan(Peters et.al., 2004).
Biaya Tak Terduga (E) = 0,37 ×Rp 32.372.015.325 = Rp 11.977.645.670
Total MITTL = A + B + C + D + E= Rp 38.522.698.236
Total MIT = MITL + MITTL
= Rp 93.086.386.142+ Rp 38.522.698.236
= Rp 131.609.084.379
2 Modal Kerja
Modal kerja dihitung untuk pengoperasian pabrik selama 1 bulan (30 hari).
2.1 Persediaan Bahan Baku
2.1.1 Bahan baku Proses
1. Stearin
Kebutuhan = 5.736,2602kg/jam
Harga = $ 0,875/kg = Rp 7.514,50/kg (PT. Nubika Jaya, 2011)
Harga total = 30 hari × 24 jam/hari ×5.736,2602kg/jam Rp 7.514,50/kg
= Rp 31.035.691.685
Universitas Sumatera Utara
2. Palm Kernel Oil
Kebutuhan = 1.434,0651kg/jam
Harga = Rp 13.900/kg (PT. Nubika Jaya, 2011)
Harga total = 30 hari × 24 jam/hari ×1.434,0651kg/jam Rp 13.900/kg
= Rp 14.352.123.040
3. NaOH 48%
Kebutuhan =2.291,1543 kg/jam
Harga =Rp 2.325/kg (PT. Nubika Jaya, 2011)
Harga total =30 hari ×24jam/hari ×2.291,1543kg/jam Rp 2.325/kg
= Rp 3.835.392.348
4. Gliserin
Kebutuhan =40,5kg/jam
Harga =$ 0,8/kg = Rp 6.870,40/kg (PT. Nubika Jaya, 2011)
Harga total =30 hari × 24 jam/hari ×40,5kg/jam Rp 6.870,40/kg
= Rp200.340.864
5. EDTA
Kebutuhan =13,5kg/jam
Harga =$ 3,95/kg = Rp33.922,60/kg (PT. Nubika Jaya, 2011)
Harga total =30 hari × 24 jam/hari ×13,5kg/jam Rp 33.922,60/kg
= Rp 329.727.672
6. NaCl
Kebutuhan =45kg/jam
Harga =Rp 1.925/kg (PT. Nubika Jaya, 2011)
Harga total =30 hari × 24 jam/hari ×45kg/jam Rp 1.925/kg
= Rp 62.370.000
2.1.2 Persediaan Bahan Baku Utilitas
1. Alum, Al2(SO4)3
Kebutuhan = 0,1484kg/jam
Harga = Rp 1.950/kg (PT. Nubika Jaya, 2011)
Universitas Sumatera Utara
Harga total = 30 hari × 24 jam/hari ×0,1484kg/jam× Rp 2.500/kg
= Rp 208.353
2. Soda abu, Na2CO3
Kebutuhan = 0,0801kg/jam
Harga = Rp 2.100/kg (PT. Nubika Jaya, 2011)
Harga total = 30 hari × 24 jam/hari ×0,0801kg/jam ×Rp 2.100/kg
= Rp 121.111
3. Kaporit
Kebutuhan = 0,0015 kg/jam
Harga = Rp 39.000/kg (PT. Nubika Jaya, 2011)
Harga total = 30 hari × 24 jam/hari × 0,0015 kg/jam × Rp 39.000/kg
= Rp 43.323
4. H2SO4
Kebutuhan = 0,0056kg/jam
Harga = Rp 2.100/kg (PT. Tohoma Mandiri, 2011)
Harga total = 30 hari ×0,0056kg/jam 24 jam/hari×Rp 2.100/kg
= Rp 8.410
5. NaOH
Kebutuhan = 0,0205 kg/jam
Harga = Rp 2.325/kg(48%) (PT. Nubika Jaya, 2011)
Harga total = 30 hari ×0,0205kg/jam 24 jam/hari×Rp 2.325/kg / 48%
= Rp 71.580
6. Solar
Kebutuhan =261,4308ltr/jam
Harga solar = Rp7155/liter (Analisa, 2011)
Harga total = 30 hari × 24 jam/hari ×261,4308liter/jam × Rp. 7155/liter
= Rp 1.346.786.909
Total biaya bahan baku proses dan utilitas selama 30 hari adalah:
= Rp 51.162.885.298
Universitas Sumatera Utara
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 20.000.000 20.000.000 Dewan Komisaris 2 10.000.000 20.000.000 Staf Ahli 2 10.000.000 20.000.000 Sekretaris 2 2.000.000 4.000.000 Manajer Teknik dan Produksi 1 8.750.000 8.750.000 Manajer Purchasing dan Logistik 1 8.750.000 8.750.000 Manajer Umum dan HRD 1 8.750.000 8.750.000 Manajer Accounting dan Keuangan 1 8.750.000 8.750.000 Kepala Bagian Accounting 1 6.000.000 6.000.000 Kepala Bagian Keuangan 1 6.500.000 6.500.000 Kepala Bagian Produksi 1 6.500.000 6.500.000 Kepala Bagian Teknik 1 6.000.000 6.000.000 Kepala Bagian QC dan Laboratorium 1 6.000.000 6.000.000 Kepala Bagian Umum 1 6.000.000 6.000.000 Kepala Bagian HRD 1 6.000.000 6.000.000 Kepala Bagian Logistik 1 6.000.000 6.000.000 Kepala Bagian Purchasing 1 6.000.000 6.000.000 Kepala Seksi Proses 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Utilitas 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Mesin/Instrumentasi 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Listrik 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi QC 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Laboratorium 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Keuangan 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Pemasaran 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Pembukuan 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Audit 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Administrasi 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Pembelian 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Transportasi 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Gudang 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Personalia 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Recruitment 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Humas 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Keamanan 1 3.000.000 3.000.000 Karyawan Proses 21 1.500.000 31.500.000 Karyawan Laboratorium 9 1.500.000 13.500.000 Karyawan Utilitas 9 1.500.000 13.500.000 Karyawan Unit Pembangkit Listrik 6 1.500.000 9.000.000 Karyawan Instrumentasi Pabrik 9 1.500.000 13.500.000 Karyawan Bag. Keuangan 5 1.500.000 7.500.000 Karyawan Bag. Pembukuan dan Audit 5 1.400.000 7.000.000
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai..........................................................(lanjutan)
Jabatan
Jumlah
Gaji/bulan (Rp)
Jumlah gaji/bulan (Rp)
Kepala Seksi Gudang 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Personalia 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Recruitment 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Humas 1 3.000.000 3.000.000 Kepala Seksi Keamanan 1 3.000.000 3.000.000 Karyawan Proses 21 1.500.000 31.500.000 Karyawan Laboratorium 9 1.500.000 13.500.000 Karyawan Utilitas 9 1.500.000 13.500.000 Karyawan Unit Pembangkit Listrik 6 1.500.000 9.000.000 Karyawan Instrumentasi Pabrik 9 1.500.000 13.500.000 Karyawan Bag. Keuangan 5 1.500.000 7.500.000 Karyawan Bag. Pembukuan dan Audit 5 1.400.000 7.000.000 Karyawan Bag. Personalia 4 1.400.000 5.600.000 Karyawan Bag. Humas 4 1.400.000 5.600.000 Karyawan Penjualan dan Pembelian 10 1.500.000 15.000.000 Petugas Keamanan 14 1.200.000 16.800.000 Karyawan Gudang/Logistik 12 1.200.000 14.400.000 Perawat 2 1.200.000 2.400.000 Petugas Kebersihan 7 1.200.000 8.400.000 Supir 3 1.200.000 3.600.000
Total 158 375.300.000 Total gaji pegawai selama 1 bulan = Rp375.300.000
2.2.2 Biaya Administrasi Umum
Diperkirakan 20% dari gaji pegawai = 0,2 ×Rp375.300.000 = Rp 75.060.000
2.2.3. Biaya Pemasaran
Diperkirakan 20% dari gaji pegawai = 0,2 ×Rp375.300.000 = Rp 75.060.000
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).
Universitas Sumatera Utara
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 Soap Noodle
Nilai Perolehan Objek Pajak
- Tanah Rp 2.572.920.625
- Bangunan Rp 12.224.000.000
Total NJOP Rp 14.796.920.625
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak Rp 30.000.000
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak Rp 14.766.920.625
Pajak yang Terutang (5% NPOPKP) Rp 738.346.031
Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas Jenis Biaya Jumlah (Rp)
Gaji Pegawai Rp 375.300.000 Administrasi Umum Rp 75.060.000 Pemasaran Rp 75.060.000 Pajak Bumi dan Bangunan Rp 738.346.031 Total Rp1.263.766.031
2.3 Biaya Start – Up
Diperkirakan 12 % dari Modal Investasi Tetap (Timmerhaus, 1991).
= 0,12 × Rp 131.609.084.379= Rp 15.793.090.125
2.4 Piutang Dagang
HPT12IPPD ×=
dimana: PD = piutang dagang
IP = jangka waktu kredit yang diberikan (1 bulan)
HPT = hasil penjualan tahunan
Universitas Sumatera Utara
Penjualan :
1. Harga jual soap noodle = $1.250/ton = 10.735/kg
Produksi soap noodle = 9000kg/jam
Hasil penjualan soap noodle tahunan
= 9000kg/jam × 24 jam/hari × 330 hari/tahun Rp 10.735/kg
=Rp 765.190.800.000
Piutang Dagang = 121 × Rp 765.190.800.000 = Rp 63.765.900.000
Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja Jenis Biaya Jumlah
Bahan baku Rp 51.162.885.298 Kas Rp 1.263.766.031 start Rp 15.793.090.125 piutang Rp 63.765.900.000 TOTAL Rp 131.985.641.455
Total Modal Investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja
=Rp 131.609.084.379+ Rp 131.985.641.455
= Rp 263.594.725.834 Modal ini berasal dari:
- Modal sendiri = 60 % dari total modal investasi
= 0,6 ×Rp 263.594.725.834= Rp 158.156.835.500
- Pinjaman dari Bank = 40 % dari total modal investasi
= 0,4 Rp 263.594.725.834= Rp 105.437.890.333
3. Biaya Produksi Total
3.1 Biaya Tetap (Fixed Cost = FC)
3.1.1 Gaji Tetap Karyawan
Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tetap tiap bulan ditambah 2 bulan gaji yang
diberikan sebagai tunjangan, sehingga:
Gaji total = (12 + 2) ×Rp 375.300.000= Rp 5.254.200.000
Universitas Sumatera Utara
3.1.2 Bunga Pinjaman Bank
Bunga pinjaman bank adalah13,5% dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2011).
= 0,135×Rp 105.437.890.333= Rp 14.234.115.195
3.1.3 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 LE.9.
Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000
(Waluyo, 2000; Rusdji,2004)
Depresiasi dihitung dengan metode garis lurus dengan harga akhir nol.
n
LPD −=
dimana:
D = depresiasi per tahun
P = harga awal peralatan
L = harga akhir peralatan
n = umur peralatan (tahun)
Kelompok Harta Berwujud
Masa (tahun)
Tarif (%)
Beberapa Jenis Harta
I .Bukan Bangunan 1. Kelompok 1
2. Kelompok 2
3. Kelompok 3
4
8
16
2
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
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.10 PerhitunganBiaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000
Komponen Biaya (Rp) Umur
(tahun) Depresiasi (Rp) Bangunan 12,224,000,000 20 611,200,000 Peralatan proses dan utilitas 44,997,101,302 16 2,812,318,831 Instrumentrasi dan pengendalian proses 8,416,723,984 4 2,104,180,996 Perpipaan 10,035,324,751 4 2,508,831,188 Instalasi listrik 3,237,201,532 4 809,300,383 Insulasi 3,884,641,839 4 971,160,460 Inventaris kantor 2,249,855,065 4 562,463,766 Perlengkapan keamanan dan kebakaran 449,971,013 4 112,492,753 Sarana transportasi 4,890,000,000 8 611,250,000 TOTAL 11.103.198.378
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 38.522.698.236= Rp 9.630.674.559 Total biaya depresiasi dan amortisasi
= Rp 11.103.198.378 + Rp 9.630.674.559= Rp 20.733.872.936
3.1.4 Biaya Tetap Perawatan
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 (Peters et.al., 2004).
Universitas Sumatera Utara
Biaya perawatan mesin = 0,1×Rp 44.997.101.301= Rp 4.499.710.130
2. Perawatan bangunan
Diperkirakan 10% dari harga bangunan(Peters et.al., 2004).
= 0,1 ×Rp 12.224.000.000 =Rp 1.222.400.000
3. Perawatan kendaraan
Diperkirakan 10% dari harga kendaraan (Peters et.al., 2004).
= 0,1 × Rp 4.890.000.000 = Rp489.000.000 ,-
4. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol
Diperkirakan 10% dari harga instrumentasi dan alat kontrol (Peters et.al., 2004).
= 0,1 × Rp 8,416,723,984= Rp 841.672.398
5. Perawatan perpipaan
Diperkirakan 10% dari harga perpipaan (Peters et.al., 2004).
= 0,1 × Rp 10,035,324,750 = Rp 1.003.532.475
6. Perawatan instalasi listrik
Diperkirakan 10 % dari harga instalasi listrik(Peters et.al., 2004).
= 0,1 × Rp 3,237,201,532= Rp 323.720.153
7. Perawatan insulasi
Diperkirakan 10% dari harga insulasi(Peters et.al., 2004).
= 0,1 × Rp 3,884,641,838= Rp 388.464.183
8. Perawatan inventaris kantor
Diperkirakan 10% dari harga inventaris kantor(Peters et.al., 2004).
= 0,1 × Rp 2,249,855,065= Rp 224.985.506
9. Perawatan perlengkapan kebakaran
Diperkirakan 10% dari harga perlengkapan kebakaran (Peters et.al., 2004).
= 0,1 × Rp 449,971,013= Rp 44.997.101 Total biaya perawatan = Rp 9.038.481.948
Universitas Sumatera Utara
3.1.5 Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost)
Biaya tambahan industri ini diperkirakan 20% dari modal investasi tetap(Peters et.al.,
2004).
Plant Overhead Cost= 0,2 Rp 131.609.084.379= Rp 26.321.816.875
3.1.6 Biaya Administrasi Umum
Biaya administrasi umum selama 1 bulan adalah Rp 75.060.000
Biaya administrasi umum selama 1 tahun = 12× Rp 75.060.000= Rp 900.720.000
3.1.7 Biaya Pemasaran dan Distribusi
Biaya pemasaran selama 1 bulan adalah Rp 75.060.000
Biaya pemasaran selama 1 tahun = 12×Rp 75.060.000 = Rp 900.720.000
Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran, sehingga :
Biaya distribusi = 0,5 Rp 900.720.000= Rp 450.360.000,-
Biaya pemasaran dan distribusi = Rp 1.351.080.000
3.1.8 Biaya Laboratorium, Penelitan dan Pengembangan
Diperkirakan 5% dari biaya tambahan industri(Peters et.al., 2004).
= 0,05 Rp 26.321.816.875 = Rp 1.316.090.843
3.1.9 Hak Paten dan Royalti
Diperkirakan 1% dari modal investasi tetap(Peters et.al., 2004).
= 0,01 Rp 131.609.084.379= Rp 1.316.090.843
3.1.10 Biaya Asuransi
1. Biaya asuransi pabrik adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap langsung
(Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI, 2007).
= 0,0031 ×Rp 86.035.375.275= Rp266.709.663
2. Biaya asuransi karyawan
Premi asuransi = Rp 351.000/tenaga kerja (PT. Prudential Life Assurance, 2007)
Maka biaya asuransi karyawan = 158 orang Rp 351.000= Rp 55.458.000
Total biaya asuransi = Rp 322.167.663
Universitas Sumatera Utara
3.1.11 Pajak Bumi dan Bangunan
Pajak Bumi dan Bangunan adalah Rp 738.346.031
Total Biaya Tetap (Fixed Cost) =Rp 81.554.807.472
3.2 Biaya Variabel
3.2.1 Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun
Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 30 hari adalah
Rp 51.162.885.298
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun
= Rp 51.162.885.298 30330 = Rp 562.791.738.288
3.2.2 Biaya Variabel Tambahan
1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 10 % dari biaya variabel bahan baku
= 0,1 ×Rp 562.791.738.288,60= Rp 56.279.173.828,86
2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi
Diperkirakan 1% dari biaya variabel bahan baku
= 0,01×Rp 562.791.738.288,60= Rp 5.627.917.382,89
Total biaya variabel tambahan = Rp 61.907.091.211,75
3.2.3 Biaya Variabel Lainnya
Diperkirakan 5% dari biaya variabel tambahan
= 0,05×Rp 61.907.091.211,75= Rp 3.095.354.560,59
Total biaya variabel = Rp 627.794.184.060,94
Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel
= Rp 81.554.807.472+ Rp 627.794.184.060
=Rp 709.348.991.532
4 Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan
4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto)
Laba atas penjualan = total penjualan – total biaya produksi
Laba atas penjualan = Rp 765.190.800.000- Rp 709.348.991.532 = Rp 55.841.808.467
Universitas Sumatera Utara
Bonus perusahaan untuk karyawan0,5% dari keuntungan perusahaan
= 0,005 Rp 55.841.808.467= Rp 279.209.042
Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UURI No. 17/00 Pasal 6
ayat 1 sehingga:
Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 55.841.808.467- Rp 279.209.042 = Rp 55.562.599.424
4.2 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 5.000.000,00
- 15 %× (Rp 100.000.000- Rp 50.000.000) =Rp 7.500.000,00
- 30%×(Rp 55.562.599.424 - Rp 100.000.000) =Rp 16.638.779.827,41
Total PPh =Rp 16.651.279.827.41
4.3 Laba setelah pajak
Laba setelah pajak = laba sebelum pajak – PPh
= Rp 55.562.599.424 – Rp 16.651.279.827,41
= Rp 38.911.319.597
5 Analisa Aspek Ekonomi
5.1 Profit Margin (PM)
PM = penjualantotal
pajaksebelumLaba× 100%
= = 7,26 %
Universitas Sumatera Utara
5.2 Break Even Point (BEP)
BEP = VariabelBiayaPenjualanTotal
TetapBiaya−
× 100%
= = 59,36 %
Kapasitas produksi pada titik BEP = 59,36 %×71.280 ton/tahun
= 42.309,8243 ton/tahun Nilai penjualan pada titik BEP = 38,74 % Rp 765.190.800.000 = Rp 454.195.963.611
5.3 Return on Investment (ROI)
ROI = InvestasiModalTotal
pajaksetelahLaba× 100%
= = 14,76 %
5.4 Pay Out Time (POT)
POT = = 6,77 tahun
5.5 Return on Network (RON)
RON = sendiriModal
pajaksetelahLaba × 100%
= = 24,60 %
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
- Masa pembangunan disebut tahun ke nol
- Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun
- Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10
- Cash flowadalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan.
Dari Tabel LE.11, diperoleh nilai IRR = 24,74 %
Universitas Sumatera Utara
Gambar LE.2 Grafik Break Event Point (BEP) Pabrik Soap Noodle
0100200300400500600700800900
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100harg
a (m
iliar
rup
iah)
kapasitas produksi (%)
biaya tetapbiaya variabelbiaya produksipenjualan
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.11 Perhitungan IRR Thn Laba sebelum pajak (Rp) Pajak (Rp) Laba Sesudah pajak (Rp) Depresiasi (Rp) Net Cash Flow (Rp)
0 - - - - -263,594,725,835 1 55,562,599,425 16,651,279,827 38,911,319,597 20,733,872,937 59,645,192,534 2 61,118,859,367 18,318,157,810 42,800,701,557 20,733,872,937 63,534,574,494 3 67,230,745,304 20,151,723,591 47,079,021,713 20,733,872,937 67,812,894,649 4 73,953,819,834 22,168,645,950 51,785,173,884 20,733,872,937 72,519,046,821 5 81,349,201,818 24,387,260,545 56,961,941,272 20,733,872,937 77,695,814,209 6 89,484,121,999 26,827,736,600 62,656,385,400 20,733,872,937 83,390,258,336 7 98,432,534,199 29,512,260,260 68,920,273,940 20,733,872,937 89,654,146,876 8 108,275,787,619 32,465,236,286 75,810,551,334 20,733,872,937 96,544,424,270 9 119,103,366,381 35,713,509,914 83,389,856,467 20,733,872,937 104,123,729,404
10 131,013,703,019 39,286,610,906 91,727,092,114 20,733,872,937 112,460,965,050
Tabel LE.11 Perhitungan IRR…………………………………………………………………………………………………………(lanjutan) Thn P/F (i = 24%) PV (i = 24%) P/F (i = 25%) PV (i = 25%)
0 1.000 -263,594,725,835 1.000 -263,594,725,835 1 0.806 48,100,961,727 0.800 47,716,154,027 2 0.650 41,320,612,967 0.640 40,662,127,676 3 0.524 35,566,999,375 0.512 34,720,202,060 4 0.423 30,673,642,157 0.410 29,703,801,578 5 0.341 26,502,643,592 0.328 25,459,364,400 6 0.275 22,939,566,572 0.262 21,860,255,881 7 0.222 19,889,258,228 0.210 18,801,837,343 8 0.179 17,272,440,874 0.168 16,197,466,596 9 0.144 15,022,926,697 0.134 13,975,250,391 10 0.116 13,085,338,233 0.107 12,075,404,129 Total 6,779,664,588 Total -2,422,861,753
Universitas Sumatera Utara