Lampiran C

Lampiran Perhitungan Spesifikasi Alat 127

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT

A. TANGKI PENYIMPANAN BAHAN BAKU BENZEN

Kode : T-01

Fungsi : Menyimpan bahan baku benzen selama 30 hari

Tujuan :

1. Menentukan type tangki

2. Menentukan bahan konstruksi tangki

3. Menghitung kapasitas tangki

4. Menghitung diameter dan tinggi tangki

5. Menentukan tebal shell dan panjang shell course

6. Menentukan tebal dan tinggi head

1. Menentukan Tipe Tangki

Dalam perancangan ini dipilih tipe tangki silinder tegak dengan dasar datar

(flate bottom) dan atasnya berbentuk kerucut (conical roof) dengan

pertimbangan :

1. Kondisi operasi tangki pada tekanan atmosfer dan suhu kamar.

2. Konstruksi sederhana sehingga harga lebih ekonomis.

Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun

T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01T-01


2. Menentukan Bahan Konstruksi Tangki

Dalam perancangan ini dipilih bahan konstruksi tangki Carbon Steel SA 283

Grade C, dengan pertimbangan :

Memiliki allowable working stress cukup besar.

Harganya relatif murah.

Bahan relatif tahan korosi.

Kondisi penyimpanan pada suhu 300C dan tekanan 1 atm

3. Menghitung Kapasitas Tangki

densitas benzen

Pada kondisi suhu 30 oC

benzen = 0,805 kg/lt

Menghitung kebutuhan benzen

Kebutuhan benzen = 9282 kg/jam

Dirancang untuk persediaan satu bulan, benzen yang harus disediakan :

= 9282 kg/jam x

24 jamhari x 30 hari

= 2.762.424 kg

Menghitung volume tangki :

Volume tangki =

2762424 kg0,805kg/lt

= 3.431.582,609 lt

= 3.431,582 m3

Karena volume tangki cukup besar maka untuk faktor keamanan digunakan

4 buah tangki penyimpanan maka volume untuk setiap tangki adalah

857,896 m3, dengan faktor keamanan 10 %, volume tangki :

Volume setiap tangki = 1,1 x 857,896 m3 =943,686 m3 = 33.312,116 ft3



4. Menghitung Diameter dan Tinggi Tangki

Dari persamaan 3.12 Brownell and Young untuk Large Closed Tank,

dengan metode optimasi biaya atap dan shell/dinding sama dengan dua kali

biaya bottom per satuan luas diperoleh persamaan :

D =

83 H (Brownell and Young)

V =

π . D2 . H4

V =

π .( 83

H )2

4. H

=

200 , 96 xH 3

36

H = (33312,116 x 36200 ,96 )

13

= 18,138 ft

Diameter tangki :

D =

83 H

D =

83 x 18,138 ft

= 48,368 ft

Dari Appendix E, item 3, Brownell and Young hal 348, ukuran standar

tangki yang digunakan adalah :

Tangki dengan diameter D = 50 ft, tinggi H = 24 ft, dan 4 course dengan 72

in butt-welded course.

5. Menentukan Tebal Shell dan Panjang Shell Course

Spesifikasi yang dipakai :

Menggunakan 4 buah course dengan ketebalan tertentu

Menggunakan shell plate 10 in butt-welded course

Menggunakan lebar plate komersial 6 ft sehingga untuk tinggi 24 ft

dipakai plate dengan ketebalan berbeda

Bahan yang dipakai adalah Carbon Steel SA-283 Grade C (Tabel 13.1, hal

251, Brownell) dengan karakteristik :

Stress yang diijinkan (f) = 12.650 psi



Efisiensi pengelasan (E) = 85 % = 0,85

Factor korosi (c) = 0,125 in

Allowable welded joint = 5/32 in

6 ft

6ft

6ft

6ft

Tebal dinding tangki dihitung dengan persamaan 3.16, brownell :

ts=P x D/2f x E

+c in

Dimana :

ts = tebal shell, in

f = stress yang diijinkan, psi

E = efisiensi pengelasan

D = diameter dalam tangki, in

P = tekanan perancangan, psi

c = corrosion allowance, in

P=ρ( H−1 )144

+c

= densitas air pada 600F = 62,37 lb/ft3

H = tinggi dari dasar course ke puncak, ft

P = tekanan dalam tangki, psi

Sehingga gabungan kedua persamaan tersebut menghasilkan :

ts=ρ(H −1 ) x D

2 x f x E x144+c

ts=62 ,37( H−1 ) x (50 x 12 )

2 x 12650 x 0,85 x144+0,125

Tebal shell dihitung dengan persamaan berikut:

ts= [ {0 ,012 x ( H−1 )}+0 , 125 ]



Menghitung panjang plate:

L=(3,14 x ( D+ts ) )−weld length

12 x n (Brownell, hal 55)

L = panjang tiap plate (in)

N = jumlah plate

Weld length = n x allowable welded joint

Course 1

H1 = 24 ft

Ts1 = [ {0 ,012 x (24−1)}+0 , 125 ]= 0,401 in

L1 =

(3,14 x (50x12+0,401 ) )−(10 x 5

32)12 x 10

= 15,697 in

Course 2

H2 = (24-6) ft = 18 ft

Ts2 = [ {0 , 012 x (18−1 )}+0 ,125 ]= 0,329 in

L2 =

(3,14 x (50x12+0,329 ) )−(10 x 5

32)12 x 10

= 15,695 in

Course 3

H3 = (18-6) ft = 12ft

Ts3 = [ {0 ,012 x (12−1)}+0 ,125 ]= 0,257 in

L3 =

(3,14 x (50x12+0,257 ) )−(10 x 5

32)12 x 10

= 15,694 in

Course 4

H4 = (12-6) ft = 6ft



Ts4 = [ {0 , 012 x (6−1 )}+0 , 125 ]= 0,185 in

L4 =

(3,14 x (50x12+0,185 ) )−(10 x 5

32)12 x 10

= 15,692 in

6. Menentukan Tinggi Dan Tebal Head

Menentukan tinggi head tangki

Sudut adalah sudut cone roof terhadap garis horizontal

sin θ= D430 ta

Ta= tebal atap (in) dipilih tebal atap standar 3/8 in

sin θ=50430 x 0 ,375

=0 ,310

θ = 18,06O

Tinggi head dapat dihitung dengan persamaan:

tanθ= h0,5 xD

h=0,5 x D x tan θ

h=0,5 x 50 ft x tan18 , 06o

h = 8,152 ft

Menentukan tebal head tangki

Tekanan penyimpanan 1 atm = 14,7 Psi

Faktor keamanan 10 %, sehingga tekanan tangki menjadi :

P = 1,1 x 14,7

= 16,17

Tebal conical head tangki dengn sudut kurang dari 30O dapat dihitung

dengan persamaan:


hαθ


th=P x D2cosθ x ( f . E−0,6 . P )

+c

Maka:

th=16,17 psi x 50 x 122 x cos 18,06x (12650 x 0,85−0,6 x 16,17 )

+0 , 125 (pers.

Brownell)

th = 0,60 in

Dipakai tebal head standar 0,6 in.

RESUME :

Nama alat : Tangki penyimpanan

Fungsi : Menyimpan bahan baku benzen

Tipe : Silinder tegak,

Bahan konstruksi : Carbon steel tipe SA-283 grade C

Kapasitas tangki : 33312,116 ft3

Jumlah tangki : 4

Kondisi operasi : 1 atm, 30OC

Diameter tangki : 50 ft

Tinggi tangki : 24 ft



Tebal shell

Plate 1 : 0,401 in

Plate 2 : 0,329 in

Plate 3 : 0,257 in

Plate 4 : 0,185 in

Tebal head : 0,60 in

Tinggi head : 8,152 ft

B. POMPA

Kode : P-01

Fungsi : Mengalirkan bahan baku benzen dari tanki T-01 ke pipa

pencampur M-01.

Tujuan : - Menentukan jenis pompa

- Menentukan spesifikasi pipa yang digunakan

- Menentukan tenaga pompa dan tenaga motor yang digunakan



1. Menentukan tipe pompa

Tipe pompa yang digunakan adalah pompa sentrifugal dengan

pertimbangan :

- Viskositas fluida yang dialirkan relatif tidak besar

- Konstruksinya sederhana sehingga harga lebih murah

- Dapat digabung langsung dengan putaran motor. Umumnya semakin

cepat

putaran maka semakin kecil beban pompa dan motor.

- Mudah dalam pengoperasiannya

- Aliran pada discharge pompa dapat di shut-off atau ditutup tanpa

merusak

pompa.

- Tidak memerlukan valve dalam operasi pompa

- Biaya pemeliharaan lebih rendah dibanding jenis pompa yang lainnya.

(Sumber: Peters & Timmerhaus, hal 518)

2. Menentukan spesifikasi pipa yang digunakank terlalu besar

Menghitung laju alir fluida

Kapasitas = 9300.32 kg/jam

= 2.58 kg/s

Densitas benzen ρ = 873.7 kg/m3 = 54.5189 lb/ft3

Q laju alir= kapasitasρ

Q laju alir= 2.58kg /s873.7 kg /m3

Q laju alir=¿2.95 m3/s = 0.1045 ft3/s

Faktor keamanan 10%

= 1.1 x 0.1045 = 0.1149 ft3/s

Menentukan diameter pipa optimum

Di optimum = 3,9 . Q0,45. ρ0,13.............................................(Peters, hal 496)

Di optimum = 3.9 0.11490.45 54.51890.13

Di optimum = 2.4772 in

Ukuran spesifikasi pipa (Geankoplis, 1997)

- Ukuran pipa nominal : 2.5 in NPS



- Schedule pipa : 40

- Diameter dalam (ID) : 2.469 in = 0,0627 m

- Diameter luar (OD) : 2.875 in = 0,073 m

- Luas penampang dalam (At) : 0,03322 ft2 = 30.89 x 10-4 m2

- Bahan konstruksi : commercial steel

3. Menentukan Nre dan f

- Menetukan kecepatan linier fluida

V = Q / A (Timmerhause, 1991)

V= 0.11490,03322

V = 3.46 ft/s = 1.05 m3/s

- Menghitung viskositas cairan

µ = 0.646 cp = 0.000434047 lb/(ft.det)

- Menghitung bilangan Reynold Nre

NRe = (ρ.D.V)/ μ

NRe=54.5189 x

2.512

x3.46

0.000434047

NRe=90508.44195

Lebih dari > 2100, aliran turbulen

Untuk pipa Commercial Steel, harga ε = 0,000046 m

ε/D = 0,000046 m / 0,0627

εD

=0,000046 m0,0627 m

εD

=73365 x 10−4

Pada NRe = 90508.44195

Di plot pada (Fig.2.10.3) (Geankoplis, 2003)

Didapatkan f = 0,0065

4. Friction Loss

1. Contraction loss pada keluaran tangki

Hc = Kc v2/ 2a

Hc = 0.55 (1.05)2/2.1

Hc = 0.303 j/kg

2. Friction pada pipa lurus



Panjang pipa lurus = 60 m

Ff = 4f

Ff =4 fɅ Lv 22 D

Ff =4.0.006560(1.05)2

2.0,0627

Ff =¿ 13.72 j/kg

3. Friction pada 2 buah elbow 90

hf =nkfv 22 D

hf =2.0 .75(1.05)2

2.0,0627

hf =13.19 j /kg

4. Friction pada 1 buah check valve

hf =nkfv 22 D

hf =1.2(1.05)2

2.0,0627

hf =10.55 j /kg

5. Expansion loss pada tank entrance

¿kexv 22

¿1(1.05)2

2

¿0.55 j /kg

Sehingga total frictional loss, ΣF:

ΣF = (Hc + Ff + hf +¿ hfcv +¿)

ΣF = (0.303 + 13.72 + 13.19+¿ 10.55 + 0.55¿

ΣF = 38.313 j/kg

3. Menentukan tenaga pompa

Energi mekanik yang diterima fluida, Ws :

Ws=12

( v22−v 12 )+g ( z2−z1 )+ P 2−P1P

+ΣF .............................

(Geankoplis, 1997)

Dimana : diameter pipa konstan v2=v1

Selisih tinggi pipa = 3m



Tekanan konstan = P1=P2

Sehingga

−Ws=12

(0 )+10 (3 )+0+38.313

−Ws=68.313j

kg

Energi pompa Wp :

Ws = -η. Wp

Jika efisiensi 80%, maka :

℘=−68.313−0.8

= 85.39 j/kg

Daya pompa P :

P = m Wp

Dimana Laju lair massa, m = 2.58 kg/s

P = m Wp

P = 2.58 85.39

P = 220.31 J/s = 220.31 W

P = 0.3 Hp

RESUME POMPAKode : P-01Fungsi : Mengalirkan bahan baku benzen dari tanki T-01 ke pipa pencampur M-01.Tipe : Pompa SentrifugalKapasitas : 2.58 kg/sPower : 0.3 HPPipa yang digunakan :- Ukuran pipa nominal : 2.5 in NPS- Schedule pipa : 40- Diameter dalam (ID) : 2.469 in = 0,0627 m- Diameter luar (OD) : 2.875 in = 0,073 m

- Luas penampang dalam (At) : 0,03322 ft2 = 30.89 x 10-4 m2

- Bahan konstruksi : commercial steel



C. MIXER

Kode : M-01

Fungsi : Tempat pencampuran freshfeed Benzen dengan hasil recycle agar

sesuai dengan spesifikasi bahan baku yang diinginkan.

Tujuan :

1. Menentukan tipe pengaduk

2. Menghitung dimensi mixer

3. Menghitung power pengaduk

1. Menentukan Tipe Pengaduk



Pemilihan tipe pengaduk menggunakan tabel 8.3 dan fig 8.4 rase dengan

parameter volume dan viskositas campuran. Dipilih pengaduk jenis marine

propeler 3 blade dengan spesifikasi sebagai berikut :

− DtDi

=3

− ZlDi

=2,7−3,9

− ZiDi

=0 , 75−1,3

− WDi

=0,1

(Brown, 1958)

Ket :

Di = Diameter impeller

Dt= Diameter tangki

W = Lebar baffle

Zi = Jarak pengaduk dari dasar silinder tangki

Zl = Tinggi cairan dalam tangki

2. Menghitung Dimensi Mixer

2.1 Menghitung Volume Cairan dan Volume Tangki

Laju alir masuk mixer = 9282 kg/jam

benzeb = 805 kg/m3

= 0,805 kg/lt

Kecepatan volumetrik :

v= kapasitasρcampuran = 5849,565 lt/jam

Waktu tinggal yang dibutuhkan dalam mixer (θ ) = 600 detik (Ulrich, 1984)

Vc = v x θ

Ket:

Vc = Volume cairan

V = Kecepatan volumetrik cairan

θ = Waktu tinggal cairan



Vc = 5849,565x

600 detik3600 detik/jam = 974,927 lt = 0,974 m3 = 34,382 ft3

Asumsi 80% tangki berisi cairan maka :

Vt =

34 ,3820,8 = 42,977 ft3

2.2 Menghitung Diameter Tangki

ZlDi

=3,9 ;

DtDi

=3; sehingga

ZlDt

=1,3

vc=π4

xDt 2 xZl

vc=π4

x 1,3 Dt3

34,382 = π4

x 1,3 Dt3

Dt = 3,230 ft

2.3 Menghitung Tinggi Tangki

Vt=π4

x Dt2 x Zt

42,977= π4

x 3,2302x Zt

Zt = 5,248ft

Zl = 1,3 x Dt = 1,3 x 3,230 ft = 4,199 ft

Di=13

x Dt=13

x 3,230 ft=1,077 ft

2.4 Menghitung Tebal Dinding Tangki

Sebagai bahan tangki digunakan carbon steel SA 283 grade C, dengan:

F = 12650

E = 0,85

C = 0,125 in

ts=P x r i

f . E−0,6P

P = P desain + P hidrostatik



P = 1,87+(50,284 x 4,1992116,2 )=1,97 atm

Factor keamanan 10% maka:

P = 1,1 x 1,97 = 2,17 atm = 31,899 psia

ri= Dt2

=3,230 x 122

=19,38 in

ts=31,899 x 19,3812650 x 0,8 5−0,6 x 31,899

+0,125=0,182in

Dipakai tebal sheel standar 3/16 inchi

2.5 Menghitung Tebal Head Tangki

th= P . r . w2. f . E−0,2 P

+C

OD = ID + 2. ts

OD = 38,058 + 2 . (3/16)

OD = 38,433 in

Digunakan:

OD = 40 in

r = 40

icr=212

W =14 (3+(rc

icr )0,5)= 1

4 (3+(40

21

2 )0,5

)=1,804 in

th=31,899 x 40 x 1,8042 x 12650 x 0,85 −0,2 x 31,899

+0,125=0,232 in

Digunakan tebal standar 1/4 in.

2.6 Menghitung Tinggi Head

ID = 38,058 in

th = ¼ in

icr = ¾

sf = 2 in

r = 40 in



a=ID2

=38 , 0582

=19,029 in

b=r−√( BC )2−( AB )2

AB= ID2

−icr=38 , 0582

− 34=14,272 in

BC = r – icr = 40 - 0,75 = 39,25 in

b=40−√ (39 ,25 )2− (14 , 272 )2=3,437 in

OA = th + b + sf

OA = 3/16 + 3,437+ 2 = 5,624 in

3. Menghitung Power Pengadukan

3.1 Menghitung Kecepatan Putaran

Persamaan yang digunakan:

N= nπ x Di

x √WELH2Di

Dimana: WELH = Water Equivalent Liquid Height

WELH = Zl x Sg

= 4,199 x

805998 = 3,387 ft

n = 1150 rpm (marine propeller dengan 3 blade)

N = 1150π x 1,077

x √3,3872 x 1,077

N = 426,42 rpm

N = 7,11 rps

3.2 Menghitung bilangan reynold

Re =Di2 x N x ρμ

Re = 1,0772 x7 ,11 x 50,2840,0012

Re = 320873,518

3.3 Menghitung Power Pengadukan



power= N3 x Di5 x ρ x Pogc

=7,113 x 1,0775 x 50,284 x 0,932,174

lbf/s

=732,579 ft

=1,332 HP

Effisiensi 90 %, sehingga :

Power = 1,3320,9

=1 ,48 HP

Digunakan power 2 HP



RESUME :

Nama alat : Tangki pencampuran (Mixer)

Fungsi : Tempat pencampuran freshfeed benzen

dengan hasil recycle agar sesuai dengan

spesifikasi bahan baku yang diinginkan.

Tipe pengaduk : Marine propeller

Diameter tangki : 3,230 ft

Tinggi tangki : 5,248 ft

Diameter pengaduk : 1,077 ft

Jumlah baffle : 4

Lebar baffle : 0,107 ft

Power pengaduk : 2 HP



D. VAPORIZER

Kode : VP-01

Fungsi : Menguapkan umpan benzen dan camp dari M-01

Tujuan :

1. Menentukan tipe vaporizer

2. menentukan bahan konstruksi

3. menentukan aliran fluida panas dan dingin

4. menentukan spesifikasi shell and tube

5. menghitung factor kekotoran

6. menghitung pressure drop di shell and tube

1. Menentukan Tipe Vaporizer

Tipe vaporizer yang dipilih adalah jenis ketel (shell and tube 1-4 horizontal)

vaporizer dengan pertimbangan sebagai berikut:

Konstruksi lebih sederhana

Paling banyak digunakan

Pressure drop rendah

Heat transfer coefisien rendah

2. Memilih Bahan Konstruksi

Dalam perancangan bahan konstruksi yang digunakan adalah carbon steel

SA 283 grade C dengan pertimbangan :



Bahan dalam proses tidak korosif

Strukturnya kuat

Harga relative murah

3. Menentukan Aliran Fluida Panas dan Dingin

Dalam rancangan ini ditentukan :

Fluida dingin (benzen) di shell karena mempunyai massa yang relative

lebih besar

Fluida panas (steam) di tube karena mempunyai jumlah massa yang

lebih kecil dibandingkan benzen

4. Menentukan Spesifikasi Shell and Tube

Data-data :

Fluida panas : steam

Suhu masuk : 533 K

Suhu keluar : 533 K

Laju alir : 13681.23 kg/jam = 36241,8632 lb/jam

Fluida dingin : Benzen

Suhu masuk : 303 K = 223,34OF

Suhu keluar : 353 K = 228,56OF

Laju alir : 10381,3475 lb/jam

Beban panas (Q) : 22731368,3 kj/jam = 3023157,68 Btu/jam

a. Menentukan ∆T LMTD

Fluida Panas Suhu Fluida Dingin Selisih

392 Suhu tinggi 228,56 163,44

392 Suhu rendah 223,34 168,66

∆TLMTD = OF

Tav = 392 OF , tav = 225,95 OF

b. Menentukan harga koefisien perpindahan panas keseluruhan.



Untuk fluida dingin berupa light organic dan fluida panas berupa steam

memiliki UD = 100-200 Btu/ft2.OF.jam. Diambil harga UD 120

Btu/ft2.OF.jam

c. Memilih jenis ukuran pipa

Dari table 10 kern dipilih pipa dengan criteria :

OD = 1 in ao = 0,2618 ft2/ft

BWG = 16 at’ = 0,594 in2

ID = 0,87 in

Direncanakan panjang tube, L = 14 ft

d. Menentukan luas perpindahan panas

= 151,7284 ft2

e. Menghitung jumlah tube

Dipilih jumlah tube standar dari table 9 Kern sebanyak 47, dengan

spesifikasi

Tube:

ODtube = 0,75 in

ID tube = 0,87 in

Pitch = 15/16 triangular

Passes = 4 pass

Shell:

L = 14 ft

Nt = 47

ID shell = 10

Dipilih susunan triangular pitch dengan pertimbangan :

Kapasitas fluida yang digunakan besar sehingga dengan susunan ini akan

lebih banyak terpasang pada shell and tube

Pressure drop rendah

Viskositas cairan rendah



f. Koreksi harga UD

Aterkoreksi = Nt . ao . L

= 47 . 0,2618 .14

= 172,2644 ft2

= 105,6945 Btu / (jam)(ft2)(oF)

g. Fluida dingin (light organik) shell side

Menghitung flow area

ID shell = 10 in

Pt = 0,9375

C’ = Pt – OD = 0,9375 – 0,75 = 0,1875

Asumsi baffle space maksimum = ID shell = 10 in

as= IDxC ' xB144 xPt

=10 x 0 ,1875 x10144 x 0 ,9375

=0 ,1389ft2

Mass velocity

Gs = W / as

= 10381,3475 / 0,1389

= 74739,72 lb/ft2 jam

Menghitung bilangan Reynold

Pada tav = 225,95 OF didapat data :

µ = 0,3 cp = 0,726 lb/ft jam (fig. 14 Kern)

De = 0,55 (fig 28, Kern)

NRe=De x Gsμ

=0 ,55 x74739 ,720 ,726 = 56621

Menentukan ho

Jh = 138 (fig 28, Kern)

C = 0,916 Btu / lboF (fig 2, Kern)

k = 0,133 Btu / (jam)(ft2)(oF) (table 4, Kern)

ho= jh( k

De )x ( cx μk )

1/3



=138 ( 0 ,1330 ,55 )x ( 0 , 916 x 0 ,726

0 , 133 )1/3

= 55,6195 Btu / (jam)(ft2)(oF)

h. Fluida panas : steam, tube side

Menghitung flow area

a’t = 0,594 in2 (table 10, Kern)

at= Ntxa ' t144 xn

=47 x0 ,594144 x 4 = 0,0485 ft2

mass velocity

Gt = w/at

= 3624,8632 / 0,0485

=74739,4474 lb/ft jam

Menghitung bilangan reynold dalam tube

Pada Tav (392 OF) didapat:

Dt = 0,87/12 = 0,0725 ft (table 10, Kern)

µ = 0,016 cp = 0,039 lb/ft jam (fig 15, Kern)

Re=Dt x Gtμ

=0 , 0725 x74739 ,44740 , 039 = 138938,7

Menghitung hio

Untuk condensing steam harga hio = 1500 Btu / (jam)(ft2)(oF)

i. Menghitung clear overall for preheating (Up)

Up= hioxho

hio+ho

=1500 x 55 ,61951500+55 ,6195

= 53,63 Btu / (jam)(ft2)(oF)

j. Menghitung clean surface untuk preheating(Ap)

Ap= Qp

Upx Δt p

=3023157,68 53 ,63 x166 ,04

= 339,5 ft2



k. Vaporization, Shell Side

Pada t = 228,56 F didapat data sebagai berikut:

µ = 0,298 cp = 0,721 lb/ft hr (fig. 114 Kern)

c = 0,908 Btu / lboF (fig 2, Kern)

k = 0,133 Btu / (jam)(ft2)(oF) (table 4, Kern)

De = 0,55 (fig 28, Kern)

RE shell=De x Gsμ

=0 ,55 x74739 ,720 , 721 = 56620

Jh = 137

Menghitung ho

Ho= jh( k

De )x ( cx μk )

1/3

=137 ( 0 ,1330 ,55 )x ( 0 , 908 x 0 ,721

0 , 133 )1 /3

= 54,2183 Btu / (jam)(ft2)(oF)

l. Vaporization , Tube Side

Menghitung clean overall coefficient untuk vaporization

Untuk condensing steam harga hio = 1500 Btu / (jam)(ft2)(oF)

Uv= hioxho

hio+ho

=1500 x 54 ,21831500+54 ,2183

= 52,33 Btu / (jam)(ft2)(oF)

Menghitung clean surface yang diperlukan untuk vaporization (Av)

Av= Qv

Uvx Δt v

=3023157,6852,33(225,95 )

= 225,68ft2

m. Menghitung Uc

Total Ac = Ap + Av

= 339,5 + 225,68



= 565,18 ft2

Uc= ΣUA

Ac

=(339 ,5 x53 ,63 )+(225 ,68 x 52 ,33 )565 , 18

= 3242,415 Btu / (jam)(ft2)(oF)

5. Menghitung Factor Kekotoran (Rd)

Rd=Uc−Ud

UcxUd

=3242 ,415−105,69453242 ,415 x 105,6945

= 0,00094

Untuk light organic harga Rd yang diijinkan 0,001, Rd perhitungan < Rd

min sehingga memenuhi syarat.

6. Menghitung Pressure Drop

Tube Side

NRe = 138938,7

f = 0,000135 ft2/in2 (fig 26, Kern)

Vfg = 2,0651 lb/ft3 (table 7, Kern)

s= 1vfg x 62 ,5

= 12 ,0651 x 62,5 = 0,0077

∆Ps=1

2 (f x Gt2 x L x n5,22. 1010 x De x s x Φt )

=12 ( 0 ,000135 x 74739 ,44742 x 14 x 4

5 , 22 .1010 x0 ,55 x0 ,0077 x 1 )= 0,955 psia

Pada Shell

a. Preheating Zone

NRe = 56621

f = 0,00032 (fig 26, Kern)

Pada t = 223,34 F, ρ = 51,913 lb/ft3



s = 51,913/62,5 = 0,8306

Panjang zona preheating

Lp=Lx ( Ap

Ac )=14 x(339 ,5

565 ,18 )= 8,4097 ft

Menghitung ∆Ps

N+1=10(LpB )

N+1=10(8,409710 )

= 10,0916

f = 0,0015 (fig 29,Kern)

ρ = 51,913 lb/ft3

s = 51,913/62,5 = 0,8306

Ds = 10/12 = 0,83

∆Ps =1

2 ( fxGs 2 xDsx (N+1)5 ,22 .1010 xDexsxΦt )

=12 ( 0 ,0015 x 74739,722 x0 , 83 x10 , 0916

5 ,22 .1010 x0 , 55 x0 ,8306 x 1 )= 0,00147 psia

b. Vaporization zone

NRe = 56620

F = 0,00032 (fig 26, Kern)

Pada T = 228,56 F, ρ = 51,213 lb/ft3

S = 51,213/62,5

= 0,8194

Panjang zona penguapan = L – Lp

=14 - 8,4097

=5,5903 ft

Menghitung ∆Ps

N+1=14 ( LB )



N+1=14 (5,590310 )

= 7,8264

∆Ps =1

2 ( fxGs 2 xDsx (N+1)5 ,22 .1010 xDexsxΦt )

=12 ( 0 ,00032 x74739,722x 0 ,83 x7 , 8264

5 ,22 .1010 x0 , 55 x0 ,8194 x 1 )= 0,000247 psia

∆Ps total = ∆Psp + ∆Psv

= 0,00147 + 0,000247

= 0,001717 psia

RESUME :

Nama alat : Vaporizer

Fugsi : Menguapkan umpan benzen

Tipe : Shell and tube

Material konstruksi : Carbon steel SA 283 grade C

Shell Side

ID : 10 in

Jumlah pass : 4

∆P shell : 0,00147

Tube Side

OD : 0,75 in

ID : 0,87 in

BWG : 16



Pitch : 15/16

Susunan : triangular

Jumlah pass : 4

Jumlah tube : 47

Panjang tube : 14 ft

∆P tube : 0,955 psia

Uc : 3242,415 Btu / (jam)(ft2)(oF)

Ud : 105,6945 Btu / (jam)(ft2)(oF)

Rd : 0,00094

E. REAKTOR

Kode : R-01

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi dengan bahan baku utama

benzen dan etilen membentuk etilbenzen dengan katalis ZSM-5.

1. Menentukan jenis reaktor

Dipilih reaktor jenis fixed bed multitube dengan pertimbangan :

- Reaksi dalam fasa gas dengan katalis padat



- Reaksi eksotermis sehingga diperlukan luas perpindahan panas yang

besar agar kontak dengan pendingin berlangsung optimal

- Pressure drop lebih kecil daripada fluidized bed

- Abrasi pada dinding tube dapat diabaikan

- Tidak diperlukan pemisahan katalis dari gas keluaran reaktor

- Pengendalian suhu relatif mudah karena menggunakan tipe shell and

tube Kontruksi reaktor lebih sederhana dibandingkan dengan reaktor

fluidized bed, dengan demikian maka biaya pembuatan ,

operasional dan

perawatannya relatif lebih murah. ( Hill, hal.

425 – 431 )

Kondisi operasi :

- Non isotherrmal – non adiabatis

- Tekanan feed masuk 20 atm

- Suhu feed masuk 540 oC dan keluar pada suhu 550oC

2. Menentukan Bahan Kontruksi

Dalam perancangan digunakan bahan kontruksi low – alloy stell SA –

302 grade B dengan pertimbangan sebagai berikut :

- Memiliki allowable stress cukup besar

- Harga relatif murah

- Tahan korosi

3. Menentukan Kondisi Umpan

Reaksi : C2H4 + C6H6 C8H10

: A B C

Jenis Reaktor : Multitubular Tube

Laju Alir Massa : 60374.32 kg/jam

Kondisi Operasi: Suhu : 818 K

Tekanan : 20 atm



A. Menghitung BM Umpan

Untuk menghitung BM umpan digunakan persamaan : BM = ∑ ( Yi x BMi

)

Komponen kmo

l/jam

BMi Yi Yi x BMi

BMi

BENZEN 722.0326 78 0.833201092 64.98969

EB 0.116887 106 0.000134883 0.014298

ETILEN 144.4271 28 0.166664025 4.666593

TOTAL 866.5766 1.0000

69.67058

B. Menentukan Densitas (ρ) pada Umpan

PV=nRT

PV=( mBM komponen

) RT

P × BM komponen

RT=m

V

P × BM komponen

RT= ρkomponen

20 ×69.678,314 ×818

=ρkomponen

ρkomponen=0.2048 kg/m3

C. Menentukan ε

ε=Yao x ƍ

ε=0.166 x (1−1−1)

ε=−0.166

D. Menentukan Cao

C A0=Y A0 × P

R ×T 0

C A0=0.166 ×20

0,082 ×818



C A0=0,0494kmol

m3

E. Menentukan Ca

C A=C A0 ×(1−x )(1+εx)( P

P0)(T 0

T )C A=0,0494 ×

1−x(1+x )( 20

20 )( 818828 )

C A=0,0494 ×1−x(1+x )

×0,987

C A=0.0487 ×1−x(1+x)

F. Menentukan Cb

CB=C A 0×(θB−x )(1+εx) ( P

P0)(T 0

T )

CB=0,0494 ×(Y b 0

Y a 0

−x )(1+εx) ( 20

20 )( 818828 )

CB=0,0494 ×( 0.833

0.166−x)

(1−0.166 x) ( 2020 )( 818

828 )CB=0.0487×

(5−x )(1−0.166 x)

G. Menghitung Volume Reaktor

Diketahui :

k = 5160,7724 exp (-3181,285 /T ) m3/ kmol.kg katalis.jam

( Problems at Unit 700 Ethylbenzene Production, 1999,p.805)

k=29.3L . s

kmol

−r A=k xC A xC B

X CA CB -rA 1/-rA

0 0.04870.2435 0.347452585 2.87809055



0,2206 0.0310968210.24160423 0.22013452 4.5426769

0,4412 0.018882570.23955864 0.132538048 7.54500322

0,6618 0.0099111450.23734475 0.068924093 14.5087147

0,8825 0.0030397080.23493975 0.020924542 47.790771

V PFR=FA 0 ∫0

0,8825dx

−r A

V PFR=866.5766 ×( 0,22062

[2.878+ (2× 4.542 )+(2 ×7.545 )+(2×14.508 )+47.790 ])V PFR=938064 L

H. Menghitung Volume Tube

Tube

Susunan tube = Triangular pitch

Bahan = tembaga

Ukuran tube :

Diameter nominal (NPS) = 8 inchi

Diameter luar (OD) = 7.981 inchi = 21.9 .10-2 m

Diameter dalam (ID) = 8.625 inchi = 20,2.10-2 m

Htube = 7 m

V tube=π4

× ID tube2 × H tube

¿ 3,144

× 0.2022× 10=0.320 m3=320 L

I. Menghitung Jumlah Tube

N tube=V PFR

V tube

N tube=938064

320=2932

J. Menghitung tebal shell

Jarak antar pusat pipa (PT)

PT = 1,25 x OD



= 1,25 x 7.981

= 9.976 inchi = 25.339 cm

Shell

Bahan yang digunakan adalah Low alloy steel SA type 353

Ukuran Shell

Diameter dalam shell (IDs)

IDs = ( 4⋅0 ,866⋅Nt⋅P

T2

π )0,5

(Brownell & Young,

1979)

IDs=( 4 x 0.866 x2932 x 0.25332

π)

0.5

= 14.40 m

= 567.16 inchi

Tebal shell dihitung dengan persamaan (13.1 Brownell & Young)

t s=P⋅ri

fε −0,6⋅P ………………….(1)

dengan

ts = tebal shell, inchi

P = tekanan dalam reaktor, psi

ε = efisiensi sambungan

ri = jari-jari dalam shell, inchi

f = tekanan maksimum yang diijinkan, psi

dengan memperhitungkan C (Corrosion allowance) maka rumus diatas

menjadi

t s=P⋅ri

fε −0,6⋅P+C

………………….(2)

Tekanan dalam shell

Tekanan desain 5 -10 % di atas tekanan kerja normal/absolut (Coulson,

1983)

Tekanan desain diambil 10% diatasnya, maka:

PD = 1,1 x P

= 1,1 x 20 atm

= 22 atm



= 293.919 psia

Maka

ts= 293.919 x283.5822500 x 0.95−(0.6 x283.58)

+0.125

Ts = 4.05 inch (digunakan 4 inch)

K. Menghitung tebal head ( th )

Direncanakan bentuk head adalah eliptical dished head dengan

bahan sama dengan bahan shell. Persamaan yang digunakan untuk

menghitung tebal head dari Brownell & young

th= P . IDs2. f . E−0.2 P

+0.125

th= 293.919 x567.162.22500 .0 .8−0.2293.919

+0.125

th=¿4.763 (digunakan 5 inch)

L. Menghitung Tinggi Reaktor

H reaktor=H tube×( 10080 )

H reaktor=10 m×( 10080 )

H reaktor=12,5m

M. Menghitung volume reaktor ( Vr )

Volume reaktor ( Vr ) adalah volume vessel reaktor ditambah dengan

volume kedua head. Volume reaktor dapat dihitung dengan persamaan ;

Vr = Vvess + 2.Vh

Dimana Vh = 0.000049 IDs3 (brownell hal 88)

Vr=π4(IDs)2 Lp+2(0.000049)❑(IDs)3

Vs=3.144

(567.16 x2.54)2 1000 + 2 (0.000049)❑(567.16 x2.54 )3

1629102003

Vr=1629394987 cm 3



Vr=1629.39 m3

N. Menghitung Luas perpindahan panas

Dasar Perhitungan :

Laju alir massa umpan masuk (Mh)= 14,315 kg/s

Kalor yang dilepas oleh aliran panas (Qh)= 371651 kJ/s

a. Menentukan Laju Alir Air Pendingin

Menentukan Entalpi air pendingin

Dari steam tabel diperoleh:

Hci = 112,695 kJ/kg

Hco= 2800,82 kJ/kg

Kalor yang diserap oleh aliran dingin = kalor yang dilepas oleh

aliran panas

Qh = Qc = 371651 kJ/s

Qc = Mc x H

371651. kJ/s = Mc x (2800,82-112,695) kJ/kg

Mc = 13,242 kg/s

b. Menentukan LMTD (Log Mean Temperature Difference)

ΔT l m=(T hi−T co )−(T ho−T ci )

ln(T hi−T co )(T ho−T ci )


Aliran 3Tho=313 KPhi=20 atm

Subcooled WaterTci=303 KPci=1 barMci= ? kg/s

WaterTco=323 KPco=1 bar

Aliran 2Thi=818 KPhi=20 atmMh= 9,68454 kg/s


ΔT l m=(1273−523)−(313 − 299 )

ln(1273−523)(313−299)

T lm=( 818−323 )−(828−303)

ln (818−323 )(828−303)

Tlm = 184,88 K

Untuk countercurrent flow, Tm = Tlm

Tm = 184,88 K

c. Menentukan Luas Perpindahan Panas (A)

- Koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) untuk

hidrokarbon dengan titik didih yang rendah sebesar 284 – 426 W/m2.K

(Tabel 8.12 Walas, hal 196). Tebakan awal U adalah 340 W/m2.K

- Digunakan tube dengan bahan karbon steel dengan nomor

BWG 16 (OD =50 mm, ID = 44,8 mm), dengan panjang tube (L) 4,88 m

(Table 12.3, Coulson Vol 6 hal 520)

Q = U.A. Tm

371651W = (340 W/m2.K)(A)(184,88 K)

A = 566,28 m2

RESUME :



Kode : R-01

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi benzen dan etilen menjadi

etilbenzen.

Tipe : Fixed bed multitube

Konversi : 88.25%

Tinggi reaktor : 12,5 m

Diameter : 14.40 m

Volume : 1629.39 m3

Jumlah : 1 buah

Katalis : ZSM-5

Kondisi : non adiabatis, non isothermal

Tekanan : 20 atm

Suhu masuk : 818 oK

Suhu keluar : 828 oK

Fase : Gas dengan katalis padat

Jumlah tube : 2932

OD : 8.625 in

ID : 7.981 in

Sch : 40

Pitch : 9,975 in

Panjang tube : 10 m

F. MENARA DESTILASI

Kode : KD-01

Fungsi : Memisahkan benzen dan etilbenzen.



Tujuan :

1. Menentukan tipe kolom

2. Menentukan bahan konstruksi kolom destialsi

3. Menentukan jumlah plate menara

4. Menentukan dimensi utama menara

1. Menentukan Tipe Kolom

Dalam perancangan ini dipilih jenis tray dengan pertimbangan :

Perkiraan awal diameter kolom > 3 ft

Campuran tidak bersifat korosif

Rentang batas laju alir yang cukup besar tanpa menimbulkan flooding

Jenis tray yang digunakan adalah sieve tray dengan pertimbangan :

Kapasitas uap dan cairannya besar

Pressure drop rendah, efisiensi tinggi

Lebih ringan, murah dan mudah pembuatannya

Operasi stabil

2. Menentukan Bahan Konstruksi Kolom

Dipilih bahan konstruksi jenis carbon steel SA-285 Grade A, dengan

pertimbangan :



Mempunyai allowable working stress yang besar, sehingga untuk

kapasitas yang sama memerlukan ketebalan bahan yang tipis

Harga relatif murah

3. Menghitung Jumlah Plate

Untuk menghitung jumlah plate digunakan metode shortcut

Menghitung efisiensi tray kolom destilasi

Untuk menghitung efisiensi tray kolom destilasi digunakan korelasi O’Connel

Light Key Component (LK) = Benzene

Heavy Key Component (HK) = Ethylbenzene

Suhu puncak kolom = 416,21 oK

Suhu dasar kolom = 483,52 oK

Suhu rata-rata kolom = 449,86 oK

Komponen Xi feed μi (cp) Xi. Μi

Ethylbenzene 0,9200 0,2207 0,22301Benzene 0,0813 0,1620 0,00021

S 1,0000 0,22461

campuran = 0,2246 cp = 2,246.10 – 4 kg/m.s = 0,5445 lb/(ft)(jam)

(LK/HK)D = ( KLK

K HK)D

=( PLK

PHK)D

=2,995

(LK/HK)B = ( KLK

K HK)B

=( PLK

PHK)B

=6,304

α avg = (αD x αB )1

2 = 4,345

α avg . μavg =0,975

Dari Fig. 6.16, halaman 151 ; Treyball “Mass Transfer Operations”2nd ed,

diperoleh efisiensi kolom dari O’ Connel sebesar ; Eo = 0,58



Menghitung Jumlah Plate Ideal

Dari perhitungan neraca panas diperoleh harga Rmin dan R berturut-turut sebesar

0,445 dan 0,5563

R−RminR+1

=0,5563−0 ,4450,445+1

=0,077

Dari plot harga (R-Rmin)/(R+1) pada fig. 13-41 (Gilliland), Perry 6 th

ed. ,halaman 13-37, diperoleh harga (N-Nmin)/(N+1) sebesar 0,78

Harga Nmin diperoleh dari persamaan Fenske :

Nmin=

log [(XlkXhk )

D(XhkXlk )

B]

logαavg

=log [ 0,0014⋅3 , 04 ]0,64

=2,14

Maka akan diperoleh jumlah plate ideal (N) = 13,27 plate ideal.

Menghitung Jumlah Plate Aktual

Dikarenakan menggunakan reboiler parsial, dianggap sebagai 1 stage ideal.

N aktual=N ideal-1Eo

=13,27-10,58

=21, 15≈ 22

4. Menentukan Lokasi Umpan

Berdasarkan persamaan Kirk Bride ( persamaan 11.62 Coulson volume 6,

page 422)

log [ NrNs ]=0 , 206 log [( B

D ) .( Xf hk

Xflk )( Xblk

Xbhk)2]

Dimana : Xf lk = 0,0013 Xf hk = 0,0055

Xb lk = 0,0229

BD

=71,907832 ,911

=0 ,0863

Xb hk = 0,0697



log [ NrNs ]=0 ,206 log [ (0 , 0863 ) .( 0 ,0055

0 ,0013 )( 0 , 02290 , 0697 )

2 ]

NrNs = 0,503 ; Ns = 1,988 Nr

Nr + Ns = 22

Nr + 1,988 Nr = 22

Nr = 7,363 ≈ 8 tray dari puncak kolom

5. Menentukan Dimensi Kolom

Penentuan diameter seksi atas menaraMenghitung densitas cairan

T = 416,21 oK P = 1,2 atm

Komponen Xi ρ(g/mL) Xi/ρ (g/mL)Etylbenzene 0,99748 0,75343 0,00187Benzene 0,00139 0,74101 1,32392

1 Σ 1,32731

Densitas cairan = 1

1 ,32731=0 , 7534

gr/ml = 753,4 kg/m3

Menghitung Densitas Uap

T = 416,21 oK P = 1,2 atm

Komp XdTc Pc

ω Xd.Tc Xd.Pc Xd. ω(K) (bar)Ethylbenzene 0,99948 617,17 36,09 0,304 617,6155 35,9991 0,30323Benzene 0,00139 562,16 48,98 0,211 0,78070 0,06802 0,00029

S 1,0000 617,0649 36,11355 0,30382

Pc, mix = 36,11355 bar = 35,6413 atm



Pr,mix=PPc,mix

=1,235,6413

=0,0336

Tr,mix=TTc,mix

=416,212617,0649

=0,6745

B0=0,083−0,422

Tr1,6

=0,083−0,422

0,67451,6=−0,7094

B1=0,139−0,172T r

4,2=0,139−0,172

0,67454,2=−0,7601

B⋅PcR⋅Tc

=B0+ω⋅B1=−0,9403

Z=1+(B⋅PcR⋅Tc )Pr

Tr=0,9488

V'=Z⋅R⋅TP⋅BMmix

=0,9488×0,08205×416 , 211,2⋅10 6,1052

=0,2545 m 3 /kg

ρv=1V'

=3 , 929 kg/m3

Menghitung laju alir volumetric

Lo = 49.159,864 kg/jam V = 137.711,041 kg/jam

Menghitung konstanta flooding

Parameter aliran FLV dihitung dengan persamaan :

Untuk menghitung konstanta flooding (Cf) digunakan persamaan :


QL=LoρL

=0,0181 m3 /detik

QV =VρV

=9 ,736 m3 /detik

FLV=QL

QV[ ρL

ρV]0,5

=0,0257


Cf=(α⋅log1

FLV

+ β)( σ20 )

0,2

Asumsi diameter kolom antara 10 - 12 ft , maka tray spacing (ts) sebesar = 30

in = 0,762 m.

Dari tabel 6.1 hal. 133 Treyball, untuk harga FLV antara 0,01 – 0,03

α = 0,0041ts + 0,0135 = 0,0166

β = 0,0047ts + 0,068 = 0,0715

Tegangan muka campuran

Dari tabel 6-1 Carl and Yaw’s, diperoleh harga tegangan muka

Komp XD Σ XD. σ

EB0,9974

8 17,9193 17,8741

Benzene0,0013

9 12,4626 0,01731S 1,0000 17,90744

Harga tegangan muka campuran (σ) = 17,9074 dyne/cm = 0,01791 N/m

Maka dapat dihitung harga Cf :

Cf=(0,0166×log1

0,0257+0,0715).(0,01791

0,02 )0,2

= 0,0957 m/s

Menghitung kecepatan flooding

Vf=Cf ( ρL−ρV

ρV)0,5

= 0,095(753,4−3,929

3,929 )0,5

= 1,3217 m/s

Dalam perancangan ini prosentase flooding diambil sebesar 80%, maka :

Vf’ = 1,312 . 0,8 = 1,0574 m/s



Menghitung luas permukaan aktif

An =

QV

V f ' =

9 ,7361,0574 = 9,2075 m2

Dari Treyball, table 6-1 dirancang panjang weir = 0,7D , sehingga luas satu

downspout sebesar 8,808% dari luas penampang sirkular kolom (At), maka :

At=An1−downspout

=9,20751−0,08808

=10 ,097 m2

Menghitung diameter puncak menara

D = ( 4×At

π )0,5

=( 4×10 , 0973 , 14 )

0,5

= 3,586 m = 11,765 ft

Penentuan Diameter Seksi Bawah MenaraMenghitung densitas cairan

T = 483,52 oK P = 1,71 atm

Densitas cairan EB = 1

1 , 4516=0 ,6889

gr/ml = 688,9 kg/m3

Menghitung densitas uap

T = 483,52 oK P = 1,71 atm

Pc, mix = 27,8985 bar = 27,5336 atm



Menghitung laju alir volumetric

F = 904,818 kmol/jam V = 1.296,224 kmol/jam

Lo = 463,313 kmol/jam

V’ – V = F (q-1) ; V’ = F (q-1) + V

Umpan masuk kondisi cair jenuh dimana q =1

V’= V = 1.296,224 kmol/jam

L’ = L + F

= 463,313 + 904,818 kmol/jam = 1.368,131 kmol/jam

QL=L'⋅BMρL

=1 . 368 ,131×135 ,534688 ,9

=0,0747 m3 /detik

QV =V'⋅BMρV

=1 .296 , 224×135 , 5346 ,2735

=7,778 m3 /detik

Menghitung konstanta flooding

Parameter aliran FLV dihitung dengan persamaan :

FLV=QL

QV[ ρL

ρV]0,5

=0 ,07477 ,778

×[688,96,2735 ]

0,5

=0,1006

.Untuk menghitung konstanta flooding (Cf) digunakan persamaan :



Cf =(α⋅log1

F LV

+β)( σ0 , 02 )

0,2

Asumsi diameter kolom antara 10 - 12 ft , maka tray spacing (ts) sebesar = 30

in = 0,762 m.

Dari tabel 6.1 hal. 133 Treyball, untuk harga FLV antara 0,01 – 0,2

α = 0,0041ts + 0,0135 = 0,0166

β = 0,0047ts + 0,068 = 0,0715

Tegangan muka campuran

Dari tabel 6-1 Carl and Yaw’s, diperoleh harga tegangan muka

Harga tegangan muka (σ) EB = 10,91804 dyne/cm = 0,01092 N/m

Maka dapat dihitung harga Cf :

Cf=(0,0166×log1

0,0257+0,0715).(0,01092

0,02 )0,2

= 0,087 m/s

Menghitung kecepatan flooding

Vf=Cf ( ρL−ρV

ρV)0,5

= 0,087 (688,9−6,2735

6,2735 )0,5

= 0,9075 m/s

Dalam perancangan ini prosentase flooding diambil sebesar 80%, maka :

Vf’ = 0,9075 . 0,8 = 0,728 m/s

Menghitung luas permukaan aktif

An =

QV

V f ' =

7 ,7780 ,728 = 10,65 m2



Dari Treyball, table 6-1 dirancang panjang weir = 0,7D , sehingga luas satu

downspout sebesar 8,808% dari luas penampang sirkular kolom (At), maka :

At=An1−downspout

=10,651−0,08808

=11 ,58 m2

Menghitung diameter bawah menara

D = ( 4×At

π )0,5

=( 4×11 ,583 , 14 )

0,5

= 3,84 m = 12,59 ft

Menentukan Tebal Shell dan Head

Menghitung tebal shell bagian puncak menara

Bahan konstruksi shell yang dipilih adalah karbon steel tipe SA-283 Grade A

dengan spesifikasi :

Allowable stress (f) = 10350 psi

Efisiensi pengelasan (E) = 0,85

Faktor korosi (C) = 0,125 in

Persamaan yang digunakan :

ts= P⋅rf⋅E−0,6⋅P

+C

P = 1,1 . P operasi = 1,1 . 1,2 atm . (14,696 psi/ 1 atm) = 19,398 psi

Diameter puncak menara = 11,765 ft = 141,18 in

Jari-jari menara (r) = D/2 = 141,18 in /2 = 70,59 in

Sehingga :

ts=(19,398 ).(70,59 )

(10350)( 0,85)−0,6(19 , 398)+0,125=0,281 in

maka digunakan tebal shell standar 7/16 in.



Menghitung tebal shell bagian bawah

Bahan konstruksi shell yang dipilih adalah karbon steel tipe SA-283 Grade A

dengan spesifikasi :

Allowable stress (f) = 10350 psi

Efisiensi pengelasan (E) = 0,85

Faktor korosi (C) = 0,125 in

Persamaan yang digunakan :

ts= P⋅rf⋅E−0,6⋅P

+C

P = 1,1 . P operasi = 1,1 . 1,71 atm . (14,696 psi/ 1 atm) = 27,643 psi

Diameter dasar menara = 12,59 ft = 151,08 in

Jari-jari menara (r) = D/2 = 151,08 in /2 = 75,54 in

Sehingga :

ts=(27,643 )(75,54 )

(10350)( 0,85)−0,6(27 , 643 )+0,125=0,362 in

maka digunakan tebal shell standar 7/16 in.

Menentukan tebal head (th)

Menghitung tebal head puncak

Bahan yang digunakan sama dengan bahan yang digunakan untuk shell, karena tekanan kurang dari 200 psi, maka dipilih head jenis torispherical dished head (Brownell, hal 88).

(OD)s = (ID)s + 2.ts

= 141,18 in + 2. 7/16 = 142,055 in

Dari Brownell, table 5.7 hal 89, digunakan :

OD standar = 144 in ts = 7/16 in

Icr = 8 3/4 rc = 132

Icr/rc = 0,066



Karena icr/rc > 6% maka digunakan persamaan 7.77 dari Brownell hal 138.

Dalam hal ini :

W = factor intensifikasi stress

=

14 [3+(rcicr )

0,5]=0,25⋅[3+3,884 ]=1,721 in

sehingga :

th= P⋅rc⋅W2⋅f⋅E−0,2⋅P

+C=19,398×132×1,7212×10 .350×0,85−0,2×19 ,398

+0,125=0,251 in

diambil tebal head standar 7/16 in

Menghitung tebal head bawah

Bahan yang digunakan sama dengan bahan yang digunakan untuk shell,

karena tekanan kurang dari 200 psi, maka dipilih head jenis torispherical

dished head (Brownell, hal 88).

(OD)s = (ID)s + 2.ts

= 151,08 in + 2. 7/16 = 151,955 in

Dari Brownell, table 5.7 hal 89, digunakan :

OD standar = 156 in ts = 7/16 in

Icr = 9 3/8 rc = 144

Icr/rc = 0,0651

Karena icr/rc > 6% maka digunakan persamaan 7.77 dari Brownell hal 138.

Dalam hal ini :

W = factor intensifikasi stress

=

14 [3+(rcicr )

0,5]=0,25⋅[3+3,92 ]=1,729 in

sehingga



th= P⋅rc⋅W2⋅f⋅E−0,2⋅P

+C=27,643×144×1,7292×10 .350×0,85−0,2×27,643

+0,125=0,516 in

diambil tebal head standar 5/8 in

Menentukan tinggi menara destilasi

Menghitung tinggi head puncak menara

Dari Brownell, table 5-6, hal 88 diperoleh :

Untuk th = 7/16 in,maka diambil standar straight flange (sf) = 1,5 – 3,5 in.

Diambil sf =2,5 in

AB = (ID/2) – icr = (141,18/2) – 8 3/4 = 61,84 in

BC = rc – icr = 132 – 8 3/4 = 123,25 in

b = rc – (BC2 – AB2)0,5 = 132 – (123,25 2 – 61,84 2)0,5 = 25,386 in

tinggi head = b + th + sf = 25,386 + 0,4375 + 2,5

= 28,323 in = 0,7194 m

Menghitung tinggi head dasar menara

Dari Brownell, table 5-6, hal 88 diperoleh :

Untuk th = 5/8 in,maka diambil standar straight flange (sf) = 1,5 – 3,5 in.

Diambil sf = 2,5 in

AB = (ID/2) – icr = (151,08 /2) – 9,375 = 66,165 in

BC = rc – icr = 144 – 9,375 = 134,625 in

b = rc – (BC2 – AB2)0,5 = 144 – (134,625 2 – 66,165 2)0,5 = 26,747 in

tinggi head = b + th + sf = 26,747 + 0,625 + 2,5

= 29,872 in = 0,758 m

Menentukan tinggi menara total

H = (Σth) + ((Nakt seksi atas – 1).ts seksi atas) + (Nakt seksi bawah . ts seksi bawah)



Dalam hubungan ini :

Th = tinggi head

Ts = tray spacing

N actual = jumlah plate / tray actual

H = (28,323 + 29,872) + (7 x 30 in) + (14 x 30 in)

H = 688,195 in = 17,48 m

RESUME

Kode : KD-01

Fungsi : memisahkan benzen dari Ethylbenzene

Jenis menara : tray tower (sieve tray)

Bahan konstruksi : carbon steel SA 283 grade A

Jumlah plate actual : 22 buah

Lokasi umpan masuk : plate ke-8 dari atas

Rmin : 0,445

R : 0,5563

Kondisi operasi menara



Kondisi umpan : suhu : 431,19 oK

tekanan : 1,644 atm

Kondisi atas kolom : suhu : 416,21 oK

tekanan : 1,2 atm

Kondisi bawah kolom : suhu : 483,52 oK

tekanan : 1,71 atm

Dimensi kolom

Seksi atas menara

Diameter : 3,586 m (11,765 ft )

Tebal shell : 7/16 in

Tebal head : 7/16 in

Tinggi head : 28,323 in ( 0,7194 m)

Tray spacing : 30 in

Seksi bawah menara

Diameter : 3,84 m (2,59 ft)

Tebal shell : 7/16 in

Tebal head : 5/8 in

Tinggi menara : 688,195 in (17,48 m)

G. KONDENSOR (CD-01)

Kode : CD-01

Fungsi : Mengembunkan hasil produk reaktor

Tujuan :


CD01


1. Menentukan tipe kondensor

2. Menentukan bahan konstruksi

3. Menentukan spesifikasi shell dan tube

1. Menentukan tipe kondensor

Kondensor yang dipilih adalah horizontal kondensor dengan pertimbangan :

- Mempunyai overall heat transfer coefficient yang relatif lebih besar bila

dibandingkan dengan vertical kondensor

- Maintenance dan struktur pendukung reatif mudah dan murah biayanya.

Dalam perancangan ini dipilih HE jenis shell and tube dengan pertimbangan

sebagai berikut :

- ∆P rendah

- Luas perpindahan panas > 200 ft2

2. Menentukan bahan konstruksi

Dipilih bahan konstruksi jenis Austenitic stainless steel, AISI tipe 304

dengan pertimbangan:

- Mempunyai allowable working stress yang besar

- Mempunyai Corrosion and Heat Resisting yang bagus

- Harga relatif murah

3. Menentukan aliran fluida dalam HE

Laju alir campuran cairan :

- Benzene : 140,832 kg/jam = 310,481 lb/jam

- Etilen : 135,155 kg/jam = 297,965 lb/jam

- Etilbenzen : 137.435,055 kg/jam = 298.583,2 lb/jam



Laju alir campuran cairan total : 137.435,055 kg /jam = 302.992,4 lb/jam

Laju alir air pendingin : 308.393,667 kg/jam = 679.891,7 lb/jam

Dalam perancangan ini ditentukan :

1. Campuran cairan (fluida panas) di shell dengan pertimbangan :

- Arus fluida lebih kecil dari fluida pendingin dan tidak korosif

2. Coolling Water (fluida dingin ) di tube dengan pertimbangan :

- faktor kekotorannya besar dan bersifat korosif

- arusnya lebih besar

4. Menentukan spesifikasi shell dan tube

Dari neraca panas didapatkan data sebagai berikut :

Beban panas condensor: 25.823.652,158 kJ/jam = 24.476.458,04 Btu/jam

Jumlah fluida dingin : 308.393,667 kg/jam = 679.891,7 lb/jam

Jumlah fluida panas : 137.435,055 kg /jam = 302.992,4 lb/jam

Menghitung ∆TLMTD

T1 = 289,51oF T2 = 271,35 oF

t2 = 122oF t1 = 86 oF

Fluida Panas Fluida dingin Selisih

289,51 Suhu tinggi 122 167,51271,35 Suhu rendah 86 185,3518,16 Selisih 36 17,84

R=289 ,51−271 ,35122−86

=0 , 504

S=122−86289 ,51−86

=0 ,176



Dari fig. 18 hal 828 Kern : FT = 1

Δt = ΔT LMTD x FT = 1 x 176,28 = 176,28 ºF

Ta =

289 , 51+271 ,352

=280 , 43 oF

ta =

122+862

=104 ºF

a. Menentukan harga koefisien perpindahan panas keseluruhan

Fluida dingin : campuran uap produk atas distilasi di shell

Fluida panas : coolling water di tube

Berdasarkan tabel 8 hal 840 Kern untuk jenis Fluida panas ( light

organics ) dan fluida dingin ( water ), diperoleh harga overall UD = 75-

150 Btu / (jam)(ft2)(oF). Dalam perancangan ini dipilih harga UD = 115

Btu / (jam)(ft2)(oF)

c. Memilih jenis ukuran pipa

Dari tabel 10 hal 843 Kern, dipilih pipa dengan kriteria :

OD = 1½ in ao = 0,3925 ft2/ft

BWG = 16 ai = 1,47 in2

L = 16 ft

ID = 1,12 in

d. Menghitung luas perpindahan panas (A)

e Menghitung jumlah pipa dan diameter shell

Jumlah pipa tube (Nt)



Dari tabel 9 hal 841 Kern dipilih heat exchanger dengan ketentuan :

Shell Tube

ID: 37 in

Jumlah pipa tube : 210

Pass : 1 OD,BWG : 1 ½ in, 16

B: 33 in Pitch

:17/8 in square

Jumlah crosess : 6 Pass :6

Asumsi Baffle space maksimum 37 in

Jumlah Crosses =

16 ft×12in

ft33 in =5,82 ; jumlah crosses = 6

Jumlah Baffle = 6 -1 = 5 buah dengan baffle spaces sebesar 33 in

dengan susunan (13,5 -33 -13,5)

f Mengkoreksi harga UD

Menghitung harga A terkoreksi

A terkoreksi = Nt x L x ao

= 210 x 16 x 0,3925 = 1.318,8 ft2

Menghitung harga UD terkoreksi

Harga UD terkoreksi ternyata mendekati harga UD trial, maka perkiraan harga

UD = 110 Btu / (jam)(ft2)(oF) dapat diterima.

g. Perhitungan fluida dingin di tube

1) Menghitung flow area pipa

2) Menghitung kecepatan massa dalam pipa



3) Menghitung bilangan reynold dalam pipa

Pada ta = 104oF

= 0,721 cp = 1,7448 lb/(jam)(ft) ( Fig.14 Kern, D.Q page-823)

4) Menghitung harga hi dan hio

Dari fig 25 hal 835 Kern

hi = 630 x 0,9 = 567

h. Perhitungan fluida panas di shell

1) Luas aliran di dalam shell

Dalam hubungan ini C’ = jarak antar tube

= PT-OD = 1,875-1,5 = 0,375 in

Asumsi baffle space max = ID shell = 33 in

2) Menghitung kecepatan massa di shell



Asumsi h =ho = 400 Btu/jam.ft2.oF

Pada Ta = 280,43 ºF

Dari tabel 22-1 hal 483 Yaws, diperoleh data :

k EB = 0,0201 W/m oK = 0,0116 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft)

k Benzene = 0,0202 W/m oK = 0,0117 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft)

k Etilen = 0,0216 W/m oK = 0,0125 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft)

kf = 0,02008 W/m oK= 0,01161 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft)

s EB = 0,867

s Benzene = 0,879

s Etilen = 0,866

sf = 0,867

EB = 0,0945 cp = 0,2287 lb / (ft) (hr)

Benzene = 0,133 cp = 0,322 lb / (ft) (hr)

Etilen = 0,1205 cp = 0,292 lb / (ft) (hr)

f = 0,09455 cp = 0,229 lb / (ft) (hr)

Dari fig. 12.9 hal 267 Kern, diperoleh h = ho = 350

Harga H yang diperoleh dari perhitungan berbeda dengan harga asumsi tetapi

mendekati nilainya.Untuk mendapatkan harga yang tepat dengan asumsi h



yang baru sehingga diperoleh dari perhitungan dijadikan harga asumsi yang

baru.Kemudian tw dan tf diperoleh yang berebda akan didapatkan. Tetapi hal

ini tidak perlu dilakukan karena pada harga tw dan tf yang bedanya relatif

kecil, sifat fisis kondesat relatif sama ( kf ,µf , ρf sama) oleh karena itu harga h

yang diperoleh dari perhitungan ini dapat langsung dipakai.

i. Menghitung clean overall coefficient (Uc)

j. Menghitung faktor kekotoran (Rd)

k. Menghitung pressure drop di tube (∆PT)

Untuk Re = 101.873,833

Dari fig 26 hal 836 Kern didapat f = 0,00012

∆PT = ∆Pt + ∆Pr

= 8,51 + 0,089 = 8,604 psi

l. Menghitung pressure drop di shell (∆Ps)

Pada Ta = 280,43 oF



vapor = 0,229 lb/(ft)(jam)

De = 1,08/12 = 0,09 ft

Dari fig 29 hal 839 Kern didapat f = 0,0015

Jumlah crosses = N+1 = 12 x 16 / 33 = 5,82 ≈ 6

Pada Ta = 280,43 oF : ρcampuran = 0,877 gr/ml = 54,75 lb/ft3

s =

54 , 7562 , 5

=0 ,876

SUMMARY

Shell side Tube side350 h outside (Btu/jam.ft2.oF) 423,36UC = 191,6 Btu/jam.ft2.oFUD = 105,285 Btu/jam.ft2.oFRd = 0,004270,12 ∆P perhitungan (psi) 8,6042,0 ∆P diijinkan (psi) 10,0



H. KOMPRESOR ETILEN

Kode : K-01.

Fungsi : Menaikkan tekanan gas Etilen dari tekanan 1 atm hingga 20

atm.

Tujuan : - Memilih Jenis Kompresor.

- Menentukan Jumlah Stage Kompresor.

- Menghitung suhu dan tekanan keluar Kompresor tiap stage.

- Menghitung Tenaga Kompresor.

Memilih jenis Kompresor.

Kompresor yang digunakan adalah kompresor sentrifugal dengan

pertimbangan sebagai berikut :

Kompresor sentrifugal umum digunakan di industri kimia.

Pada dasarnya kompresor ini memiliki volume mesin yang besar.

Kompresor sentrifugal tersedia/dapat digunakan untuk menaikkan

tekanan hingga lebih dari 5.000 lb/in2.gauge.


K-01


Dapat digunakan untuk kapasitas 1.000 – 150.000 ACFM (Actual

ft3/menit). Penggunaan kompresor sentrifugal menjadi tidak ekonomis,

bila volume suction dibawah 2.000 ACFM dan volume discharge

dibawah 500 ACFM. Volume maksimum adalah 150.000 ACFM.

Kompresor ini tidak mengotori gas kompresi oleh minyak pelumas.

Efisiensi kompresor sentrifugal berkisar antara 68 – 76 %.

Biaya perawatan kompresor ini rendah.

Dalam operasinya membutuhkan biaya awal lebih rendah dibanding

kompresor reciprocating.

Kapasitas dari kompresor sentrifugal dapat dikontrol dengan mengatur

kecepatan, mengurangi tekanan pada bagian suction, dan dengan

mengatur pengendali vane pada bagian inlet.

Kompresor sentrifugal dapat digunakan untuk gas yang mengandung

padatan maupun cairan. Umumnya beberapa kompresor tidak dapat

digunakan pada kondisi tersebut.

Konstruksinya sederhana.

( Sumber : John J. McKetta, volume 10, 1979 ).

Menghitung tenaga Kompresor.

Tenaga Kompresor

Untuk menghitung tenaga kompresor digunakan persamaan :

−W =ZxRxT in

M [(Pout

Pin)

(n−1 )n −1]

( Pers 3.31 hal 73 Coulson )

Tenaga kompresor= PolitropikWork

Ep ( hal 79 Coulson)

Dalam hubungan ini :



W = Tenaga politropik kompresor, kJ/kmol

Z = Faktor kompresibilitas.

R = Konstanta gas ideal (8,314 kJ/kmol-K).

Tin = Suhu gas masuk kompresor stage 1, K.

M = Berat molekul gas, kg/kmol.

Pin = Tekanan gas masuk kompresor stage1, atm.

Pout = Tekanan gas keluar kompresor stage 2, atm.

Ep = Efisiensi politropik.

Menghitung Tmean dan Pmean

Dari perhitungan neraca panas didapatkan Ep = 0,67

Cp campuran pada Tmean = S Cpi .Xi = Cp EB.X EB+ CpBenzen.XBenzen+CpEtilen.XEtilen

= ( 36,258 x 0,003 ) + ( 44,310 x 0,002 ) + (53,863 x 0,995 )

= 53,792 kJoule/kmol.K

Menghitung nilai m dan n

Menghitung BM campuran gas:

M = S Xi . BMi



= ( X EB .BM EB ) + ( XBenzen . BM Benzen ) + ( X Etilen . BM Etilen )

= (0,003 x 16,04) + (0,02 x 30,07) + ( 0,995 x 28,05 ) = 28,018 kg/kmol

Menghitung Z campuran

Komponen X Tc (K) Pc (atm) Xi.Tc Xi.Pc Xi.Benzen 0,003 190.58 45,438 0,011 0,57173 0,13631 0.00003

EB 0,002 305.42 48,162 0,099 0,61068 0,09630 0.00020

Etilen 0,995 282.36 49,662 0,085 280,948 49,413 0.084581,000 S 282,131 49,646 0.08481

Dari harga Tr dan Pr menurut gambar 3.11 Smith Van Ness maka digunakan

generalized virial koefisien.



Menghitung power kompresor

= 5,292 kJ / kmol

Umpan masuk = 23.947,594 kg/jam = 854,721 kmol/jam

= 1,875 kW = 2,515 HP

RESUME KOMPRESOR UDARA PROSES


Jenis Kompresor Centrifugal

Jumlah Stage 2

Power2,515 HP

Lampiran C

Documents

Transcript of Lampiran C