Makalah PB HFD

1

Perancangan Bejana

PENDAHULUAN

Dengan kemajuan teknologi yang semakin pesat, telah diciptakan suatu alat yang bisa menampung, menyimpan suatu fluida bertekanan tinggi, baik berupa cairan, uap air, atau gas. Bejana tekan telah digunakan secara luas untuk berbagai aplikasi industri yang mencakup bahan kimia, farmasi, uap panas, minyak dan bahan bakar dan lainnya, dengan tingkat tekanan yang tinggi. Maka proses disain dan produksi suatu bejana tekan merupakan faktor utama dalam penggunaan bejana tekan, terlebih apabila fluida yang dipergunakan bersifat beracun karena proses kimia. Dalam pelaksanaan kegiatan proses produksi di PT. Asia Karsa Indah semua bagian produksi harus dapat memahami dan melaksanakan tugasnya dengan baik dan benar sesuai dengan disain dan perencanaan produk yang telah dibuat, sesuai dan disetujui oleh Dirjen Migas Indonesia dan standarisasi yang dipergunakan, ASME Section VIII Div. 1. Agar terjamin kualitas pada setiap produk yang dihasilkan, ada factor penting yang turut menunjang terciptanya kualitas yang baik dan juga dalam pencapaian target produksi yaitu sumber daya manusia yang baik, perencanaan produksi yang baik, berikut di dalamnya proses disain produk, mempengaruhi hasil dari produk tersebut. Sehingga proses disain suatu produk memegang peranan penting dalam proses produksi itu sendiri.

Sejalan dengan pesatnya perkembangan teknologi di dalam dunia industri, maka sangatlah tepat bila didukung oleh kemampuan suatu alat di dalam perindustrian itu sendiri untuk mencapai kualitas produksi yang diharapkan. Maka diciptakanlah suatu alat yang bisa menampung, menyimpan suatu fluida bertekanan tinggi, baik berupa cairan, uap air, atau gas pada tingkat tekanan yang lebih besar dari tekanan udara. Bejana tekan (Pressure Vessels) telah digunakan secara luas untuk berbagai aplikasi industri yang mencakup bahan kimia, farmasi, uap panas, minyak dan bahan bakar dan lainnya, dengan tingkat tekanan yang tinggi. Maka proses disain dan produksi suatu bejana tekan merupakan faktor utama dalam penggunaan bejana tekan, terlebih apabila fluida yang dipergunakan bersifat beracun karena proses kimia. Bejana tekan (Pressure Vessels) adalah tempat penampungan suatu fluida baik berupa cair maupun gas dengan tekanan yang lebih tinggi dari tekanan atmosfir, pada umumnya sampai dengan 15.000 PSI, Bejana tekan pada umumnya bekerja pada suhu antara -350oF hingga di atas 1000oF, dengan kapasitas yang sangat besar hingga 95.000 gallon. Sehingga dapat pula digunakan sebagai ketel uap (Boiler), alat pertukaran panas (Heat exchanger), Air receiver, bejana penyimpanan fluida baik udara, maupun cairan.

Pressure Vessels paling sering digunakan sebagai media penampung fluida cairan, uap air, atau gas pada tingkatan tekanan lebih besar dari tekanan udara. Pressure Vessels menampung suatu unsur yang digunakan secara luas untuk berbagai aplikasi industri yang mencakup bahan kimia, farmasi, makanan dan minuman, minyak dan bahan bakar, industri nuklir, dan industri plastik.

Bejana tekan dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis berdasarkan kontruksi dan bentuk, ukuran dan penggunaannya. Akan tetapi jenis bejana tekan yang diproduksi perusahaan tempat penelitian ilmiah penulis berdasarkan kontruksinya adalah jenis bejana tekan silinder Torispherical head, yang digunakan sebagai Test Separator.

bejana tekan tersebut berbentuk layaknya sebuah silinder atau tabung. Bejana tekan ini merupakan awal dari pembuatan bejana tekan selanjutnya. Bejana tekan silinder dibagi lagi menjadi beberapa jenis sesuai dengan bentuk head yang digunakan. Yang termasuk dalam golongan ini antara lain : a. Bejana Tekan Elipsoidal Head.

Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya

2

Perancangan Bejana

b. Bejana Tekan Torispherical Head.

c. Bejana Tekan Hemispherical Head.

d. Bejana Tekan Conical Head.

e. Bejana Tekan Toriconical Head.

Macam-macam bagian dan komponen pendukung bejana tekan yang sering terdapat dan yang sering digunakan pada bejana tekan pada umumnya diklasifikasikan sebagai berikut :

1.Pressure Vessels Shells

2. Pressure Vessels Heads

3. Flange

4. Katup (Valve)

5. Stud Bolt dan Gasket

6. Lifting Lugs

7. Saddle Plate

8. Lubang Lalu Orang dan Lubang Pembersih

9. Pelat Nama

Komponen-komponen tersebut terhubung menjadi satu kesatuan hingga menjadi suatu bejana tekan. Adapun komponen tersebut terhubung satu dengan yang lainnya dengan berbagai cara, ada yang dengan proses pengelasan (permanent) atau dengan proses baut (dapat dibuka-pasang).


3

Perancangan Bejana

BEJANA GAS

PENENTUAN TEKANAN OPERASI

Diambil contoh reaksi kimia:

SO2(g) + ½ O2 (g) SO3 (g)

Type fixed bed reactor adiabatic dimana tidak ada panas yang masuk atau keluar dari system

Tekanan operasi 1 atm dan katalis Vanadium Pentoksida.

T2 : 610oC

T1 : 430oC

T = 610oC- 430oC

Ln (610oC/430oC)

Kp= exp [42311/RT] -11.24…………………………..fogler hal 438

Kp= exp [42311/(1.987 . 1418.25760)] -11.24

Kp= 3.349 X 10-5

K= exp [176008/t (110 . ln t)] +912.8

K= exp – 10.3175

=3.3049 X 10-5

SO2 mula mula = 142.5049 kgmol/jam

O2 mula mula = 42.774 kgmol/jam

SO2 bereaksi = 42.774 X kgmol/jam

O2 bereaksi = 85.5449 X kgmol/jam

SO3 terbentuk = 85.5449 Xkgmol/jam

= 188.5952lbmol/jam

SO2 sisa = 142.5749 (1-x) kgmol/jam

= 314.3254 (1-x) lbmol/jam

O2 sisa = 42.7724-42.7724 x kgmol/jam


4

Perancangan Bejana

= 94.2974 - 94.2974x lbmol/jam

Total = (SO2+ ½ O2+SO3)

= (188.5952+314.3254 (1-x) +94.2974 - 94.2974x)

= -168.5026x+ 357.0978

P SO2 = 314.3254 (1-x)

-168.5026x+ 357.0978

P SO3 = 188.5952

-168.5026x+ 357.0978

P O2 = 94.2974 - 94.2974x

-168.5026x+ 357.0978

Tekanan reaksi adalah = Total P = (PSO2+P O2+P SO3)

PENENTUAN VOLUME GAS

Massa Gas (FA0) = 408.6229 lbmol/jam

BM Gas campuran = (BM SO2 X Fraksi mol SO2) + (BM O2 X Fraksi mol O2) +

(BM H20 X Fraksi mol H2O)

= (64.058 * 0.7692) + (31.998*0.2378) + (18*0.003)

= 56.6552 lb/lbmol

Sehingga Massa Gas menjadi =408.6229 * 56.6552

= 23150.6122 lb/jam

Dengan P operasi =1.5 atm maka

ρ gas campuran = (BM/359) * (P1/P2) * (T0/T1)

= (56.6552/359) * (1.5/1) * (703.15/883.15)

= 0.08132 lb/ft3

Volume Gas = FA0/ ρ = 408.6229 lbmol/jam = 5023.02274 ft3/Jam

0.08132 lb/ft3


5

Perancangan Bejana

BEJANA SILINDER DAN BOLA

Dalam proses pembuatan bejana tekan, setelah ditentukan material, tekanan dan temperatur serta efisiensi sambungan yang akan digunakan, kita menentukan ketebalan shell bejana ini. Berikut ini beberapa perhitungan menentukan tebal bejana tekan : Untuk bejana silinder :

Untuk bejana bola:

Keterangan : t = Ketebalan dinding bejana (inch) P = Desain Tekanan / MAWP (PSIG) Sa = Tekanan material yang diijinkan (PSI) ri = Radius bagian dalam (inch) E = Efisiensi sambungan, umumnya 1.

Berikut ini beberapa perhitungan mengenai tekanan yang berdasarkan MAWP dan MOP yang ada, agar sesuai dengan faktor keamanan yang berlaku :

Untuk bejana yang tipis, di mana R kurang dari 1,1 Untuk bejana silinder :

Untuk bejana dengan ketebalan medium, dimana 1,1 ≤ R ≥1,5

Untuk bejana silinder :


6

Perancangan Bejana

Untuk bejana bola

Untuk bejana yang tebal, dimana 1,5 ≤ R ≥ 2,0

Untuk bejana silinder :

P = Sa [ro2 - ri2] atau P = σμ [ro2 - ri2]

[ro2 - ri2] SFμ [ro2 - ri2] …………………………(2.7)

P = 2σy 2 - σy ln R √ѕSFμ σμ …………………………………(2.8)

Untuk bejana bola : P = 2Sa[ro3 - ri3] atau P = 2σμ [ro3 - ri3]

[ro3 - ri3] SFμ [ro3 - ri3] …………………………(2.9)

………………………………………...(2.10)

Untuk bejana yang sangat tebal, dimana R ≥ 2,0

Untuk bejana silinder, menggunakan persamaan (7) Untuk bejana bola, menggunakan persamaan (9)

Keterangan : P = Maximum Allowable Preassure (PSIG) Sa = Tekanan material yang diijinkan (PSI) SFμ = Faktor keselamatan, berdasar pada mekanika kekuatan material. σμ = Mekanika kekuatan maksimum material (PSI) σy = Kekuatan luluh material (PSI) E = Efisiensi sambungan, umumnya 1. t = Ketebalan dinding bejana (inch) ri = Radius bagian dalam (inci) ro = Radius luar (inch) R = ro/ri Drum bejana atau tangki bejana tekan diperhitungkan terhadap kemungkinan hal –hal yang tidak diinginkan seperti kemungkinan terjadinyah pecah, atau hal-hal lainnya.


7

Perancangan Bejana

Gambar 2.13 Tangki bejana tekan yang mengalami tegangan tarik

τt dihitung berdasarkan kemungkinan pecah : Besarnya gaya untuk membelah drum = P (pound-force) ;

P = L x D x p (pound-force) ..………………………………(2.13)

Gaya sebesar P Newton tersebut ditahan oleh dinding drum bejana yang luas irisannya F(inch2). F = {2.L.T + 2.t (D + 2xt)} (inch2)

= (2.L.t + 2.t.D + 4 t2) ……………………...………………………...(2.14)

Dengan tegangan di dalam dinding drum bejana sebesar PSI sehingga :

P = L.D.p = F . τt = (2.L.t = 2.t.D + 4 t2). τt ………………………………..(2.15)

Bila 4.t2 diabaikan, karena dianggap kecil terhadap 2.t.D ; maka didapat

P = L.D.p = (2.L.t + 2.t.D) x τt ………………………………………..(2.16)

Atau apabila tegangan tarik yang sebenarnya akan dicari :

τt = L x D x p ………………………………………..(2.17) 2 x t x (L+D)

Keterangan : D = Diameter dalam drum bejana (inch) t = Tebal drum bejana (inch) τt = Tegangan tarik yang sebenarnya didalam dinding drum bejana (PSI) L = Panjang drum sebelah dalam (inch) p = Tekanan dalam drum bejana/desain tekanan (PSIG) Agar drum tidak pecah maka harus sesuai dengan persyaratan : τt yang diizinkan > τt yang sebenarnya


Makalah PB HFD

Documents

Transcript of Makalah PB HFD