Rules of Thumb Perancangan Alat Proses

TUGAS MATA KULIAH PERANCANGAN ALAT PROSES FAKULTAS TEKNIK, JURUSAN TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

Endang Supriyatna NIM. 03111403047Hadi Samhudi NIM. 03111403048Jackson NIM. 03111403049

2013

RULES OF THUMB

Rules of thumb dapat didefinisikan sebagai suatu aturan praktis yang

berisikan prinsip-prinsip dengan aplikasi yang luas yang tidak dimaksudkan untuk

secara ketat dan akurat atau dapat diandalkan untuk setiap kondisi. Rules of thumb

merupakan prosedur atau informasi yang mudah dipelajari dan mudah diterapkan

untuk sekedar menghitung atau mengingat beberapa nilai.

Dalam tugas ini, akan dibahas mengenai Rules of thumb beberapa alat

industri kimia yaitu Vacuum Jets, Steam Drum dan Safety relief valve. Sumber

referensi diperoleh dari Buku Chemical Process Equipment : Selection and design

(Stanley M. Walas) dan Rules of thumb for Chemical Engineers (Stephen Hall).

Perancangan Alat Proses|Fakultas Teknik Kimia|Universitas Sriwijaya

VACUUM JETS

Sistem vakum penting dalam semua segmen industri proses kimia. Jenis

utama dari perangkat vakum yaitu jet ejector, liquid-ring pump, dan dry pump.

Beberapa perangkat sering digabungkan untuk mencapai keadaan vakum.

Banyak standar praktis berlaku untuk sistem, tetapi masing-masing

aplikasi harus dievaluasi secara terpisah untuk menghindari potensi masalah

dengan kinerja, keandalan, keselamatan,dan emisi. Desain jet biasanya ditangani

oleh vendor. Namun, seorang insinyur teknik kimia harus menentukan sistem

mana yang dapat digabungkan.

Rules of Thumb

1. Steam jet ejector adalah perangkat sederhana dan murah, yang dapat

membuat vakum sampai 0.003 mmHg mutlak, atau kurang.

2. Untuk menentukan jumlah tahap yang diperlukan, asumsikan 7:1

maksimum rasio kompresi per tahap.

3. Kondisi uap pasokan seharusnya tidak diperbolehkan sangat bervariasi.

Tekanan bawah desain dapat menurunkan kapasitas. Tekanan atas desain

biasanya tidak meningkatkan kapasitas dan bahkan dapat menurunkan

kapasitas.

4. Gunakan Stellite atau bahan permukaan keras lainnya di jet nozzle.

5. Selalu berikan Knock-out pot yang cocok di depan jet. Tetesan air dapat

dengan cepat merusak jet.

6. Kaki jet barometrik harus berada dalam garis lurus dengan segel tangki.

Kemiringan 60o-90o dari horisontal adalah yang terbaik

7. Pompa vakum : untuk tipe reciprocating piston tekanannya turun sekitar 1

Torr; rotary piston sekitar 0.001 Torr; two‐lobe rotary piston sekitar

0.0001 Torr: steam jet ejector, untuk 1 stage turun sekitar 100 Torr, untuk

3 stage sekitar 1 Torr, dan untuk 5 stage sekitar 0.05 Torr.


8. Ejector yang memiliki 3 stage membutuhkan 100 lb steam/lb udara untuk

menjaga tekanan 1 Torr.

9. Gunakan efisiensi adiabatik 7% untuk kasus dengan intercondensers jet

dan 4% untuk tanpa pengembunan.

10. Air Leakage (Kebocoran udara). Untuk sistem pengolahan yang kecil (15

m3 atau 500 ft3), kapasitas udara 5 kg/jam (10 lb/jam) cukup memadai.

Untuk sistem yang besar, menggunakan 10 kg/jam (20 lb/jam).

Rumus-rumus Terkait Vacuum Jets

Penentuan Air Equivalent / Entrainment Ratio

ER=F √0,0345 (MW )

dimana

ER = Entrainment Ratio(atau air equivalent) merupakan rasio dari berat gas yang diolah

dengan berat udara yang mana akan diolah dengan pengoperasian ejector pada

kondisi yang sama.

MW = Molecular Weight (Berat Molekul)

F = Faktor, bernilai 1.00, untuk MW 1 – 30 dan bernilai 1.076 - 0.0026 , untuk MW 31 - 140

Pengukuran Kebocoran Udara (Air Leakage)

W L=C ∙V ( ∆ P ) / t

dimanaWL = kebocoran, kg/jam atau lb/jamC = faktor konversi, 0,71 untuk SI atau 0,006 untuk US unit.V = Volume sistem, m3 atau ft3

∆ P = Kenaikan tekanan, kPa atau mmHg

t = waktu, menit


Jika volume sistem tidak diketahui, perlu dilakukan tahap kedua dengan memasukan kebocoran yang diketahui kepada sistem.

W l=W '

( ∆ P' t /∆ P t' )−1

dimana,

W ' = kebocoran yang diketahui, kg/jam atau lb/jam

∆ P' = kenaikan tekanan kedua, kPa atau mmHg

t ' = waktu kedua, menit

Pengukuran Evacuation Time

Untuk Pompa vakum positive-displacement,

t= V

q ln( P0

P1)

dimana,t = waktu untuk evakuasi sistem, sV = Volume sistem, m3 atau ft3

q = laju alir volumetrik pompa vakum, m3/s atau ft3/sP0 = tekanan absolut awal,P1 = tekanan absolut akhir,

Untuk ejector,

T e=2,3 V

Ca

dimana,Te = waktu untuk evakuasi sistem, menitV = volume sistem, ft3/s

Ca = Design kapasitas udara ejector, lb/jam


SAFETY RELIEF VALVE

Beberapa jenis dan definisi penting tentang safety valve, adalah sebagai berikut:

a. Relief valve atau Pressure Relief valve (PRV), adalah suatu alat otomatik pembuang tekanan yang digerakkan oleh static pressure upstream dari valve dan yang membuka proporsionil terhadap kenaikan tekanan di atas tekanan bukaan. Relief valve digunakan terutama pada fluida cair, seperti air dan minyak. Kapasitas Relief valve biasanya pada 10 atau 25 persen dari nilai overpressure, tergantung pada aplikasinya.

b. Safety Valve atau Pressure Safety Valve (PSV), adalah suatu alat otomatik pembuang tekanan yang digerakkan oleh static pressure upstream dari valve dengan ciri membuka penuh atau popping. Safety valve digunakan terutama pada fluida gas atau uap.

c. Safety Relief valve (SRV), adalah suatu alat otomatik pembuang tekanan yang cocok untuk dipergunakan baik sebagai safety valve maupun sebagai relief valve tergantung pada penggunaannya.

Walaupun API Recommended Pratice telah membuat definisi tersebut, namun banyak perusahaan minyak dan gas bumi yang memcampuradukkan istilah tersebut dan hanya memakai istilah relief valve saja.


Rules of Thumb

1. Kapasitas Relief valve biasanya pada 10 atau 25 persen dari nilai overpressure, tergantung pada aplikasinya.

2. Periksa kandungan logam pada flashing hidrokarbon rantai pendek selama relieving. Sangat mungkin menghasilkan suhu yang sangat rendah.

3. Selalu periksa sejumlah Gaya (yang terjadi akibat) reaksi dari ujung pipa.

4. Pressure maksimum ledakan dari reaksi antara hidrokarbon dengan udara adalah 7× pressure awal, kecuali jika itu terjadi pada pipa yang panjang, di mana keadaan gelombang dapat di-set up. Mungkin akan lebih lebih murah jika mendesain beberapa vessel kecil untuk menahan ledakan dibandingkan dengan harus menyediakan sistem safety relief.

5. Minimum ketebalan plate adalah sebesar 1/4” (hanya untuk carbon steel)

6. Istilah “akumulasi” pada sistem relief valve berkaitan pada allowable pressure. Karena semakin besar akumulasi dalam relief valve yang diperbolehkan, maka artinya relief valve tersebut masih men-toleran kenaikan pressure. Allowable accumulation berikut dinyatakan dalam persentase dari pressure yang di-set (set pressure).

7. Hand jack sangatlah membantu pengoperasian relief valve besar untuk beberapa kasus/situasi. Salah satunya adalah memberikan kesempatan kepada operator untuk me-reseat kebocoran relief valve.

8. Flat seated valve memiliki keuntungan ever bevel seated valves jika plant forces menyentuh permukaan fluida. (biasanya terjadi di tengah malam).


9. Kontainer dengan liquid yang memenuhi di dalamnya, memerlukan proteksi dari thermal expansion.

10. Set pressure pada valve konvensional dipengaruhi oleh back pressure. Settingan pegas dapat diatur untuk membalikan back pressure ke keadaan normal.

11. Jika variabel back pressure lebih besar 10% dari set pressure, hendaknya digunakan valve yang dapat mentolerir back pressure hingga 40% dari set pressure.

12. Ketentuan mengenai ukuran orifice relief valve tersedia dalam tabel berikut:


Rumus-rumus terkait Safety Relief valve

1. Aturan pengurangan tekanan mengikuti persamaan:

u=0,4√2g ∆ h

Δh = pengurangan tekanan dalam feet aliran fluidau = kecepatan (ft/sec)g = percepatan gravitasi (=32,2 ft/sec2)

2. Pada fluida kompresibel besarnya Δh adalah sama dengan 1/2P1, jika perbedaan kecepatan lebih besar dari 1/2P1. Sedangkan jika kurang dari itu, gunakan angka Δh aktual.

3. Pada vessel yang hanya terisi gas atau vapor, dan terpapar api, gunakan persamaan:

A=0,042 Aδ

√ P1

Di mana:

A = Area nozzle yang terhitung

P1 = set pressure (psig) × (1 + fraksi akumulasi) + tekanan atmosfer, psia.

Contoh, jika akumulasi 10 %, maka (1 + fraksi akumulasi) = 1,10

Aδ = Permukaan vessel yang terkena paparan (ft2)

4. Hal-hal yang dapat menyebabkan over-pressure:

a. External Fire

Panas yang diperbolehkan berada pada aliran masuk, dibantu perhitungannya dengan formula berikut:

Q=21000 F Aw0,82

Di mana:Q = Heat absorption (Btu/hr)Aw = Total area yang terpapar (ft2)F = Environment factor, yaitu pada:

Vessel kosong = 1,0Vessel terisolasi = 0,3; atau ketebalan selubung (inch)Storage di bawah tanah = 0,0Sebagian ter-cover tanah = 0,03

Tingginya (dari atas tanah) permukaan yang terpapar tadi, sesuai ketentuan berikut:


Untuk vessel vertikal, minimal 25 feet dari tanah atau level di mana api dapat menjangkau.

Untuk vessel horizontal, minimal sama dengan diameter maksimal. Untuk bentuk bola, setinggi equator atau lebih, atau 25 feet.

b. Disfungsi Tube heat Exchanger

Gunakan rumus Δh = u2/2g untuk menghitung kebocoran. Karena berbanding lurus dengan orifice, dan terdapat koefisien (0,7) sebagai faktor pengali, maka:

u=0,7√2g ∆ h

Pada fluida kompresibel, jika downtream head kurang dari ½ upstream head, gunakan ½ × upstream head sebagai Δh. Sebaliknya, gunakan actual Δh.

c. Ekspansi Liquid

Untuk sizing relief valve untuk ekspansi liquid, digunakan persamaan:

Q= BH500 ∙GC

(API RP 520, reference 4),

di mana:Q = kapasitas yang diperlukan (gpm)H = heat input (Btu/hr)B = koefisien ekspansi volumetrik per 0F

= 0,0001 untuk air= 0,0010 untuk hidrokarbon rantai pendek= 0,0008 untuk bensin= 0,0006 untuk destilat= 0,0004 untuk residual fuel oil

G = specific gravityC = Specific heat (Btu/lb 0F)

d. Disfungsi Cooling Watere. Disfungsi Elektrikalf. Jalur outlet yang ter-blok (Blocked Outlet)g. Disfungsi pada Kontrol Otomatish. Loss of Refluxi. Reaksi Kimia (yang panasnya mungkin melebihi External Fire)


STEAM DRUM

Steam drum adalah suatu alat pada boiler yang berfungsi untuk

menampung air dalam pembuatan uap, dimana temperaturnya cukup tinggi dan

berupa campuran air serta uap. Air yang masuk pada steam drum akan berubah

menjadi uap akibat adanya pemanasan oleh sistem pembakaran.

Kualitas uap salah satunya dipengaruhi oleh level dari air yang ada di

dalam steam drum. Apabila level terlalu rendah akan timbul kerusakan pada steam

drum dan apabila level terlalu tinggi maka akan berbahaya karena akan membuat

sistem yang bekerja menjadi shutdown. Maka dari itu diperlukan suatu

pengendalian level yang dapat menjaga kondisi yang diinginkan agar tetap stabil

terhadap perubahan level yang terjadi pada steam drum.

Rules of Thumb

1. Drum diukur sesuai nilai uap yang diperlukan

2. Drum harus cukup besar untuk memuat baffling dan separator yang

diperlukan untuk menjaga proses pemisahan dan steam purity

3. Drum harus memperpanjang beberapa jarak minimum untuk melewati

tungku dan memasang tubes secara mekanis.

4. Drum harus memiliki daya ikat air dengan cadangan yang cukup di drum

itu sendiri, sehingga semua uap di risers, pada beban penuh, dapat

digantikan oleh air dari drum tanpa membuka area tabung yang penting.

5. Variabel dinamik yang harus decontrol pada boiler Steam drum agar

proses pemisahan dapat beralngsung secara optimal adalah level fluida cair

didalam steam drum.


6. Ada tiga alternative/jenis drum level control, yaitu: 1) Single element drum

level control; 2) Two-element drum level control; 3) Three-element drum

level control.

7. Level Fluida yang terlalu tinggi akan menyebabkan fluida gas ( steam )

yang dihasilkan akan mengandung uap air sehingga membahayakan proses

selanjutnya.

8. Level fluida yang terlalu rendah akan menghasilkan fluida gas (steam)

yang terlalu kering sehingga steam yang dihasilkan tidak akan memutar

turbin secara maksimal.

9. Nilai DLSF yang baik adalah lebih dari 1,0.

Rumus-rumus Terkait Steam Drum

Perhitungan DLSF (Drum Level Stability Factor)

DLSF=V a

V m

dimana,

V a = kapasitas tahanan air aktual drum diantara level normal air dan level saat tube

terekspos kritis, gal

Vm = kapasitas tahanan air minimum yang dibutuhkan untuk mengganti semua gelembung

uap pada riser, gal

V m=(%SBV )G ( HR )

600000dimana,G = volume air yang dibutuhkan untuk mengisi boiler sampai level normal, galHR = panas dilepaskan oleh furnace per area akibat proyeksi permukaan radian, Btu/ft2

SBV =V s

(C−1 )V w+V s

dimana,C = rasio sirkulasi rata-rata boiler saat penuhVs = Spesific volume dari uap pada tekanan dan temperatur operasiVw = Spesific volume dari air pada tekanan dan temperatur operasi


Rules of Thumb Perancangan Alat Proses

Documents

Transcript of Rules of Thumb Perancangan Alat Proses