Tahap Pengolahan Dan Penjernihan Air Dari Sungai Dapat Dilakukan Melalui Beberapa Tahap(Edi Newt)
description
Transcript of Tahap Pengolahan Dan Penjernihan Air Dari Sungai Dapat Dilakukan Melalui Beberapa Tahap(Edi Newt)
Tahap pengolahan dan penjernihan air dari sungai dapat dilakukan melalui beberapa
tahap, yaitu :
1. Proses penyaringan awal
Air dari sumber air (sungai) dikenakan proses penyaringan untuk menghindari adanya
kotoran – kotoran yang cukup besar yang terbawa kedalam bak pengendap.
2. Pengendapan secara fisis.
Air setelah melewati tahap penyaringan ditampung dalam suatu bak, didalam bak pertikel
– pertikel yang terbawa air dibiarkan mengendap akibat gaya gravitasi.
3. Proses pengolahan air secara kimia.
Setelah dilakukan pengendapan secara fisis, air dipompa menuju bak flokulator [BU-03]
untuk diolah secara kimia. Kotoran-kotoran halus yang tidak dapat terendapkan pada bak
pengendap kedua (koloid, dll), dipisahkan pada flokulator dengan cara direaksikan
dengan bahan-bahan kimia seperti tawas [Al2(SO4)3.18H2O] dan kapur [Ca(OH)2].
Reaksi kimia yang terjadi jika tawas ditambahkan dalam air [Powell, 1954]
Al2(SO4)3.18H2O + 3 Ca(HCO3)2 3 CaSO4 + 2 Al(OH)3 + 18 H2O + 6CO2
Alumunium hidroksida [Al(OH)3] yang terbentuk berupa flok-flok [gumpalan lunak]
akan mengikat padatan-padatan tersuspensi dan mengendapkannya sebagai sludge.
Reaksi kimia pada penambahan kapur dalam air :
Ca(OH)2 + MgCO3 CaCO3 + Mg(OH)2
Kalsium karbonat [CaCO3] dan magnesium hidroksida [Mg(OH)2] akan mengendap dan
mengikat padatan-padatan tersuspensi.
Kemudian air yang telah dicampur dengan bahan-bahan kimia pada bak flokulator
dipompa menuju Clarifier [CL] untuk dilakukan proses penggumpalan. Bak Clarifier
dilengkapi dengan Scraper yang berfungsi untuk mengumpulkan endapan pada dasar
clarifier, sehingga mudah untuk dibuang. Penambahan Ca(OH)2 juga untuk menjaga agar
pH air dalam keadaan optimum (6 – 8).
4. Proses penyaringan akhir
Partikel-partikel koloid yang tidak terendapkan pada clarifier disaring pada sand filter.
Karateristik sand filter adalah :
kecepatan penyaringan : 15 – 30 gpm/ft2
tebal tumpukan pasir : 18 – 30 inch
tebal tumpukan kerikil : 8 – 20 inch
Dibawah tumpukan pasir dan kerikil terdapat sistem under drain yang berfungsi untuk
mengalirkan air jernih pada saat pencucian saringan pasir dengan sistem back wash.
Pencucian dilakukan tiap 24 jam sekali atau jika saringan pasir sudah cukup jenuh,
dengan waktu pencucian biasanya 10 – 15 menit. Air pencuci yang biasanya digunakan (1
– 3) % dari air yang disaring[Powell,1954].
Setelah tahap filtrasi dengan sand filter air jernih yang diperoleh digunakan untuk
keperluan air umpan boiler, air pendingin, air minum, rumah tangga, perkantoran dan
sanitasi.
A. Air umpan boiler
Air yang akan digunakan sebagai umpan boiler selain harus dihilangkan
kesadahannya, juga harus memenuhi syarat batas kadar padatan, total alkalinity, dan total
padatan yang dapat terendapkan.
Batasan air umpan boiler menurut ABMA [American Boiler Manufacturer Association
standard] untuk boiler dengan tekanan operasi antara 0 – 300 psig adalah :
Total solid : 3.500 ppm
Total alkalinity : 700 ppm
Suspended solid : 300 ppm
Untuk mencapai batas tersebut, maka air umpan boiler harus mengalami eksternal dan
internal treatment. Eksternal treatment merupakan treatment terhadap air sebelum masuk ke
unit pembangkit uap, yaitu proses penyediaan demineralisasi. Sedangkan internal treatment
yaitu treatment yang dilakukan pada unit pembangkit uap (boiler) yang meliputi pencegahan
terjadinya kerak, korosi dan foaming.
1. Kesadahan sementara
Kesadahan yang disebabkan oleh gas-gas terlarut dalam air umpan boiler seperti CO2 dan
O2. Kesadahan sementara dapat dihilangkan dengan cara pemanasan biasa, sehingga
terjadi reaksi:
H2CO3 H2O + CO2
2. Kesadahan tetap
Kesadahan yang disebabkan adanya ion-ion dari peruraian garam-garam. kation maupun
anion dari peruraian garam dapat dihilangkan dengan cara melewatkan air pada kation -
anion exchanger yang mengandung resin.Di dalam kation – anion exchanger terjadi dua
reaksi yaitu softening dan regenerasi
a. Kation exchanger
Untuk menghilangkan mineral kation seperti : Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Al3+, Mn2+
digunakan sodium zeolite [Na2Z]. untuk regenerasi resin ini digunakan larutan NaCl.
Persamaan reaksi di kation exchanger:
Softening :
Ca(H CO3)2 + Na2Z ──────>2 NaHCO3 + CaZ
Mg(H CO3)2 + Na2Z ──────>2 NaHCO3 + MgZ
CaSO4 + Na2Z ──────>2Na2SO4 + CaZ
MgSO4 + Na2Z ──────> 2 Na2SO4+ MgZ
CaCl2 + Na2Z ──────>2 NaCl + CaZ
MgCl2 + Na2Z ──────>2NaCl + MgZ
Regenerasi :
CaZ + 2 NaCl ──────> Na2Z + CaCl2
MgZ + 2 NaCl ──────> Na2Z + MgCl2
b. Anion exchanger
Untuk menghilangkan mineral anion seperti :SO42-, Cl-, SO3
2-, S2-, HCO3-, CO32-,
SiO32- maka digunakan resin yang mengandung gugus amine (RNH3OH) atau
[Duolite-A2], sedangkan untuk regenerasinya digunakan larutan NaOH.
Persamaan reaksi di anion exchanger :
Softening :
NH3 + HCl ──────> NH4Cl
RNH2 + HCl ──────> RNH3Cl
2 NH4OH + H2CO3 ──────> (NH4)2CO3 + 2H2O
2RNH3OH + H2CO3 ──────> (R NH3)2CO3 + 2H2O
Regenerasi:
NH4Cl + NaOH ──────> NH3 + NaCl + H2O
RNH3Cl + NaOH ──────> RNH2 + NaCl + H2O
(NH4)2CO3 + 2 NaOH ──────> 2NH4OH + Na2CO3
(R NH3)2CO3 + 2 NaOH ──────> 2 RNH3OH + Na2CO
Air sebagai umpan boiler selain melalui proses penghilangan kesadahan, juga harus melalui
pengolahan untuk mencegah terjadinya kerak, korosi dan foam (buih) sebagai berikut :
1. Pencegahan kerak
Untuk mencegah terbentuknya kerak akibat kesadahan yang masih tersisa maka pada air
umpan boiler ditambahkan phosfat. Pada penambahan phosfat akan terjadi reaksi :
3 Ca2+ + PO43- Ca3(PO4)2
Pada perancangan ini, ion phosfat diperoleh dari senyawa disodium phosfat
[NaH2PO4.2H2O]. Endapan kalsium phosfat yang terbentuk ringan dan tidak menempel
pada tube boiler.
2. Pencegahan korosi
Korosi disebabkan karena pH air yang terlalu rendah [asam] dan adanya gas-gas korosif.
Untuk menaikkan pH air umpan boiler digunakan larutan NaOH, pH air umpan boiler
berkisar 10,5 – 11,5. Gas-gas penyebab korosi adalah gas CO2 dan O2. Gas CO2 yang
terbentuk dari peruraian pada kesadahan sementara (carbonat, bicarbonate) pada boiler.
3. Pencegahan foam
Foam (buih) adalah butir-butir gelembung pada permukaan air dalam boiler akibat
adanya kontaminasi dengan minyak pada air umpan boiler.
Akumulasi gas H2 yang berlebihan karena jumlah blow down kurang, dan treatment yang
berlebihan dapat menimbulkan foam. Sehingga dirancang jumlah blow down sebesar
20% untuk mencegah timbulnya foam dalam boiler.
Steam yang diperlukan sebagai pemanas pada area produksi dihasilkan dari boiler [fire
tube boiler] yang beroperasi pada tekanan 115,02 psi dan suhu 338°F dengan pemanas
berupa residuel fuel oil.
B. Air minum, rumah tangga, perkantoran dan sanitasi.
Untuk memenuhi persyaratan air minum, air dari proses filtrasi ditambahkan
desinfektan untuk membunuh bakteri yang ada dalam air. Sebagai desinfektan digunakan
chlor dalam bentuk kaporit [Ca(OCl)2]. Pada penambahan kaporit sebagai sumber chlor akan
terjadi reaksi sebagai berikut :
Ca(OCl)2 + H2O Ca2+ + 2 OCl- + H2O
2 OCl- Cl2 + O2
Pada reaksi ini, yang mendesinfeksi air adalah OCl- dan umumnya desinfeksi efektif pada pH
= 7 atau sedikit basa. Kadar chlorine untuk desinfeksi air sampai pH = 7 adalah 2 ppm, dan
biasanya selama musim hujan kadar chlorine harus ditambah utnuk menjaga kadar chlor tetap
karena adanya penambahan volume air akibat hujan.
C. Air pendingin
Air pendingin setelah digunakan pada peralatan proses akan mengalami kenaikan
suhu. Untuk menghemat pemakaian air, air pendingin dari peralatan proses didinginkan
dalam cooling tower dan dicampur dengan air make-up.
Cooling tower merupakan suatu menara yang terdiri dari kerangka beton, didalam menara
terdapat isian yang terbuat dari kayu. Air yang diturunkan suhunya dipercikan melalui
puncak cooling tower sedangkan udara pendingin dihembuskan melalui dasar cooling tower
dengan menggunakan fan. Kontak antara udara dengan air pendingin menyebabkan sebagian
air akan menguap dan suhu dari air akan turun.
D. Air pemadam kebakaran (hydrant)
Persyaratan air pemadam kebakaran antara lain tidak mengandung padatan seperti
pasir dan batuan kerikil, tidak mengandung kotoran seperti daun dan sampah.
Penyediaan steam bertujuan untuk mencukupi kebutuhan steam yang akan digunakan
untuk berbagai proses operasi. Boiler tersebut dilengkapi dengan sebuah unit economizer
safety valve sistem dan pengaman – pengaman yang bekerja secara otomatis.
Air dari water treatment plant yang akan digunakan sebagai umpan boiler terlebih
dahulu diatur kadar silica, O2, Ca, Mg yang mungkin masih terikut dengan jalan
menambahkan bahan – bahan kimia kedalam boiler feed water tank. Selain itu juga perlu
diatur pHnya sekitar 10.5 – 11,5 karena pada pH yang terlalu tinggi, korosifitasnya juga
tinggi.
Kebutuhan air Kebutuhan air total : 10 m3/jam, meliputi :a. Air untuk rumah tangga dan sanitasi
30% . 10 m3/jam = 3 m3/jamb. Air untuk membuat steam
25%. 10 m3/jam = 2,5 m3/jamc. Air pendingin
20%. 10 m3/jam = 2 m3/jamd. Air proses
25%. 10 m3/jam = 2,5 m3/jamAsumsi : = 1000 kg/m3
Jadi, air yang harus disediakan :
Air rumah tangga = 3000
kgjam
Air pembuat steam = 2500
kgjam
Air pendingin = 2000
kgjam
Air proses = 2500
kgjam +
Jumlah = 10.000
kgjam
Alat – alat pengolahan air :
1. Bak Pengendap Pertama (BU - 01)Fungsi : Menampung air dari sungai dan mengendapkan kotoran – kotoran yang terbawa oleh air sebelum diolah lebih lanjut.Jenis : Bak beton 4 persegi panjang
Banyaknya air yang dialirkan = 10.000
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetrik air (Q)
Q = 10.000
992,792= 10,07m3
jam
Volume bakWaktu pengendapan kotoran pada bak berkisar 4 – 24 jam (Powell, 1954)Dirancang waktu pengendapan kotoran = 6 jamVolume air pada bak (Vair)
V air = 10,07m3
jamx 6 jam = 60,42 m3
Dirancang over design = 10 %V bak = 1,1 x 60,42m3 = 66,4 m3
Ukuran bakPerbandingan panjang dan lebar bak, P : L = 1 – 2,5 (Powell, 1954, pg 48)Dirancang P : L = 1Kedalaman bak, H = 10 – 20 ft
Dirancang kedalaman bak, H = 12 ft = 12 ft x 1m
3 ,2808 ft= 3,65 mVolume bak = P x L x H
= P2 x H66,4 m3 = 3,65 m x P2
P = 4,2 mL = P =4,2 m
2. Bak Pengendap Kedua (BU – 02)Fungsi :Menampung air dari bak pengendap pertama (BU – 01) untuk
mengendapkan kotoran – kotoran halus yang tidak terendapkan pada bak pengendap pertamaJenis : Bak beton 4 persegi panjang
Banyaknya air yang dialirkan = 10.000
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetrik air (Q)
Q = 10.000
992,792= 10,07m3
jam
Volume bakWaktu pengendapan kotoran pada bak berkisar 4 – 24 jam (Powell, 1954)Dirancang waktu pengendapan kotoran = 6 jamVolume air pada bak (Vair)
V air = 10,07m3
jamx 6 jam = 60,42 m3
Dirancang over design = 10 %V bak = 1,1 x 60,02 m3 = 66,4 m3
Ukuran bakPerbandingan panjang dan lebar bak, P : L = 1 – 2,5 (Powell, 1954, pg 48)Dirancang P : L = 1Kedalaman bak, H = 10 – 20 ft
Dirancang kedalaman bak, H = 12 ft = 12 ft x 1m
3 ,2808 ft= 3,65 mVolume bak = P x L x H
= P2 x H66,4 m3 = 3,65 m x P2
P = 4,2 m
L = P =4,2 m3. Bak Flokulator (BU – 03)
Fungsi : Mencampur air dari bak pengendap kedua dengan tawas (Al2SO4.18H2O) dan kapur (Ca(OH)2)Jenis : Bak beton 4 persegi panjang
Banyaknya air yang ditampung = 10.000
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetrik air (Q)
Q = 10.000
992,792= 10,07m3
jam
Asumsi : Dirancang waktu pencampuran = 1 jamVolume air pada bak (V air)
V air = 10,07m3
jamx 1 jam= 10,07m3
Dirancang over design 10 %V bak = 1,1 x 10,07m3 = 11,07 m3
Ukuran bakPerbandingan panjang dan lebar bak, P : L = 1 – 2,5 (Powell, 1954, pg 48)Dirancang P : L = 1Kedalaman bak, H = 10 – 20 ft
Dirancang kedalaman bak, H = 12 ft = 12 ft x 1m
3 ,2808 ft= 3,65 mVolume bak = P x L x H= P2 x H
11,07 m3 = 3,65 mx P2
P = 1,7 mL = P = 1,7 m
PengadukAsumsi dirancang Turbine dengan 6 Flat Blade
Dirancang : Di = 1
3 p (Mc.Cabe and Smith, fig 9 – 10, pg 230)
Di = 1
3 P = 1
3 x 1,7 m= 0,56 m
= 0,56 m x
1 ft0 ,3048m= 1,83 ft
Tinggi cairan (ZL)
ZL = [ π4 .Vt ]
13
= [ π4 .11,07 ]13= 3,26 m
= 3,26 m x
1 ft0 ,3048m= 10,69 ft
SG air = 1WELH = tinggi cairan x SG
= 10,69ft x 1 = 10,69ftMenentukan jumlah putaran dan power motor
Dihitung dengan persamaan 8.8, Rase ”Chemical Reactor Design for Process Plants’, pg 345 :
WELH2 .Di =
[ π .Di .n600 ]
2
N = 600π .1,83
x [ 10,692.1,83 ]
12= 56,5 rpm
Dipakai kecepatan putaran pengaduk = 60 rpm
= 60 rpm x 1menit
60 det ik = 1 rpsBilangan Reynold (Re)
Re =
ρ .N .Di2
μ
= (61,98 lb / ft3 ) x (1rps )x (3,94 ft )2
0,00057 lb / ft . sec ¿ 1687987,242
Dari fig 477, Brown, diperoleh Np = 7Power motor (Po)
Dihitung dengan persamaan 461, pg 506, Brown :
Po =
Np . ρ .N3 .Di5
gc .550
lb . ftsec
Hp
=(7) (61,98 lb / ft3 )(1 rps )3(3,94 ft )5
(32,2 ft / sec2 )(550lb . ft / sec
HP ) = 23,26 Hp
Efisiensi motor (η ) = 89 % (Vilbrandt, fig 4 – 10, pg 149)
BHP = 23,260,89
= 26,13 Hp
Dipakai motor standar NEMA = 30 Hp (Ludwig, volume 3, 1955, pg 331)
4. Clarifier (CL)Fungsi : Menggumpalkan dan mengendapkan flok – flok (gumpalan) yang bersifat koloid yang berasal dari bak flokulator (BU – 03)Jenis : Tangki silinder tegak dengan dasar kerucut tumpul yang dilengkapi dengan pengaduk.
Banyaknya air yang ditampung = 10.000
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetrik air (Q)
Q = 10.000
992,792= 10,07m3
jam
Volume dan ukuran tangkiWaktu pengendapan flok – flok pada clarifier = 2 – 8 jam (Powell, pg 47)Dirancang waktu pengendapan flok – flok = 3 jam
Volume air = 10,07m3
jam x 3 jam= 30,21 m3
Dirancang :H = 2.D1
h = 1
3 .H = 2
3 .D1
D2 = 1
3 .D1
Dimana,H = tinggi silinder tegakh = tinggi kerucut (dasar)D1 = diameter silinder tegakD2 = diameter bawah kerucut
Dirancang over design = 10 %V tangki = 1,1 x 30,21 m3= 33,23 m3
Vt =
14
.π .D12 .H+[ 1
4. π .D
12−
14
.π .D22
2.h]
=
14
.π .D12 . 2D1+[ 1
4. π .D
12−
14
.π .19
.D12
2.23
.D1]=
12
.π .D13+[ 1
12. π .D
13−
1108
. π .D1
3]= D
13 .[ π2 + π
12− π
108 ]= D1
3 . 1,80333,23 m3 = D1
3 . 1,803D1 = 2,8 m
D2 = 1
3 .D1 = 1
3 x 2,8 m = 0,9 mH = 2.D1 = 2 x 2,3 m = 5,6 m
h = 1
3 .H = 1
3 x 5,6 m = 1,8 mTinggi clarifier total = H + h = 5,6 m + 1,8 m = 7,4 mDiameter pengaduk = 0,7 – 0,8 diameter clarifierDipilih Di = 0,8 . D1
= 0,8 x2,8m= 2,24 m
= 2,24 m x
1 ft0 ,3048m= 7,34 ft
ρ air = 61,98
lbft 3
μ air = 0,85 cp = 0,85 cp x
2 ,42lbjam . ft
cpx
1 jam3600 det ik = 0,0005
lbft . sec
Dari Powell, 1954, pg 46, kecepatan aliran didalam tangki tidak boleh lebih dari 1,2 ft
sec
Dipilih kecepatan aliran = 1,2 ft
sec
Kecepatan putaran
V = π .D1 .N
N =
Vπ .D1 =
1,2ftsec
3,14.2,8 ft= 0,13 rps
= 0,11 rps x 60 sec
menit = 6,6 rpmBilangan Reynold (Re)
Re =
ρ .N .Di2
μ
= (61,98lb
ft3 ) x (0,13 rps)x (2,8 ft)2
0,00057 lb / ft . sec= 110824,5895
Dari fig 477, Brown, diperoleh Np = 7Power motor (Po)
Dihitung dengan persamaan 461, pg 506, Brown :
Po =
Np . ρ .N3 .Di5
gc .550
lb . ftsec
Hp
= (7) (61,98 lb / ft3 )(0,13rps )3(2,8 ft )5
(32,2 ft / sec2 )(550lb . ft / sec
HP ) = 9,2629.10-3 Hp
Dari fig 4 – 10, Vilbrandt, pg 149, diperoleh efisiensi motor = 80 %
BHP =9,2629.10−3 Hp0,8
= 11,578.10-3 Hp
Dari Ludwig, volume 3, 1965, pg 331 dipakai motor standar NEMA 0,5 Hp
5. Saringan pasir (SP)Fungsi : Menyaring flok – flok dan partikel – partikel halus yang tidak terendapkan pada clarifier (CL)Jenis : Bak beton 4 persegi panjang Jumlah : 2 buah
Banyaknya air yang ditampung = 10.000
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetrik air (Q)
Q = 10.000
992,792= 10,07m3
jam
= 10,07m3
jam x 1 jam
60menit x
264 ,17 gallon
m3
= 44,37gallon
menit
= 44,37gallon
menit x 60 menit
jamx
1 ft 3
7 , 48gallon
= 355,9
ft3
jamLuas penampang saringan pasir
Dari Powell, pg 55, untuk saringan pasir : kecepatan penyaringan
= 15 – 30
gpmft 2
Dirancang kecepatan penyaringan = 25
gpmft 2
Maka,
A =
kecepatan volumetrik airkecepatan penyaringan =
44,3725 = 1,77 ft2
Dimensi saringan pasirDirancang perbandingan panjang dan lebar saringan pasir sama dengan panjang dan lebar bak pengendap.Maka,Perbandingan panjang dan lebar bak, P : L = 1 - 2,5 (Powell, pg 48) Dirancang P : L = 2A saringan = P x L
1,77 ft2 = 2L x LL = 0,92 ftP = 2.L = 2 x 0,92 ft = 1,84 ft
Tebal saringan pasirDari Powell, pg 59 : Tebal tumpukan kerikil (gravel) = 8 – 20 in (0,67 – 1,67 ft)
Tebal tumpukan pasir = 18 – 30 in (1,5 – 2,5 ft)Ukuran saringan pasir:
Panjang = 1,84 ftLebar = 0,92 ft
Dirancang :Tebal tumpukan pasir = 1,5 ftTebal tumpukan kerikil = 0,67 ftJumlah saringan pasir = 2 buah
Pencucian saringan pasirPencucian dilakukan jika kondisi resin sudah jenuh.Kecepatan pencucian saringan pasir, menurut Powell, pg 55 sebesar 15 – 30 gpm
ft 2
Dirancang kecepatan pencucian, v = 25
gpmft 2
Luas penampang saringan pasir = ft2
Dirancang waktu pencucian, Tp = 15 menitKebutuhan air pencuci = v . A. Tp
= 25
gpmft 2x 1,77 ft2 x 15 menit
= 663,7 gallon
= 663,7gallon x 3,7854 lgallon
= 2512,36 liter
6. Bak air bersih (BU – 04)Fungsi : Menampung air bersih dari saringan pasir (SP)Jenis : Bak beton 4 persegi panjang
Banyaknya air yang ditampung = 10.000
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetrik air (Q)
Q = 10.000
992,792= 10,07m3
jam
Volume bakWaktu tinggal air pada bak berkisar antara 4 – 24 jamDirancang waktu tinggal air pada bak (t) = 6 jam
Volume air = 10,07m3
jam x 6 jam = 60,32 m3
Dirancang over design = 10 %V bak = 1,1 x 60,32 m3= 66,35 m3
Ukuran bakPerbandingan panjang dan lebar bak, P : L = 1 -2 5 (Powell, pg 48)Dirancang P : L = 1Kedalaman bak, H = 10 – 20 ft
H = 10 ft x 1m
3 ,2808 ft= 3,05 mVolume bak = P x L x H
66,35 m3 = P2. 3,05mP = 4,7 mP = L = 4,7 m
7. Bak air rumah tangga dan perkantoran (BU – 05)Fungsi : Menampung air bersih untuk rumah tangga, sanitasi,laboratorium, dan perkantoran.Jenis : Bak beton 4 persegi panjang
Banyaknya air yang ditampung = 10.000
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetrik air (Q)
Q = 10.000
992,792= 10,07m3
jam
Volume bakWaktu tinggal air pada bak berkisar antara 4 – 24 jamDirancang waktu tinggal air pada bak (t) = 16 jam
V air = 10,07m3
jam x 16 jam = 161,12 m3
Dirancang over design = 10 %V bak = 1,1 x 161,12 m3= 177,23 m3
Ukuran bakPerbandingan panjang dan lebar bak, P : L = 1 -2 5 (Powell, pg 48)Dirancang P : L = 1Kedalaman bak, H = 10 – 20 ft
H = 10 ft x 1m
3 ,2808 ft
= 3,05mVolume bak = P x L x H
177,23 m3 = P2.H177,23 m3 = P2 . 3,05m
P = 7,6 mP = L = 7,6 m
8. Kation exchanger (TKE)Fungsi : Menghilangkan kesadahan air yang disebabkan oleh ion – ion
kation (Ca2+, Mg2+, Na2+) dari garam – garam yang terlarut dalam air dengan bantuan resin.Jenis : Tangki silinder tegak yang didalamnya berisi resin sebagai ion
exchanger.Jenis resin yang digunakan = Greensand Zeolit (Na2Z)
Banyaknya air yang dilunakkan = 10.000
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetrik air (Q)
Q =
10 . 000kg
jam
992,792kgm3
= 10,07m3
jam
= 10,07m3
jam x 264,17 gallon
l x 1 jam
60menit
= 44,35 gpmAsumsi : Kondisi air sama dengan kondisi air pada tabel 2, Powell, 1954, pg 161 (Missisipi River Water)
Kadar ion yang akan diserap = 242mg
l
Kadar ion yang tidak terserap = 193mg
l
Kation yang dapat dihilangkan
= (242 – 193) mg
l x
1grain64 ,84mg x
3 ,7854 lgallon
= 2,86
graingallon
Masa aktif resin yang digunakan = 24 jamVolume air yang dapat dilunakkan
= 152,6 gpm x 60 menit
jam x 24 jam = 219.744 gallonTotal kation yang dapat dihilangkan
= 219.744 gallon x 2,86
graingallon= 624.467,84 grain
Dari tabel 5, Powell diperoleh spesifikasi resin yang digunakan :Nama resin = Natural Greensand Zeolite (Sodium Alumino Silicate)
Flow rate = 3 – 4
gpmft 2
Dipilh flow rate = 3
gpmft 2
pH = 6,8 – 8
kapasitas penyerapan = 2,8
kgrft 3 (Powell, pg 170)
= 2,8
kgrft 3 x 1000
grainkgr= 2.800
grainft 3
Volume resin yang dibutuhkan
Volume resin =
TotalkationyangdapatdihilangkanKapasitaspenyerapan
=
624 . 467,84 grain
2800grain
ft 3 = 224,4528 ft3
Luas penampang tumpukan resin (A)
A =
102,85 gpm
3gpm
ft2 = 34,283 ft2
Dimensi tangki
A =
π4
.D2
D = [ 4 . Aπ ]
12
= [ 4 .(34 ,283 ft 2 )
π ]1
2
= 6,61 ft
= 6,61 ft x 12 inft = 79,32 in
Tinggi tangki
Tinggi bed resin (Ht) =
Volume ResinLuas Penampang
=
224,4528 ft 3
34 ,283 ft2 = 6,54 ftDirancang : ukuran bed resin (atas + bawah) = 2 ft (Powell, pg 156)Jadi,Tinggi tangki = tinggi bed resin + ukuran bed resin (atas + bawah)
= 6,54 ft + 2 ft= 8,541 ft
Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254,Brownell
ts =
P .rif .E−0,6 . P
+c
Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x P operasi
= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi
atm
= 17,64 psi
ri = jari – jari tangki = D
2 = 79,32 in
2 = 39,66 inf = max allowable stress = 16.250 psi (SA 212, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,
ts =
(17 ,64 psi). (39 ,66 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)
+0 ,125 in
= 0,18 inDari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :
Tebal shell standar = 3
16 inOD = ID + 2. ts standar
= 79,32 in + 2 . 3
16 in= 79,695 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 84 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar
= 84 in – 2 . 3
16 in= 83,625 in
Tebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13 – 12, pg 258, Brownell :
th =
0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P
+c
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 5,125 in r = 84 in
Maka,
th =
0 ,885 .(17 ,64 psi) .(84 in)(16 . 250 psi .0 ,80 )−(0,1.17 ,64 psi)
+0 ,125in
= 0,23 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar = 1
4 in
9. Anion exchanger (TAE)Fungsi : Menghilangkan kesadahan air yang disebabkan oleh ion – ion
anion (SO42-, CO3
2-) dan garam – garam yang terlarut dalam air dengan bantuan resin
Jenis : Tangki silinder tegak yang didalamnya berisi resin sebagai ion exchanger.
Jenis resin yang digunakan = Duolite A – 2 ( R – NH3OH)
Banyaknya air yang dilunakkan = 10.000
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetrik air (Q)
Q =
10 .000kg
jam
992,792kgm3
= 10.07 m3
jam
= 10,07 m3
jam x 264,17 gallon
l x 1 jam
60menit
= 44.35 gpmAsumsi : Kondisi air sama dengan kondisi air pada tabel 2, Powell, 1954, pg 161 (Missisipi River Water)
Kadar ion yang akan diserap = 242mg
l
Kadar ion yang tidak terserap = 193mg
l
Kation yang dapat dihilangkan
= (242 – 193) mg
l x
1grain64 ,84mg x
3 ,7854 lgallon
= 2,86
graingallon
Masa aktif resin yang digunakan = 24 jam
Volume air yang dapat dilunakkan
= 102,85gpm x 60 menit
jam x 24 jam= 148.104 gallon
Total anion yang dapat dihilangkan
= 148.104 gallon x 2,86
graingallon
= 423.577,44 grainDari tabel 6, Powell diperoleh spesifikasi resin yang digunakan :
Nama resin : Duolite A – 2 (Phenolic)
Flow rate = 5 – 7,5
gpmft 2
Dipilih flow rate = 5
gpmft 2
Kapasitas penyerapan = 25
kgrft 3 (Powell, pg 170)
= 25
kgrft 3 x 1000
grainkgr= 25.000
grainft 3
Volume resin yang dibutuhkan =
TotalkationyangdapatdihilangkanKapasitaspenyerapan
=
628 . 467,84 grain
25000grain
ft 3 = 25,1387 ft3
Luas penampang tumpukan resin (A)
A =
102,85 gpm
5gpm
ft2 = 20,57 ft2
Dimensi tangki
D = [ 4 . Aπ ]
12
= [ 4 .(20,57 ft 2 )
π ]1
2
= 5,8 ft
= 5,8 ft x 12 inft
= 69,6 inTinggi tangki
Tinggi bed resin =
25,1387 ft 3
20 ,57 ft 2 = 1,22 ftDirancang : jarak bed resin (atas + bawah) = 4 ft (Powell, pg 156)Jadi, Tinggi tangki = tinggi tumpukan resin + jarak bed resin (atas + bawah)
= 1,22 ft + 4 ft= 5,22 ft
Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254, Brownell :
ts =
P .rif .E−0,6 . P
+c
Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x p operasi
= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi
atm = 17,64 psi
ri = jari – jari tangki = D
2 = 69 ,6
in2 = 34,8 in
f = max allowable stress = 16.250 psi (SA 212, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,
ts =
(17 ,64 psi ).(34 ,8in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)
+0 ,125 in= 0,172 in
Dari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :
Tebal shell standar = 3
16 in
OD = ID + 2. ts standar
= 69,6 in + 2 . 3
16 in= 70.6 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 60 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar
= 60 in – 2 . 3
16 in= 59,625 in
Tebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13 – 12, pg 258, Brownell :
th =
0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P
+c
Dari tabel 5.7, pg 90, brownell diperoleh :icr = 3,625 in r = 60 in
Maka,
th =
( 0 ,885 ) .(17 ,64 psi ).(60 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )
+0 ,125 in= 0,197 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar =1
4 in
10. Tangki penampung tawas (TU – 01)Fungsi : Menampung larutan tawas 5 % berat untuk dialirkan ke dalam bak flokulator (BU – 03)Jenis : Tangki silinder vertikal Banyaknya larutan tawas yang ditampung :Dirancang waktu penampungan tawas = 24 jamBanyaknya larutan tawas yang ditambahkan = 5 % dari air yang dijernihkan
Jumlah air jernih masuk bak flokulator = 10.000
kgjam
Jumlah tawas yang ditambahkan = 5 % x10.000
kgjam
= 500
kgjam
Banyaknya larutan tawas = 500
kgjamx 24 jam= 12000 kg
Volume tangki
Densitas tawas = 1.169,2
kg
m3
Volume larutan =
12000 kg
1169 ,2kgm3
= 10,26 m3
Dirancang over design = 10 %V tangki = 1,1 x 10,26 m3 = 11,28 m3
Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical disheadTinggi dan diameter shell
Vt = Vs + 2 .Vh
Vs =
π4
.D2 .H= π4
.D2 .32D=3. π
8.D3
Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3)Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :
Vh = 0,084672.D3 Sehingga :
Vt = Vs + 2 .Vh
= [ 3 .π
8+(2x 0 ,084672)] .D3
D = [ Vt1 ,346844 ]
13
= [11,28 m3
1 ,346844 ]1
3
= 2,030 m
= 2,030 m x 1 in
0 ,0254m= 79,92 in
H =
32 .D =
32 x 79,92 in= 119,9 in
= 119,9 in x 0,0254 min= 3,045 m
Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254, Brownell :
ts =
P .rif .E−0,6 . P
+c
Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x P operasi
= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi
atm = 17,64 psi
ri = jari – jari tangki = D
2 =
79,92 in2 = 39,96 in
f = max allowable stress = 16.250 psi (SA 212, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,
ts =
(17 ,64 psi ).(39 ,96 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)
+0 ,125 in= 0,180 in
Dari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :
Tebal shell standar = 1
4 in
OD = ID + 2. ts standar
= 79,92 in + 2 . 1
4 in= 80.42 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 180 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar
= 180 in – 2 . 1
4 in = 179,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13 – 12, pg 258, Brownell :
th =
0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P
+c
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 11 in r = 170 inMaka,
th =
(0 ,885 ) .(17 ,64 psi ).(170 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )
+0 ,125 in= 0,329 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar = 3
8 in
11. Tangki penampung larutan kapur (TU – 02)Fungsi : Menampung larutan kapur untuk dialirjan ke dalam bak flokulator
(BU – 03), yang berfungsi untuk menghilangkan kesadahan dalam air dan membuat suasana basa sehinga mempermudah penggumpalan.
Jenis : Tangki silinder verticalDirancang waktu penampungan larutan kapur = 24 jamBanyaknya larutan kapur yang ditambahkan = 5 % dari air yang dijernihkan
Jumlah air yang diberi larutan kapur = 84.466,9846
kgjam
Jumlah larutan kapur yang ditambahkan = 5 % x 84.466,9846
kgjam
= 4.223,3492
kgjam
Banyaknya larutan kapur yang ditampung = 4.223,3492
kgjamx24 jam
= 101.360,3808 kgVolume tangki
Densitas larutan kapur = 1.002
kg
m3
Volume larutan =
101 .360,3808 kg
1002kgm3
= 101,158 m3
Dirancang over design = 20 %V tangki = 1,2 x 101,158 m3 = 121,3896 m3
Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical DisheadTinggi dan diameter shell
Vt = Vs + 2 .Vh
Vs =
π4
.D2 .H= π4
.D2 .32D=3. π
8.D3
Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3)Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :
Vh = 0,084672.D3Sehingga :Vt = Vs + 2 .Vh
= [ 3 .π
8+(2x 0 ,084672)] .D3
D = [ Vt1 ,346844 ]
13
= [121,3896 m3
1 ,346844 ]1
3
= 4,48 m
= 4,48 m x 1 in
0 ,0254m
= 176,38 in
H = 3
2 .D = 3
2 . 176,38 in= 264,57 in
= 264,57in x 0,0254 min= 6,72 m
Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254, Brownell :
ts =
P .rif .E−0,6 . P
+c
Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x P operasi
= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi
atm = 17,64 psi
ri = jari – jari tangki = D
2 =
176,38 in2 = 88,19 in
f = max allowable stress = 16.250 psi (SA 212, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,
ts =
(17 ,64 psi ).(88,19 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)
+0 ,125 in= 0,245 in
Dari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :
Tebal shell standar = 1
4 in
OD = ID + 2. ts standar
= 176,38in + 2 . 1
4 in = 176,88 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 180 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar
= 180 in – 2 . 1
4 in= 179,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13 – 12, pg 258, Brownell :
Th =
0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P
+c
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 11 in r = 170 inMaka,
th =
(0 ,885 ) .(17 ,64 psi ).(170 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )
+0 ,125 in= 0,329 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar = 3
8 in
12. Tangki penampung kaporit (TU – 03)Fungsi : Menampung larutan kaporit untuk dialirkan ke dalam bak air rumah tangga dan perkantoran (BU – 05)Jenis : Tangki silinder vertikalDirancang: waktu penampungan larutan kaporit = 7 hariBanyaknya larutan kaporit yang ditambahkan = 1 % dari jumlah air yang akan diberi disinfektan
Jumlah air yang diberi larutan kaporit = 3.899,61
kgjam
Jumlah larutan kaporit yang ditambahkan = 1 % x 3.899,61
kgjam
= 38,9961
kgjam
Banyaknya larutan kaporit yang ditampung
= 38,9961
kgjam x 7 hari x 24
jamhari= 6.551,3448 kg
Volume tangki
Densitas kaporit = 998,7
kg
m3
Volume larutan =
6 .551,3448 kg
998 ,7kgm3
= 6,5598 m3
Dirancang over design = 20 %V tangki = 1,2 x 6,5598 m3= 7,87176 m3
Dimensi tangki
Dirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical DisheadTinggi dan diameter shell
Vt = Vs + 2 .Vh
Vs =
π4
.D2 .H= π4
.D2 .32D=3. π
8.D3
Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3)Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :
Vh = 0,084672.D3 Sehingga :
Vt = Vs + 2 .Vh
= [ 3 .π
8+(2x 0 ,084672)] .D3
D = [ Vt1 ,346844 ]
13
= [7,87176 m3
1 ,346844 ]1
3
= 1,8 m
= 1,8 m x 1 in
0 ,0254m
= 70,866 in
H = 3
2 .D = 3
2 . 70,866 in= 106,299 in
= 106,299 in x 0,0254 min= 2,7 m
Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1,pg254,Brownell :
ts =
P .rif .E−0,6 . P
+c
Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x P operasi
= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi
atm = 17,64 psi
ri = jari – jari tangki = D
2 =
70,866 in2 = 35,433 in
f = max allowable stress = 16.250 psi (SA 212, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,
ts =
(17 ,64 psi) .(35,433 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)
+0 ,125 in= 0,173 in
Dari appendix f, item 2, pg 350, Brownell, maka dipakai :
Tebal shell standar = 1
4 inOD = ID + 2. ts standar
= 70,866 in + 2 . 1
4 in = 71,366 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 72 in
ID koreksi = OD standar – 2 . ts standar
= 72 in – 2 . 1
4 in = 71,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13 – 12, pg 258, Brownell :
th =
0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P
+c
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :
icr = 43
8 in r = 72 inMaka,
th =
(0 ,885 ) .(17 ,64 psi ).(72 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 . 64 psi)
+0 ,125in= 0,211 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar = 1
4 in
13. Tangki penampung larutan NaOH (TU – 04)Fungsi : Menampung larutan NaOH 5 %berat untuk dialirkan ke dalam
tangki anion exchanger (TAE)Jenis : Tangki silinder vertikalVolume resin yang akan diregenerasi = 25,1387 ft3
Kebutuhan NaOH = 3,2
lbft 3 (Powell, tabel 5, pg 172)
NaOH yang dibutuhkan untuk regenerasi = 3,2
lbft 3x 25,1387 ft3
= 80,444 lbhari
Konsentrasi NaOH yang digunakan 5 % berat, maka banyaknya larutan NaOH yang dibutuhkan (M) :
M =
80,444 lbhari
0 ,05 = 1.608,877 lbhari
Dirancang waktu penampungan larutan NaOH = 30 hari
Banyaknya larutan NaOH = 1.608,877 lbhari x 30 hari = 48.266,33 lb
= 48.266,33 lb x 0,4536 kglb= 21.893,6 kg
Volume tangki
Densitas NaOH = 1.035
kg
m3
Volume larutan =
21 .893,6 kg
1035kgm3
= 21,1453 m3
Dirancang over design = 20 %V tangki = 1,2 x 21,1453 m3 = 25,384 m3
Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical Dishead
Tinggi dan diameter shellVt = Vs + 2 .Vh
Vs =
π4
.D2 .H= π4
.D2 .32D=3. π
8.D3
Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3)Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :
Vh = 0,084672.D3
Sehingga :Vt = Vs + 2 .Vh
= [ 3 .π
8+(2x 0 ,084672)] .D3
D = [ Vt1 ,346844 ]
13
= [25,384 m3
1 ,346844 ]1
3
= 2,66 m
= 2,66 m x 1 in
0 ,0254m= 104,7244 in
H = 3
2 .D = 3
2 . 104,7244 in= 157,086 in
= 157,086in x 0,0254 min= 3,99 m
Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1,pg 254,Brownell
ts =
P .rif .E−0,6 . P
+c
Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x P operasi
= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi
atm = 17,64 psi
ri = jari – jari tangki = D
2 = 104,7244 in
2 = 52,3622 inf =max allowable stress=18.750 psi (SA 167,Grade 11,Steinless Steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,
ts =
(17 ,64 psi) .(52,3622 in)(18750 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)
+0 ,125 in= 0,1866 in
Dari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :
Tebal shell standar = 3
16 inOD = ID + 2. ts standar
= 104,7244in + 2 .3
16 in = 106,912 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 108 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar
= 108 in – 2 .3
16 in = 107,625 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13–12, pg 258,Brownell
th =
0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P
+c
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 6,5 in r = 103 inMaka,
th =
(0 ,885) .(17 ,64 psi ).(102 in )(18750 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )
+0 ,125 in= 0,231 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar=1
4 in
14. Tangki penampung larutan NaCl (TU – 05)Fungsi : Menampung larutan NaCl 5 % berat untuk dialirkan ke dalam tangki kation exchanger (TKE)Jenis : Tangki silinder vertikalKebutuhan NaCl
Volume resin yang akan diregenerasi = 224,4528 ft3
Kebutuhan NaCl = 3,2
lbft 3 (Powell, tabel 5)
NaCl yang dibutuhkan untuk regenerasi = 3,2
lbft 3 x 224,4528 ft3
= 718,2489lbhari
Konsentrasi NaCl yang diperlukan 5 % berat, maka banyaknya larutan NaCl (M) :
M =
718,2489lbhari
0 ,05 = 14.364,978lbhari
Dirancang waktu penampungan larutan NaCl = 15 hariBanyaknya larutan NaCl yang ditampung
= 14.364,978lbhari x 15 hari = 215.474,67 lb
= 215.474,67 lb x 0,4536 kglb= 97.739,31 kg
Volume tangki
Densitas larutan NaCl = 2.165
kg
m3
Volume larutan =
97 . 739,31 kg
2165kgm3
= 45,145 m3
Dirancang over design = 20 %V tangki = 1,2 x 45,145m3 = 54,174 m3
Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2
Head = Torispherical DisheadTinggi dan diameter shell
Vt = Vs + 2 .Vh
Vs =
π4
.D2 .H= π4
.D2 .32D=3. π
8.D3
Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3) Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :
Vh = 0,084672.D3
Sehingga :Vt = Vs + 2 .Vh
= [ 3 .π
8+(2x 0 ,084672)] .D3
D = [ Vt1 ,346844 ]
13
= [54,174 m3
1 ,346844 ]1
3
= 3,43 m
= 3,43 m x 1 in
0 ,0254m= 135,04 in
H = 3
2 .D = 3
2 . 135,04 in= 202,56 in
= 202,56in x 0,0254 min= 5,145 m
Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254,Brownell
ts =
P .rif .E−0,6 . P
+c
Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x P operasi
= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi
atm= 17,64 psi
ri = jari – jari tangki = D
2 = 135,04 in
2 = 67,52 inf = max allowable stress = 16.250 psi (SA 22, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,
ts =
(17 ,64 psi) .(67,52 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)
+0 ,125 in= 0,217 in
Dari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :
Tebal shell standar = 1
4 in
OD = ID + 2. ts standar
= 135,04in + 2 . 1
4 in = 135,54 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 138 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar
= 138 in – 2 . 1
4 in= 137,5 in
Tebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13 – 12, pg 258, Brownell :
th =
0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P
+c
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 8,375 in r = 132 inMaka,
th =
(0 ,885) .(17 ,64 psi ).(132 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )
+0 ,125 in
= 0,283 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar = 5
16 in
15. Tangki air pendingin (TU - 06)Fungsi : Menampung air pendingin untuk dialirkan ke cooling tower (CT)Jenis : Tangki silinder verticalDirancang : waktu penampungan air = 1 jam
Banyaknya air yang ditampung = 57.371,5528
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetric air (Q)
Q =
57 .371,5528 kg
jam
992,792kgm3
= 57,788m3
jam
Volume tangkiBanyaknya air yang ditampung selama 1 jam (M) :
M = 57,788m3
jam x 1jam = 57,788 m3
Dirancang over design = 20 %V tangki = 1,2 x 57,788 m3 = 69,3456 m3
Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical Dishead
Tinggi dan diameter shellVt = Vs + 2 .Vh
Vs =
π4
.D2 .H= π4
.D2 .32D=3. π
8.D3
Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3) Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :
Vh = 0,084672.D3
Sehingga :Vt = Vs + 2 .Vh
= [ 3 .π
8+(2x 0 ,084672)] .D3
D = [ Vt1 ,346844 ]
13
= [69,3456 m3
1 ,346844 ]1
3
= 3,72 m
= 3,72 m x 1 in
0 ,0254m= 146,457 in
H = 3
2 .D = 3
2 . 146,457 in= 219,6855 in
= 219,6855in x 0,0254 min= 5,58 m
Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254,Brownell
Ts =
P .rif .E−0,6 . P
+c
Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x P operasi
= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi
atm= 17,64 psi
ri = jari – jari tangki = D
2 = 146,457 in
2 = 73,2285 inf = max allowable stress = 16.250 psi (SA 22, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,
ts =
(17 ,64 psi) .(73,2285 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)
+0 ,125 in= 0,224 in
Dari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :
Tebal shell standar = 1
4 inOD = ID + 2. ts standar
= 146,457in + 2 . 1
4 in = 146,957 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 156 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar
= 156 in – 2 .1
4 in = 155,5 in
Tebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13–12, pg 258, Brownell
th =
0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P
+c
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 9,375 in r = 144 inMaka,
th =
(0 ,885 ).(17 ,64 psi ).(144 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )
+0 ,125 in= 0,298 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar= 5
16 in
16. Tangki air umpan boiler (TU – 07)Fungsi : Menampung air umpan boiler untuk dialirkan ke dalam tangki
deaerator (TDA) dan air proses.Jenis : Tangki silinder verticalVolume tangkiDirancang : waktu penampungan air = 1 jam
Banyaknya air yang ditampung = 23.195,8218
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetric air (Q)
Q =
23 .195,8218kgjam
992,792kgm3
= 23,364 m3
jam
Banyaknya air yang ditampung selama 1 jam (M) :
M = 23,364m3
jam x 1jam = 23,364 m3
Dirancang over design = 20 %V tangki = 1,2 x 23,364m3 = 28,0368 m3
Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical Dishead
Tinggi dan diameter shellVt = Vs + 2 .Vh
Vs =
π4
.D2 .H= π4
.D2 .32D=3. π
8.D3
Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3)Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :
Vh = 0,084672.D3
Sehingga :Vt = Vs + 2 .Vh
= [ 3 .π
8+(2x 0 ,084672)] .D3
D = [ Vt1 ,346844 ]
13
= [28,0368 m3
1 ,346844 ]1
3
= 2,75 m
= 2,75 m x 1 in
0 ,0254m= 108,267 in
H = 3
2 .D = 3
2 . 108,267 in= 162,4 in
= 162,4in x 0,0254 min = 4,1 m
Tebal dinding shell
Tebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254,Brownell
ts =
P .rif .E−0,6 . P
+c
Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x P operasi
= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi
atm= 17,64 psi
ri = jari – jari tangki = D
2 = 108,267 in
2 = 54,1335 inf = max allowable stress = 16.250 psi (SA 22, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,
ts =
(17 ,64 psi) .(54,1335 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)
+0 ,125 in= 0,198 in
Dari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :
Tebal shell standar = 1
4 inOD = ID + 2. ts standar
= 108,267 in + 2 .1
4 in = 108,767 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 114 inID koreksi= OD standar – 2 . ts standar
= 114 in – 2 . 1
4 in = 113,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 1 –12, pg 258, Brownell
th =
0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P
+c
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 6,875 in r = 108 inMaka,
th =
(0 ,885 ) .(17 ,64 psi ).(108 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )
+0 ,125 in= 0,255 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar =5
16 in
17. Tangki kondensat (TU – 08)Fungsi : Menampung sementara kondensat dari alat – alat penukar panas pada area prosesJenis : Tangki silinder vertikalVolume tangkiDirancang waktu penampungan kondensat = 1 jam
Banyaknya kondensat yang ditampung = 18.460,601
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetrik air (Q)
Q =
18 . 460,601kg
jam
992,792kgm3
= 18,5946m3
jam
Banyaknya air yang ditampung selama 1 jam (M) :
M = 18,5946m3
jam x 1jam = 18,5946 m3
Dirancang over design = 20 %V tangki = 1,2 x 18,5946m3 = 22,3135 m3
Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical Dishead
Tinggi dan diameter shellVt = Vs + 2 .Vh
Vs =
π4
.D2 .H= π4
.D2 .32D=3. π
8.D3
Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3)Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :
Vh = 0,084672.D3
Sehingga :Vt = Vs + 2 .Vh
= [ 3 .π
8+(2x 0 ,084672)] .D3
D = [ Vt1 ,346844 ]
13
= [22,3135 m3
1 ,346844 ]1
3
= 2,55 m
= 2,55 m x 1 in
0 ,0254m= 100,39 in
H = 3
2 .D = 3
2 . 100,39 in= 150,585 in
= 150,585in x 0,0254 min= 3,82 m
Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254,Brownell
ts =
P .rif .E−0,6 . P
+c
Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x P operasi
= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi
atm= 17,64 psi
ri = jari – jari tangki = D
2 = 100,39 in
2 = 50,195 inf = max allowable stress = 16.250 psi (SA 22, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,
ts =
(17 ,64 psi) .(50 ,195 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)
+0 ,125 in= 0,193 in
Dari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :
Tebal shell standar = 1
4 inOD = ID + 2. ts standar
= 100,39 in + 2 . 1
4 in = 100,89 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 102inID koreksi= OD standar – 2 . ts standar
= 102 in – 2 .1
4 in = 101,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13–12, pg 258,Brownell
th =
0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P
+c
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 6,875 in r = 108 inMaka,
th =
(0 ,885 ) .(17 ,64 psi ).(108 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )
+0 ,125 in= 0,255 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar =5
16 in
18. Tangki deaerator (TDA)Fungsi : Menghilangkan gas – gas yang terdapat didalam air dengan
menggunakan steam dan Na2HPO4.2H2OJenis : Tangki silinder horizontal
Banyaknya air yang ditampung = 18.460,601
kgjam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Kecepatan volumetrik air (Q)
Q =
18 .460,601kg
jam
992,792kgm3
= 18,5946m3
jam
Larutan Na2HPO4.2H2O yang ditambahkan = 1 kgtonAir (Powell, 1954)
Banyaknya Larutan Na2HPO4.2H2O yang ditambahkan =
= 1 kgtonAir x 18.460,601
kgjam x 1
ton1000kg=18,46
kgjam
Dirancang waktu tinggal air didalam tangki = 1 jamBanyaknya air yang disimpan dalam tangki selama 1 jam
= 18,5946m3
jam x 1 jam = 18,5946 m3
Dirancang over design = 20 %V tangki = 1,2 x 18,5946 m3 = 22,3135 m3
Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical Dishead
Tinggi dan diameter shellVt = vs + 2 .vh
Vs =
π4
.D2 .H= π4
.D2 .32D=3. π
8.D3
Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3)Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :
Vh = 0,084672.D3
Sehingga :Vt = Vs + 2 .Vh
= [ 3 .π
8+(2x 0 ,084672)] .D3
D = [ Vt1 ,346844 ]
13
= [22,3135 m3
1 ,346844 ]1
3
= 2,55 m
= 2,55m x 1 in
0 ,0254m= 100,39 in
H = 3
2 .D = 3
2 . 100,39 in= 150,585 in
= 150,585 in x 0,0254 min= 3,825 m
Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254,Brownell
ts =
P .rif .E−0,6 . P
+c
Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x P operasi
= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi
atm= 17,64 psi
ri = jari – jari tangki = D
2 = 100,39 in
2 = 50,195 inf = max allowable stress = 16.250 psi (SA 22, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,
ts =
(17 ,64 psi) .(50 ,195 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)
+0 ,125 in= 0,193 in
Dari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :
Tebal shell standar = 1
4 in
OD = ID + 2. ts standar
= 100,39in + 2 . 1
4 in = 100,89 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 102 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar
= 102 in – 2 . 1
4 in = 101,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13–12, pg 258, Brownell
th =
0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P
+c
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 6,125in r = 96 inMaka,
th =
(0 ,885 ).(17 ,64 psi ).(96 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )
+0 ,125 in= 0,24in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar =1
4 in
19. Tangki penampung larutan Na2HPO4.2H2O (TU – 09)Fungsi : Menampung larutan Na2HPO4.2H2O yang berfungsi mencegah
kerak dalam boiler (BL)Jenis : Tangki silinder tegak
Volume tangki
Banyaknya Na2HPO4.2H2O yang ditampung = 18,46
kgjam
Densitas Na2HPO4.2H2O = 995,647
kg
m3
Dirancang waktu penampungan = 30 hari
Volume larutan =
18,46kg
jam
995 ,647kgm3
= 0,0185 m3
jam
Banyaknya larutan yang ditampung (M) :
M = 0,0185 m3
jam x 30 hari x 24 jam
hari= 13,32 m3
Dirancang over design = 20 %V tangki = 1,2 x 13,32 m3 = 15,984 m3
Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical Dishead
Tinggi dan diameter shellVt = Vs + 2 .Vh
Vs =
π4
.D2 .H= π4
.D2 .32D=3. π
8.D3
Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3)Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :
Vh = 0,084672.D3
Sehingga :Vt = Vs + 2 .Vh
= [ 3 .π
8+(2x 0 ,084672)] .D3
D = [ Vt1 ,346844 ]
13
= [15,984 m3
1 ,346844 ]1
3
= 2,42 m
= 2,42 m x 1 in
0 ,0254m= 95,276 in
H = 3
2 .D = 3
2 . 95,276 in= 142,914 in
= 142,914 in x 0,0254 min= 3,63 m
Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254,Brownell
ts =
P .rif .E−0,6 . P
+c
Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x P operasi
= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi
atm= 17,64 psi
ri = jari – jari tangki = D
2 = 95,276 in
2 = 47,638 inf = max allowable stress = 16.250 psi (SA 22, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,
ts =
(17 ,64 psi ).( 47,638 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)
+0 ,125 in
= 0,189 inDari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :
Tebal shell standar = 1
4 inOD = ID + 2. ts standar
= 95,276in + 2 . 1
4 in = 95,776inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 96 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar
= 96 in – 2 . 1
4 in = 95,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13–12, pg 258, Brownell
th =
0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P
+c
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :
icr = 5,875 in r = 96 inMaka,
th =
(0 ,885 ).(17 ,64 psi ).(96 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )
+0 ,125 in= 0,24 in
Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar =1
4 in
20. Boiler (BL)
Fungsi : memproduksi steam jenuh sebanyak 18.460,601
kgjam
Dirancang efisiensi boiler = 80 %Jumlah air masuk boiler (M)
M =
jumlah Steamη =
18 . 460,601kg
jam80 % = 23.075,7512
kgjam
= 23.075,7512
kgjam x
1 lb0 , 4536kg x
1 lbmol18 lb
= 2.826,248 lbmol
jam
ρ air pada 30ºC = 992,792
kg
m3
Volume air =
23 .075,7512 kgjam
992 ,792kgm3
= 23,243m3
jam
Spesifikasi steam :Ts = 257ºF = 125ºC
ΔHfg = 827,354 Btu
lb
P = 2,29 atm = 33,663 psiMenghitung kebutuhan pemanas
Suhu air masuk = 90ºC = 194ºF
Kapasitas panas air = 1 Btu
lb . ° F
Beban panas boiler (Qb)Qb = Ma.Cpa.(Ts – Ta) + 0,80 .Ma.ΔHfg
= 23.075,7512
kgjam x
1 lb0 , 4536kg x 1
Btulb . ° F x (257 – 194) ºF + 0,80.
23.075,7512
kgjam x
1 lb0 , 4536kg x 827,354
Btulb
= 36.876.596,94Btu
jam
Jenis bahan bakar yang digunakan adalah berupa bahan bakar cair. Kriteria bahan bakar cair didapat dari (Petroleum Refinery, Eng, Nelson, 1985, pg 416). Dipilih jenisminyak bakar : Residual Fuel Oil
NHV = 17.351Btu
lb
Komposisi minyak :
C = 87,50 %H2 = 10,17 %S = 1,14 %Abu = 1,14 %Air = 0,05 %Total = 1
Kebutuhan kelebihan udara =25–35%(tabel 14–6,Nelson,1985,pg 420)Dirancang :Kebutuhan kelebihan udara = 25 %Efisiensi pembakaran = 80 %Maka,
Kebutuhan bahan bakar =
Beban panas boilerEfisiensi pembakaran x NHV
=
36 . 876 .596,94 Btu
jam
80 %×17 . 351 Btu
lb
= 2.656,66 lbjam
= 2.656,66 lbjam x 0,4536
kglb
= 1.205,06
kgjam
Kebutuhan udaraReaksi yang terjadi :1. C + O2 CO2
2. H2 +1
2O2 H2O3. S +O2 SO2
Kebutuhan O2 stoichiometri :C = 87,5 % x kebutuhan bahan bakar x koefisien O2 pada reaksi : BM C
= 87,5 % x 2.656,66 lbjam x 1 x
112 = 193,71
lbjam
H2 = 10,17 % x kebutuhan bahan bakar x koefisien O2 pada reaksi : BM H2
= 10,17 % x 2.656,66 lbjam x
12 x
12 = 67,55
lbjam
S = 1,14 % x kebutuhan bahan bakar x koefisien O2 pada reaksi : BM S
= 1,14 % x 2.656,66 lbjam x 1 x
132 = 0,946
lbjam
Kebutuhan O2 = C + H2 + S
= (193,71 + 67,55 + 0,946)lbjam= 262,206
lbjam
Menentukan BM udaraUdara terdiri dari :
O2 = 21 % berat N2 = 79 % berat
Maka, BM udara = 21 % . 32 + 79 % . 28 = 28,84
Excess O2= 125 % x kebutuhan O2
= 125 % x 322,644 lbjam= 403,305
lbjam
Kebutuhan udara pada boiler =
10021 x kebutuhan kelebihan udara
=
10021 x 262,206
lbjam= 1.248,6
lbjam
= 1.248,6lbjam x 0,4536
kglb= 566,365
kgjam
Blow down (B)Karena efisiensi boiler sebesar 80 %, maka jumlah blow down air boiler sebesar 20 %Blow down = 20 % x jumlah air masuk
= 20 % x 23.075,7512
kgjam= 4.615,15
kgjam
Pemilihan boilerJenis : Fire tube boilerMenurut Nelson, 1985, tabel 18 – 5, pg 608, harga heat flux untuk residual fuel oil
berkisar 8000 – 120000
Btujam . ft 2
Dipilih heat flux sebesar = 50.000
Btujam . ft 2
Luas transfer panas (A)
A =
QbHeatflux =
36 . 876 .596,94 Btu
jam
50000Btu
jam . ft 2 = 737,53 ft2
Dipilih spesifikasi pipa boiler :Nps = 1 inSch no.= 40ID = 1,049 inOD = 1,32 in
Ao = 0,344
ft2
ftL = 16 ft
Jumlah pipa (Nt)
Nt =
AAo . L =
737,53 ft 2
0 ,344ft 2
ft.16 ft
= 133,99 buahDari Kern, tabel 9, pg 842 diperoleh :
Jumlah tube standar = 138 buahSusunan pipa = Triangular PitchJarak antara pipa (pitch) = 1 in
Diameter shell boiler = 151
4 in
Fan udara pembakarFungsi : Mengalirkan udara ke furnace untuk proses pembakaran
Kapasitas = kebutuhan udara = 1.248,6lbjam
= 1.248,6lbjam x
1 lbmol28 ,84 lb= 43,294
lbmoljam
= 43,294 lbmol
jam x 0,4536 kgmol
lbmol x 1000
gmolkgmol
= 19.638,1584
gmoljam
Diperkirakan peningkatan tekanan udara dalam furnace = 0,3 psiMaka, Tekanan udara keluar furnace = 33,663 psi + 0,3 psi = 33,963psiKerja yang dilakukan fan (Wk)
Wk =
γγ−1
. R .T 1 .[( P2
P1)γ−1γ −1]
γ =
cpcv = 1,39
R = 1,987 kal
gmol .K
T1 = 30ºC = 303 K
Wk =
1 ,391,39−1 x 1,987
kalgmol .K x303Kx
[(33,963 psi33,663 psi )
1,39−11,39 −1]
= 5,348 kal
gmol
= 5,348 kal
gmol x
1,56 . 10−6Hp1kal = 8,34.10-6
Hpgmol
Tenaga yang dibutuhkan = Wk = kebutuhan udara
= 8,34.10-6
Hpgmol x 19.638,1584
gmoljam= 0,164 Hp
Dari Vilbrandt, fig 4 – 10 diperoleh Efisiensi motor = 80 %
BHP =
0,164Hp80 % = 0,205 Hp
Dari Ludwig, volume 3, dipakai motor standar NEMA = 0,5 Hp
21. Cooling tower (CT)Fungsi : Mendinginkan kembali air pendingin proses sampai suhu 30ºCJenis : Induced Draft Cooling TowerBanyaknya air pendingin yang masuk cooling tower (M)
M = 57.371,5528
kgjam x 1
jam3600 det ik = 15,9365
kgdet ik
Udara pendinginUdara pendingin masuk cooling tower pada suhu, T1 = 30ºC
Suhu wet bulb (suhu udara basah) = 75ºF = 25ºC (Kern, pg 594)Dari fig 7.5 a, Treyball, pg 232 diperoleh :
Relatif humidity, RH = 85 %
Absolut humidity, Y1’ = 0,016
kg H2O
kg udara kering
Entalphy udara masuk, H1* = 72 kJ
kg udara kering
Air pendinginAir pendingin masuk cooling tower pada suhu, t2 = 90ºCDan suhu keluar dirancang 5ºC diatas suhu wet bulb udara masuk, t1 = 30ºC (Treyball, pg 248)Dari Treyball, pg 251 diperoleh :
Kesadahan air make up = 500 ppmKesadahan air sirkulasi max = 2000 ppm
Dari Treyball, pg 259 diperoleh :
Kecepatan aliran massa air, L’ = 2,7
kg
m2 .sec
Dari Treyball, pg 261 diperoleh :
Kecepatan aliran massa udara, Gud = 2
kg
m2 .sec
Dirancang : Kecepatan aliran massa udara = 1,5 x Gs minP : L = 2 : 1
Densitas air pendingin = 1000
kg
m3
Kecepatan volumetrik air pendingin (Q)
Q =
57 .371,5528 kg
jam
1000kgm3
= 57,3715m3
jam
L’ = 2,7
kg
m2 .sec
=
2,7kgm2 . sec
x 3600sec
jam
1kgl = 9.720
lm2 . jam
=9.720
lm2 . jamx
1 jam60menit x
1gallon3 ,78 L x (0 ,3048
mft )
2
= 3,97
gallonft 2 .menit
=3,97
gallonft 2 .menit x
1m3
264 ,17 gallonx60menit
jamx
(1 ft 0 ,3048m)2
= 7,44
m3
m2 . jam
Luas penampang cooling tower (A)
A =
57,3715 m3
jam
7 ,44m3
m2 . jam = 7,71 m2
Dimensi cooling towerP = Tinggi cooling towerL = Lebar cooling towerA = P x L
7,71 m2 = P x 1
2PP = 3,927 m
L = 1
2P = 1,9635 mMenentukan tinggi kolom
Tabel hubungan tL dengan H*t1 = 30ºCt2 = 90ºCN = 12ΔH = 5
N tL, ºCH*,
kJkg H',
kJkg
1H∗−H '
0 30 100 72 0,03571 35 130 80 0,0202 40 167 100 0,01423 45 212 142 0,01424 50 273 202 0,01425 55 350 280 0,01426 60 502 383 0,00837 65 650 520 0,00768 70 810 660 0,00679 75 1100 860 0,004110 80 1502 1242 0,003811 85 2400 1948 0,002212 90 4000 3201 0,0012
Dari persamaan 7.54, Treyball, pg 247 :
KYa. ZGud
=∫H 1 '
H2 '
dHH∗−H '
Dimana,Kya = koefisien transfer massa fase gas = 2Z = tinggi kolomH* = dari suhu (tl) dipotongkan ke garis ’entalphy of saturated air’ (fig 7.5 a, Treyball)H’ = ditentukan dari grafik hubungan antara tL dengan H*
Dari grafik hubungan tL dengan H* diperoleh :
Slope garis operasi = tan α =
ab =
(4000−72 )(90−30 )
L' .cpGs ' = 65,47
65,47 kcal
kg .° C =
57 . 371,5528 kg
jam. 1kcal
kg . °CGs 'min
Gs’min = 876,303
kgjam
Gs operasi = Gs baru = 1,2 x 876,303
kgjam= 1.051,5636
kgjam
Slope garis operasi baruL ' .cpGs' baru
=H 2 '−H1 '
( t2−t1 )
57 .371,528kg
jam.1kcal
kg .° C
1 .051,5636kgjam
=H 2 '−72
kJkg
(90−30 )°C
H2’ – 72 = 3.273,5H2’ = 3.345,5
Dari persamaan 7.54, Treyball, pg 247 :
KYa. ZGud
=∫H 1 '
H2 '
dHH∗−H '
Z =
GudKYa
∫H1 '
H2 '
dHH∗−H '
Persamaan tersebut dapat diselesaikan dengan Simpson’s Rule
∫H1 '
H2 '
dHH∗−H '
=
53 {0,00357 + (4 x 0,020) + (2 x 0,0142) + (4 x 0,0142) + (2 x
0,0142) + (4 x 0,0142) + (2 x 0,0083) + (4 x 0,0076) + (2 x 0,0067) + (4 x 0,0041) + (2 x 0,0038) + (4 x 0,0022) + 0,0012}
=
53 x 0,3805= 0,634
Maka,
Z =
20,9 x 0,634= 1,408 m
Menentukan kebutuhan air make upUntuk make up dan blow down secara kontinu (Treyball, pg 251)
M = B + E + W …………..(1)Neraca kesadahan air
M.Xm = (B + W) . Xc
M =
(B+W ). XcXm …………..(2)
Persamaan (2) disubstitusikan ke persamaan (1)(B+W ). Xc
Xm = B + E + W
B . Xc+W . XcXm
=B+E+W
B . XcXm
+W . XcXm
=B+E+W
B . XcXm
−B=E+W−W . XcXm
B . Xc−B . XmXm
=E+W . Xm−W . XcXm
B . [ Xc−XmXm ]=E+W . [ Xm−Xc
Xm ]} x
[ XmXc−Xm ]
B = E. [ XmXc−Xm ]
- WDimana :
E = kecepatan air teruapkan, kg
det
W = kehilangan karena udara, kg
det
B = kecepatan blow down, kg
det
M = kecepatan air make up, kg
det
Xc = kesadahan air pada air sirkulasi, ppmXm= kesadahan air pada air make up, ppm
Kecepatan air teruapkan (E)Asumsi : udara keluar cooling tower jenuh dengan uap air
Pada suhu, t2 = 90ºC
H2’ = 3.345,5 kJkg
Dari fig 7.5 a, Treyball diperoleh Y2’ = 0,121
kg H2O
kg udara kering
E = Gud x A x (Y2’ – Y1’)
= 2
kg
m2 .sec x 7,71 m2 x (0,121 – 0,016) = 1,619kg
sec
Air hilang karena efek udara (W)Untuk aliran udara secara mekanis, air hilang = 0,1 – 0,3 dari air sirkulasi (Treyball, pg 248)Dirancang : air hilang = 0,2 %
W = 0,2 % x 15,9365 kg
det ik= 0,0318kg
det ik
Banyaknya blow down (B)
B = 1,619kg
sec x
500 ppm(2000−500) ppm - 0,0318
kgdet ik
= 0,4882 kg
det ik
Kebutuhan air make up (M)M = B + E + W
= (0,4882 + 1,619 + 0,0318) kg
det ik = 2,139kg
det ik
Menghitung tenaga fan
Dari Evan, untuk Induced draft cooling tower : setiap 8000 ft3
menit , udara masuk memerlukan tenaga fan sebesar = 1 Hp
Densitas udara = 1,131
kg
m3
Kecepatan volumetrik udara (Q)
Q =
Gsρudara =
1. 051,5636 kg
jam
1 ,131kgm3
= 929,7644m3
jam
= 929,7644m3
jam x 1 jam
60menit x 35,3134
ft3
m3
= 547,219ft3
menit
Tenaga fan =
1 ,13128 ,84 = 0,039 Hp
Dipakai motor induksi standar NEMA = 0,5 Hp