LAMPIRAN C

PERANCANGAN ALAT PROSESPERANCANGAN TANGKI PENYIMPANAN METHANOL 70%

Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas kelompok Mata Kuliah Perancangan Alat Proses

Disusun oleh : 1. Alief dammar G. E.(2011430100)2. Ari Fitriyadi (2011430101)3. Bagus Nugroho(2011430104)4. Galuh Noermansyah(2011435. Ongky (201143

JURUSAN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTAJAKARTA2015

Tinjauan Pustaka

Tangki merupakan salah satu bagian terpenting dalam setiap alat proses. Pada sebagian besar alat proses, tangki sangat diperhatikan dengan beberapa modifikasi sesuai keperluan yang memungkinkan alat beroperasi pada fungsi yang dikehendaki. Biasanya tahap awal dari perancangan tangki adalah pemilihan tipe/bentuk yang paling sesuai dengan konsisi operasi yang diinginkan. Faktor terpenting yang sesuai yang mempengaruhi pemilihan ini adalah:1. Fungsi dan lokasi tangki2. Sifat alamiah dari fluida yang akan digunakan3. Suhu dan tekanan operasi4. Volume yang dibutuhkan atau kapasitas untuk proses yang akan digunakan

Tangki dapat diklasifikasikan berdasarkan fungsional operasi, suhu dan tekanan operasi, konstruksi material, dan geometri dari tangki itu sendiri. Tipe tangki yang paling banyak dijumpai dapat diklasifikasikan berdasarkan bentuk geometri tangki.1. Open and closed tanks2. Flat-bottomed3. Tangki silindris dengan atap dan dasar tertutup rapat4. Spherical

Tangki pada setiap klasifikasi ini banyak digunakan sebagai tangki penyimpanan dan tangki proses untuk fluida. Range dari setiap proses untuk tangki dapat disesuaikan, dan tidak mudah untuk memenuhi semua kebutuhan dalam berbagai aplikasi. Sangat mungkin untuk menunjukkan beberapa kegunaan umum dari tipe/bentuk umum tangki. Liquid yang tidak berbahaya dalam jumlah yang besar, seperti larutan garam atau larutan yang encer, dapat disimpan dalam sebuah kolam jika hanya dalam jumlah yang kecil, atau dalam bak terbuka yang terbuat dari besi, kayu, atau tangki yang terbuat dari beton untuk jumlah yang besar. Jika fluidanya bersifat toksik, mudah terbakar, atau kondisi penyimpanan dalam bentuk gas, atau jika tekanannya lebih besar dari tekanan atmosferik, system tertutup sangat diperlukan. Untuk penyimpanan fluida pada tekanan atmosferik, biasanya digunakan tangki silinder dengan dasar yang datar dan tutup yang berbentuk kerucut. Bentuk lingkaran digunakan untuk tekanan tangki dimana volume yang dibutuhkan besar. Untuk volume yang lebih kecil dengan tekanan, tangki silindris dengan tutup lebih ekonomis.

1.a Open Vessel (Tangki Terbuka)Open vessel biasanya digunakan sebagai surge tank diantara operasi, sebagai vats untuk proses batch dimana material tercampur, sebagai setting tank, decanter, reactor, reservoir dan lain-lain. Sebenarnya, tangki tipe ini lebih murah daripada tangki tertutup dengan konstruksi dan kapasitas yang sama. Untuk memutuskan menggunakan open tangki ini atau tidak tergantung pada fluida yang ditangani dan tergantung pada proses operasinya. Untuk larutan tidak terlalu encer dengan jumlah besar dapat disimpan dalam sebuah kolam. Sebenarnya kolam tidak dapat juga dikatakan sebagai tangki. Untuk itu tempat penyimpanan sederhana dapat dibuat dengan material yang murah, seperti lempung. Tidak semua tipe lempung dapat digunakan untuk kolam penyimpanan, clay misalnya dengan sifat yang tak mudah tertembus oleh air atau kedap air dapat digunakan.Sebagai contoh penggunaan dari kolam yang terbuat dari lempung pada proses dimana garam dikristalisasi dari air laut dengan evaporasi dengan bantuan sinar matahari. Apabila fluida yang digunakan lebih mempunyai nilai tempat penyimpanan yang lebih baik sangat diperlukan. Tangki sirkular besar yang terbuat dari baja atau beton banyak digunakan untuk kolam pengendapan dengan pengeruk yang berputar akan memisahkan endapan ke dasar tangki. Tangki tipe ini, harus memiliki range diameter dari 100-200 ft dan dengan kedalaman beberapa feet. Open tangki yang lebih kecil biasanya digunakan untuk bentuk sirkular dan terbuat dari baja ringan, pelat beton, dan kadang-kadang dari kayu. Material lain dapat digunakan pada penggunaan terbatas dengan korosi yang cukup tinggi atau masalah kontaminasi sering dijumpai. Bagaimanapun pada umumnya proses di industri sebagian besar tangki yang digunakan terbuat dari baja karena harga yang relative murah dan fabrikasi yang mudah. Pada beberapa kasus, beberapa tangki dilapisi dengan rubber, kaca, atau plastic untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Pada industri makanan umumnya tangki digunakan untuk fermentasi, dimana potongan kayu digunakan pada pembuatan wine dan sejenis minuman keras lainnya. Redwood atau Cyprus tank sering digunakan untuk reservoir penampungan air. Kayu juga digunakan untuk meletakkan baja untuk menangani larutan hidroklorat encer, laktat, asam asetat dan larutan garam. Kayu juga merupakan kebutuhan mutlak karena harganya yang murah pada proses penyamakan, pemasakan bir, dan industri fermentasi. Pada industri makanan dan farmasi biasanya diperlukan untuk menambahkan material pada open tangki dalam proses persiapan campuran. Tangki terbuka kecil atau ketel biasanya digunakan untuk keperluan-keperluan tertentu. Baja yang dilapisi kaca, tembaga, monel, dan tangki yang terbuat dari stainless-steel biasanya digunakan untuk ketahan terhadap korosi dan mencegah kontaminasi pada proses material.

b. Closed VesselFluida yang mudah terbakar, fluida yang bersifat toksik, dan gas harus disimpan pada tangki tertutup. Bahan kimia berbahaya, seperti asam dan kaustik akan mengurangi resiko yang dapat ditimbulkan jika disimpan pada tangki tertutup. Minyak yang mudah terbakar dan produk lain yang sejenis mengharuskan untuk menggunakan tangki dan tangki tertutup pada industri perminyakan dan petrokimia. Penggunaan tangki secara luas pada bidang ini telah menghasilkan usaha yang sangat penting bagi American Petroleum Institute untuk menstandarisasi perancangan untuk kebutuhan keamanan dan ekonomi. Tangki digunakan untuk menyimpan crude oil dan produk dari industri perminyakan umumnya dirancang dan dibuat sesuai dengan standar API 12 C, spesifikasi API untuk tangki penyimpanan minyak mentah. Ini merupakan referensi standar yang digunakan untuk perancangan tangki pada industri perminyakan, tapi juga berguna sebagai referensi untuk aplikasi lain.

2. Tangki dengan Flat BottomsPerancangan tangki yang paling ekonomis yang beroperasi pada tekanan atmosferik adalah tangki silindris yang diposisikan vertical dengan dasar yang datar dan tutup berbentuk kerucut. Pada kasus yang menggunakan umpan yang dipengaruhi oleh gravitasi, tangkinya diletakkan pada ketinggian tertentu dari atas tanah, dan dengan dasar yang datar yang dilengkapi dengan kolom-kolom dan penampang kayu bersilang dengan tiang penyangga dari baja. Silindris, dasar yang datar, tutup berbentuk kerucut dan dilengkapi dengan saluran udara atau lubang angin yang menyebabkan fluida terekspansi dan terkontraksi sebagai akibat dari temperature dan volume yang fluktuatif. Tangki dengan diameter yang lebih besar dari 24 ft dapat dilengkapi dengan tutup yang tersendiri, tangki dengan diameter yang lebih besar serta lebih dari 48 ft, biasanya membutuhkan sekurang-kurangnya 1 kolom sentral sebagai support. Tangki dengan diameter yang lebih besar biasanya dirancang dengan kolom yang banyak atau dengan pelampung, atau atap yang berjembatan yang akan naik atau turun sesuai dengan ketinggian fluida didalam tangki. Jika atap yang berbentuk kubah digunakan, tekanan 2,5 sampai 15 lb per meter persegi dapat digunakan. Tangki ini biasanya diameternya tidak terlalu besar namun lebih tinggi untuk memberikan kapasitas yang lebih besar dari tangki dengan atap yang berbentuk kerucut.

3. Tangki silindris dengan atap dan dasar yang tertutup rapatCylindrical Tangki yang tertutup rapat pada dasar dan atapnya digunakan jika tekanan uap dari fluida yang disimpan memerlukan perancangan yang lebih kuat lagi. Ada kode-kode yang dikembangkan oleh American Petroleum Institute dan American Society of Mechanical Engineer untuk menetukan perancangan tangki. Tangki tipe ini biasanya memiliki diameter 12 ft. Field-erected tangki memiliki diameter melebihi 35 ft dan panjangnya 200 ft. Jika harus menyimpan fluida dengan jumlah besar, tangki yang berbentuk seperti baterai digunakan. Bentuk atap yang tertutup rapat yang bermacam-macam digunakan sebagai atap pada tangki yang berbentuk silinder. Atap yang tertutup rapat ada yang berbentuk hemi-spherical, elips, torispheris, bentuk standar, bentuk kerucut, dan bentuk toriconical. Untuk beberapa keperluan tertentu lempengan tipis digunakan untuk menutup bagian atas tangki. Namun jarang digunakan untuk tangki yang besar. Untuk tekanan kode tidak diberikan oleh ASME, tangki biasanya dilengkapi dengan penutup yang standar. seharusnya tangki yang membutuhkan kode konstruksi dilengkapi oleh ASME-dished atau ellipticaldished. Biasanya yang sering digunakan sebagai atap untuk pressure tangki berbentuk elips. Sebagian besar alat proses pada industri kimia dan petrokimia seperti kolom distilasi, desorber, absorber, scrubber, heat exchanger, pressure-surge tank, dan separator biasanya menggunakan tangki berbentuk silindris dengan kedua ujung yang tertutup rapat yang satu dengan yang lainnya.

4. Tangki sphericalTempat penyimpanan untuk volume yang besar dengan tekanan yang sedang biasanya dibuat dalam bentuk lingkaran atau berbentuk lingkungan. Kapasitas dan tekanan yang digunakan dalam tangki tipe ini bervariasi. Range kapasitas berkisar antara 1000-25000 bbl, dan range tekanan berkisar 10 psig untuk tangki yang lebih besar dan 200 psig untuk tangki yang lebih yang kecil. Gambar 2.2 menunjukkan tangki yang berbentuk silindris yang diposisikan secara horizontal yang berbentuk seperti baterai dan tangki spherical untuk menyimpan produk minyak yang bertekanan diatas 100 psig. Saat gas disimpan di bawah tekanan, volume penyimpanan yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan tekanan penyimpanan. Pada umumnya, saat sejumlah gas disimpan dalam tangki yang berbentuk spherical akan lebih ekonomis jika menggunakan volume dengan jumlah besar, operasi penyimpanan dengan tekanan rendah. Pada penyimpanan dengan tekanan tinggi volume gas menjadi berkurang, karena itulah tangki spherical menjadi lebih ekonomis. Ketika menangani gas dengan jumlah kecil, lebih menguntungkan jika menggunakan tangki penyimpanan yang berbentuk silindris karena biaya pembuatan menjadi faktor yang berpengaruh dan tangki silindris yang kecil lebih ekonomis dari tangki spherical yang kecil. Walaupun spherical vessel memiliki aplikasi proses yang terbatas, mayoritas tekanan disebabkan oleh shell silindris. Head dapat dibuat flat atau datar jika dinding penopangnya sesuai, tetapi lebih banyak dijumpai yang berbentuk kerucut. Head adalah bagian tutup suatu bejana yang penggunaan disesuaikan dengan tekan operasi bejana.

Kriteria dalam perancangan

Sebuah alat proses dapat rusak karena berbagai alasan :

1. Terjadinya deformasi elastis dan plastis yang berlebihanAkibat dari deformasi ini adalahalat gagal melaksanakan fungsinya dan rusak yang membahayakan Deformasi elastic terjadi ketika benda mendapat beban dalam batas elastisnya. Hubungan antara stress f dan strain adalah linier dengan slope E (modulu Elastisitas). Begitu juga dengan lenturan (defleksi) harus dibatasi . Persamaan-persamaan yang digunakan :(1) Stress axial ( tarik dan tekan )ft = P/ A dan fc = - P/A

(2) Hubungan stress dan strain pada daerah elasticf = E x

2. Instabilitas elasticAdalah suatu fenomena yang berkaitan dengan struktur yang memiliki kekakuan yang terbatas yang terkena beban tekan, momen lentur dan kombinasi beban tersebut. Contoh yang khas terjadinya backing pada bejana silindris dengan tekanan luar dan vakum. Hal ini biasanya berkaitan dengan bejana yang berdinding tipis. Bentuk instabilitas elastisitas yang paling sederhana adalah instabilitas pada kolom yang terjadi karena beban tekan axial pada ujung-ujung kolom tersebut. Stress kritis (fcr)yang terjadi diperkirakan dengan rumus EULER : fcr = c2 E / (j/k)2dimana:c : konstanta yang harganya di pengaruhi kondisi ujung-ujung kolomj/k : rasio

3. Instabilitas plastisKriteria yang paling banyak digunakan adalah mempertahankan stress yang terjadi berada dalam daerah elastis bejana konstruksi untuk mencegah deformasi plastis yang terjadi jika yield point terlewati.

4. Brittle ruptureKecenderungan untuk mempergunakan bejana berkonstruksi baja berkekuatan tinggi dengan kualitas yang lebih rendah menaikkan kemungkinan failure karena rupture.

5. CreepKriteria perencanaan yang telah diuraikan pada dasar keadaan strain (regangan) dibawah beban tidak berubah dengan waktu dan untuk bahan ferrous dibawah beban sampai suhu 650O R. diluar suhu tersebut maka material akan mengalami creep dibawah beban. Yang mengakibatkan kenaikan strain dengan waktu. Laju creep tergantung pada material stress dan suhu operasi.

6. KorosiAdalah peristiwa pengerusakkan pada metal yang disebabkan karena peristiwa kimiawi dan electron kimia. Berbagai macam korosi yang dikenal, yaitu : Uniform corrosion Intergranular corrosion Galvanic corrosion Stress corrosionSalah satu pencegahan korosi adalah penambahan tebal metal pada dinding bejana.Pressure vessel merupakan tangki yang digunakan untuk penyimpanan fluida. Biasanya fluida yang disimpan dalam pressure vessel merupakan fluida yang memiliki karakteristik maupun perlakuan khusus

Jenis Jenis Pressure Vessel1. Cylindrical Pressure Vessela. Vertical Cylindrical Pressure Vesselb. Horizontal Cylindrical Pressure Vessel

2. Spherical Pressure Vessel

Komponen Komponen Pressure Vessel-Shell-Head- Flanged Head-Hemispherical Head-Ellipsoidal Head-Torispherical Head- Conical Head-Toriconical Head-Miscellaneous- Support-Accessories

Hal Hal yang Perlu Diperhatikan dalam Pembuatan Pressure Vessel-Pengaruh Korosi-Faktor Keamanan-Proses Pembuatan Pressure Vessel

PERANCANGAN TANGKI PENYIMPANAN METANOL 70%

Fungsi: Menyimpan bahan baku Metanol 90% selama satu bulan dengan kebutuhan produksi 3000 Kg/jamTujuan: a. Menentukan tipe tangki b. Menentukan bahan konstruksi tangki c. Menentukan kapasitas tangki d. Menentukan diameter dan tinggi tangki e. Menentukan tebal dinding tangki f. Menentukan jumlah plate dan tebal shell tiap plate g. Menentukan tinggi head dan tebal head tangki

a. Menentukan Tipe TangkiDalam perancangan dipilih tangki silinder tegak dengan dasar datar (flate bottom) dan atasnya berbentuk kerucut (conical roof) dengan pertimbangan : Kondisi tangki pada tekanan 1 atm dan suhu 30 0C. Konstruksi sederhana sehingga harga lebih ekonomis.b. Menentukan Bahan Konstruksi TangkiDalam perancangan dipilih bahan konstruksi tangki carbon steel SA 283 Grade C, dengan pertimbangan : Memiliki allowable working stress cukup besar. Menyesuaikan dengan sifat fisis bahan baku. Kondisi penyimpanan pada suhu 30 0C dan tekanan 1 atm. Harganya relatif murah.c. Menentukan Kapasitas Tangki1. Menghitung density campuran metanol dan airKomponenMassa (kg) (kg/liter)Volume (liter)

CH3OHH2O27003000,78200,99573452,69301,30

Jumlah30003753,99

Pada kondisi suhu 30 0C metanol = 0,7820 kg/liter air = 0,9957 kg/liter

campuran = = 0,79915 kg/liter = 49,889 lb/ft32. Menghitung kebutuhan metanolKebutuhan metanol= 3000 kg/jamDirancang untuk persediaan satu bulan, maka metanol yang harus disediakan :

= 3000 kg/jam x x 30 hari= 2160000 kg x 2,2046 lb/kg= 4761936 lb3.Menghitung volume campuran masuk tangki :

Volume tangki= = 95450,62 ft3= 2702,86 m3Menggunakan factor keamanan 10%, Maka Volume tangki menjadiVolume tangki= 95450,62 ft3 x 1,1= 104995,682 ft3= 2973,15 m3d. Menentukan Diameter dan Tinggi TangkiUntuk tangki berukuran besar dan tertutup digunakan persamaan 3.12, Brownell and Young

D = H ..................................................................................................(1)Dari persamaan 3.12, Brownel and Young

V = ...........................................................................................(2)

V = V = 5,5873 x H3H = = = 26,59 ft = 8,10 mDiameter tangki :

D = H

= x 26,59 ft = 70.91 ft = 21.61 mDari Appendix E, Brownell and Young hal 346, ukuran standar tangki yang digunakan adalah :D = 70 ftH = 30 ftV = 20560 bbl = 4357,70 m3Sehingga dalam perancangan direncanakan menggunakan satu tangki. Hal ini dikarenakan ukuran standar tangki yang akan digunakan mencukupi kapasitas metanol yang masuk tangki, yaitu 2973,15 m3.e. Menentukan Jumlah Plate dan Tebal Shell Tiap PlateDari Appendix E untuk D = 70 ft dan H = 30 ft, terdapat 5 buah course.Direncanakan menggunakan lebar plate komersial 6 ft sehingga untuk tinggi 30 ft dipakai plate dengan ketebalan berbeda.

6 ft6 ft6 ft6 ft6 ftBahan yang dipilih adalah carbon steel SA 283 Grade C ( tabel 13.1, hal 251, Brownell) dengan karakteristik :F = 12650 psiE = 85 %C = 0,125Tebal dinding tangki dihitung dengan persamaan 3.16, hal 45, Brownell :

ts = + C ...........................................................................................(3)Dimana :ts = tebal shell, inF = stress yang diijinkan, psiaE = effisiensi pengelasanD = diameter tangki, inp = tekanan tangki, lb/in2C = corrosion allowance, in

p = ...........................................................................................(4) = densitas air pada 60 0F = 62,37 lb/ft3H = tinggi dari dasarcourse ke puncak, ftP = tekanan dalam tangki, psiDari persamaan 3 dan 4 diperoleh :

ts = + C

= + 0,125 = 0,016918 (H-1) + 0,125Direncanakan menggunakan shell plate dengan 72 in Butt-welded course (Appendix E, Brownell and Young). Untuk ukuran standart D = 70 ft dan H = 30 ft digunakan 5 course dengan ukuran berbeda.Course 1ts = 0,016918 (H-1) + 0,125 = 0,016918 ( 30 -1) + 0,125= 0,6156 inDari ketentuan seperti pada hal 346, Brownell and Young dipilih tebal shell standar 5/8 in. Direncanakan menggunakan 10 plate untuk tiap coarse dan allowance untuk vertical welded joint (jarak sambungan antar plate) = 5/32 in, lebar = 6 ft.

L = (Brownell and Young, hal 55)Dimana :L = panjang tiap plate, ftD = diameter dalam tangki + tebal shellN = jumlah plateWeld length = n x allowable welded jointSehingga :

L = L = 21,96 ftJadi course 1Panjang plate = 21,96 ftLebar plate = 6 ftTebal plate = 5/8 inCourse 2ts = 0,016918 (H-1) + 0,125 = 0,016918 ( 24 -1) + 0,125= 0,5141 inDipilih tebal shell standar 5/8 in.

L = L = 21,96 ftJadi course 2Panjang plate = 21,96 ftLebar plate = 6 ftTebal plate = 5/8 inCourse 3ts = 0,016918 (H-1) + 0,125 = 0,016918 ( 18 -1) + 0,125= 0,4126 inDipilih tebal shell standar 1/2 in.

L = L = 21,95 ftJadi course 3Panjang plate = 21,95 ftLebar plate = 6 ftTebal plate = 1/2 inCourse 4ts = 0,016918 (H-1) + 0,125 = 0,016918 (12 -1) + 0,125= 0,31 inDipilih tebal shell standar 3/8 in.

L = L = 21,95 ftJadi course 4Panjang plate = 21,95 ftLebar plate = 6 ftTebal plate = 3/8 inCourse 5ts = 0,016918 (H-1) + 0,125 = 0,016918 (6 -1) + 0,125= 0,21 inDipilih tebal shell standar 1/4 in.

L = L = 21,95 ftJadi course 5Panjang plate = 21,95 ftLebar plate = 6 ftTebal plate = 1/4 in

f. Menentukan Top Angle untuk Conical RoofTop angle untuk conical tangki dengan diameter lebih dari 60 ft adalah 3 x 3 x 3/8 (hal 53, Brownell and Young)Bila digunakan 10 plate tiap angle, maka panjang tiap section :

L = L = 21,98 ft

g. Menentukan Tinggi Head dan Tebal Head Tangki Menentukan Tinggi Head Tangki

Sudut adalah sudut cone roof terhadap garis horisontal

Sin = D/(430. ts)= 70/(430 x 3/8 )

= 11,56Tinggi head dihitung dengan persamaan :

tan = h/(0,5D)tan 11,56= h/0,5 x 70h= 0,5 x 70 x tan 11,56= 7,16 ft Menentukan Tebal Head tangkiTekanan penyimpanan = 1 atm = 14,7 psiFaktor keamanan 10 %Sehingga tekanan tangki menjadiP = 1,1 x 14,7 psi= 16,17 psitebal head tangki (Th) dapat dihitung dengan persamaan :

Th= (Pers. 6-154, Brownell)

= = 0,77 inDigunakan Th standar = 13/16 in

Kesimpulan Spesifikasi TangkiFungsi: Menampung Metanol 70% untuk persediaan selama 30 hariKondisi: Temperatur: 30 0CTekanan: 1 atmWujud: cairTipe: Silinder vertikal dengan flat bottom dan head conical roofBahan konstruksi: Carbon Steel SA-283 Grade CJumlah : 1 buahDiameter: 70 ftTinggi: 30 ftJumlah Course: 5 buahCourse 1:Panjang plate: 21,96 ftLebar plate: 6 ftTebal shell: 5/8 inCourse 2:Panjang plate: 21,96 ftLebar plate: 6 ftTebal shell: 5/8 inCourse 3:Panjang plate: 21,95 ftLebar plate: 6 ftTebal shell: 1/2 inCourse 4:Panjang plate: 21,95 ftLebar plate: 6 ftTebal shell: 3/8 inCourse 5:Panjang plate: 21,95 ftLebar plate: 6 ftTebal shell: 1/4 in

Tinggi head: 7,16 ftTebal head: 13/16 inTinggi total: 31,16 ft

Daftar Pustaka

Brownell, Lloyd E., Young, Edwin H.. 1959. Process Equipment Design: Vessel Design. New Delhi: Wiley Eastern Limited.Ulrich, Gael D. 1984. A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics. Singapore: John Wiley & Sons.

D/2h

90