Perhitungan Neraca Massa
July 19, 2017 | Author: stevia satriana | Category: N/A
Short Description
menghitung neraca...
Description
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA A.1 Perhitungan Pendahuluan Kapasitas produksi Gas H2 (99,99%) = 32000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut : 1 tahun
= 330 hari kerja
1 hari kerja
= 24 jam
Basis
= 1 jam
Kapasitas pabrik tiap jam = 34.000 ton/tahun × 1.000 kg/ton × 1 tahun / 330hari × 1hari / 24 jam = 4.292,929kg/jam
A.2 Rotary Dryer (B-101) Fungsi : Mengeringkan umpan serbuk kayu karet sampai kandungan airnya 12 %
SKK
SKK
Konsistensi dari air dried empty fruit bunch adalah 88% = 0,88 maka air dalam serbuk kayu karet dapat diperoleh dengan rumus (Anonim, 2009) sebagai berikut: 4 FAir m kayu karet
kering
100 100 x - 1 97186,4 x 1 13252,69 kg/jam konsistens i 88
Neraca Massa Total F2 = F3 + F4
Neraca Massa Komponen Alur 3 Tunnel dryer dapat menghilangkan air sebanyak 10% dari berat bahan (Riegel, 1998) 3 FUap air
10% x 110439,1 kg/jam 12271,01 kg jam 90%
Universitas Sumatera Utara
Alur 4 F2SKK
=
F4SKK
F2 Air
=
(13252,69+ 12271,01) kg/jam = 25523,7 kg/jam
=
97186,4 kg/jam
Tabel LA.1 Neraca Massa pada Rotary Dryer Komponen
Masuk Aliran 2
Keluar Aliran 3
Aliran 4
SKK
97186,4
Air
25523,7
12271,01
13252,69
122710,1
12271,01
110439,1
Total
97186,4
122710,1
122710,1
A.3 Char Combustor (R-201) Fungsi : Membakar char (arang) SKK hasil dari gasifikasi pada gasifier (R-201)
Tabel LA.2 Komposisi Serbuk Kayu Karet (basis kering) : Komponen C H % berat 49 5,87 Moisture = 50 % berat SKK
O 43,97
N 0,3
S 0,09
Abu 0,86
Sumber : Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste Incineration
Universitas Sumatera Utara
A.3.1 Menghitung Komposisi Char yang Terbentuk dari Gasifikasi SKK Kapasitas bahan baku (SKK) = 97186,4kg (basis kering) A.3.1.1 Karbon (C) pada char SKK Karbon pada SKK
= 49 % kapasitas bahan baku (SKK) = 47621,336 kg
a.
Karbon pada gas hasil sintesa Karbon pada gas hasil sintesa dihitung dengan rumus : Ci
= (BMCi / BMi) x mi
dimana : Ci
= kandungan karbon pada komponen gas i (kg)
BMCi
= berat molekul total unsur karbon dalam komponen gas i (kg/kmol)
BMi
= berat molekul komponen gas i (kg/kmol)
mi
= massa komponen gas i (kg)
Tabel LA.3 Karbon pada Gas Sintesa Komponen i
BMi
BMCi
BMCi / BMi
Mi
Ci
CO2 CO
44,010 28,010
12,000 12,000
0,273 0,428
16630,892 44150,467
4534,667 18914,874
CH4
16,040
12,000
0,748
8573,245
6413,889
C2H4
28,050
24,000
0,856
4965,665
4248,697
C2H6 30,070 24,000 0,798 757,541 Total kandungan karbon pada gas hasil sintesa (gasifikasi) Maka, karbon pada char SKK
604,662 34716,759
= karbon pada SKK – karbon pada gas sintesa = 12904,577 kg
A.3.1.2 Hidrogen (H) pada char SKK Hidrogen pada SKK
= 5,87 % kapasitas bahan baku (SKK) = 5704,842 kg
a.
Hidrogen pada gas hasil sintesa Hidrogen pada gas hasil sintesa dihitung dengan rumus : Hi
= (BMHi / BMi) x mi
dimana : Hi
= kandungan hidrogen pada komponen gas i (kg)
Universitas Sumatera Utara
BMHi
= berat molekul total unsur hidrogen dalam komponen gas i (kg/kmol)
BMi
= berat molekul komponen gas i (kg/kmol)
mi
= massa komponen gas i (kg) Tabel LA.4 Hidrogen pada Gas Sintesa Komponen i
BMi
BMHi
BMHi / BMi
mi
Hi
H2
2,020
2,020
1,000
1430,395
1430,395
CH4
16,040
4,039
0,252
85732,245
2158,918
C2H4
28,050
4,039
0,144
4965,665
715,056
C2H6 30,070 6,059 0,201 757,541 Total kandungan hidrogen pada gas hasil sintesa (gasifikasi)
152,637 4456,723
Maka, Hidrogen pada char SKK
= Hidrogen pada SKK – Hidrogen pada gas sintesa = 1248,119 kg
A.3.1.3 Oksigen (O) pada char SKK a.
Oksigen pada SKK
= 43,97 % kapasitas bahan baku (SKK) = 42732,860 kg
b.
Oksigen pada gas hasil sintesa Oksigen pada gas hasil sintesa dihitung dengan rumus : Oi
= (BMOi / BMi) x mi
dimana : Oi
= kandungan oksigen pada komponen gas i (kg)
BMOi
= berat molekul total unsur oksigen dalam komponen gas i (kg/kmol)
BMi
= berat molekul komponen gas i (kg/kmol)
mi
= massa komponen gas i (kg)
Tabel LA.5 Karbon pada Gas Sintesa Komponen i
BMi
BMOi
BMOi / BMi
mi
Oi
CO2 44,010 32,000 0,727 16630,892 12092,446 CO 28,010 16,000 0,571 44150,467 25219,831 Total kandungan oksigen pada gas hasil sintesa (gasifikasi) 37323,278 Oksigen pada char SKK
= Oksigen pada SKK – Oksigen pada gas sintesa = 5420,583 kg
Universitas Sumatera Utara
A.3.1.4 Nitrogen (N) pada char SKK Karena tidak ada komponen gas sintesa yang mengandung unsur N, maka Nitrogen pada char SKK sama dengan Nitrogen pada SKK. F16N = 0,3 % kapasitas bahan baku (SKK) = 291,559 kg F16N = 291,559 kg
A.3.1.5 Sulfur (S) pada char SKK Karena tidak ada komponen gas sintesa yang mengandung unsur S, maka Sulfur pada char SKK sama dengan Sulfur pada SKK. F16S = 0,09 % kapasitas bahan baku (SKK) = 87,468 kg F16S = 87,468 kg
A.3.1.6 Abu pada char SKK F16abu SKK
= Abu SKK = 835,803 kg
A.3.2 Estimasi formula (rumus molekul) char SKK F16total char SKK = F14C char + F14H char + F14O char + F14N char + F14S char + F14Abu char = 20788,108 kg Tabel LA.6 Komposisi char SKK Komponen berat (kg) % berat (% w)
C H O N S Abu 12904,577 1248,119 5240,583 291,559 87,468 835,803 62,077 6,004 26.075 1,403 0,421 4,021
Digunakan perbandingan antara char kayu poplar dengan char SKK BM char poplar*
= BM1
= 217 g/mol
HHV char poplar*
= HHV1
= 13058,170 Btu/lb
*Sumber : Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005
Menghitung HHV char SKK (HHV2) HHV = 146,58 x % w C + 568,78 x % w H – 51,53 x (% w O + % w N) + 29,45 x % w S – 6,58 % w Abu (Sumber : Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste Incineration)
Universitas Sumatera Utara
Diperoleh HHV2 = 11084,163 Btu/lb
Menghitung BM char SKK (BM2) BM2
= (HHV2 * BM1) / HHV1
BM2
= 184,196 g/mol
Misalkan rumus molekul char SKK : CpHyOzNbStAbur Maka, p = (XC x BM2) / BM C
y = (XH x BM2) / BM H
p = 9,5
y = 11,06
z = (XO x BM2) / BM O
b = (XN x BM2) / BM N
z=3
b = 0,18
t = (XS x BM2) / BM S
r = (XAbu x BM2) / BM Abu
t= 0,024
r = 0,239
Keterangan : XC, XH, XO, XN, XS, dan XAbu masing-masing adalah fraksi berat C, H, O, N, S, dan Abu. Maka formula char SKK adalah : C9,5H11,06O3N0,18S0,024Abu0,239
A.3.3 Menghitung produk pembakaran char SKK Reaksi pembakaran sempurna char SKK : C9,5H11,0O3N0,18S0,02Abu0,24+10,789O29,5CO2 + 0,024SO2 + 0,09N2 + 5,53H2O + 0,239 abu
112,847
1217,510 1072,050 2,708
10,156
624,046
26,971
Char yang terbakar adalah char keluaran Cyclone (H-201) = 99,99 % char yang dihasilkan. Mol char yang terbakar
= (0,9999 x 20788,108 kg) / 184,196 g/mol = 112,847 kmol
O2 teoritis
= 10,789 x 112,847 kmol = 1217,150 kmol
Udara berlebih (excess air) sebagai pembakar = 12 % O2 dalam excess air
= 112 % x 1217,150 kmol = 1363,611 kmol = 43635,548 kg
Universitas Sumatera Utara
Komponen Udara : N2 = 0,79 mol O2 = 0,21 mol Mol udara berlebih total
= 1363,611 kmol / 0,21
= 6493,385 kmol Tabel LA.7 Aliran massa masing-masing komponen udara berlebih (excess air) Komponen Udara
CO2 hasil pembakaran
Kmol/jam
Kg/jam
N2
5129,774
143633,677
O2
1363,611
43635,548
= 1072,050 kmol = 1072,050 kmol x 44 kg/kmol = 47170,178 kg
SO2 hasil pembakaran
= 2,708 kmol = 2,708 x 64 kg/kmol = 173,333 kg
N2 hasil pembakaran
= 10,156 kmol = 10,156 kmol x 28 kg/kmol = 267,645 kg
H2O hasil pembakaran
= 624,046 kmol = 624,046 x 18 kg/kmol
Abu hasil pembakaran
= 11232,822 kg
= 26,971 kmol = 26,971 kmol x 31 kg/kmol = 836,101 kg
F6 Abu
= Abu hasil pembakaran = 836,101 kg
F6CO2
= CO2 hasil pembakaran = 47170,178 kg
F6 SO2
= SO2 hasil pembakaran = 173,333 kg
F6 N2
= N2 hasil pembakaran + N2 dari udara = 143918,053 kg
F6H2O
= H2O hasil pembakaran = 11232,822 kg
F6O2
= O2 excess - O2 teoritis = 146,101 kmol = 4675,237 kg
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.8 Neraca Massa pada Char Combustor Komponen
Masuk (kg/jam) Alur 16 Alur 11 Alur 13
H2O
Keluar (kg/jam) Alur 6 11232,822
N2
143633,677
143918,053
O2
43635,548
4675,237
CO2 SO2 Olivine MgO Abu Char Subtotal Total
47170,178 2616629,854
20786,030 2637415,884
2878,581 3,243
2881,824 187269,225 2827569,011
173,333 2619508,435 3,243 718,172 2,079 2827569,011 2827569,011
Universitas Sumatera Utara
A.4 Gasifier (R-202) Fungsi : Mengubah umpan serbuk kayu karet (SKK) menjadi gas sintesa (gasifikasi). (F14) (F5)
SKK
(F4) (F8)
Tabel LA.9 Parameter Operasi Gasifier, Yield dan Komposisi Gas Hasil Sintesa Variabel Gasifier Tipe Gasifier
Nilai BCL (Battelle Columbus Laboratory
Temperatur Operasi Tekanan Operasi Steam per umpan SKK Olivine yang di-recycle Komposisi gas sintesa
1598 oF (870 oC) 23 psia (1,7 bar) 0,39725 lb/lb SKK (basis kering) 26.92652 lb/lb SKK (basis kering) % mol
H2
20,800
CO2 CO
11,100 46,300
H2O
0,000
CH4
15,700
C2H4
5,200
C2H6 0,740 Gas hasil sintesa 0,03503 lb-mol gas kering/lb SKK (basis kering) Char yang dihasilkan 0,221 lb/lb SKK (basis kering) Sumber : Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005
Universitas Sumatera Utara
A.4.1 Menghitung Aliran Massa Masing-Masing Komponen dalam Gas Hasil Sintesa Massa SKK (basis kering)
= 97186,4 kg = 214259,335 lb
Mol gas hasil sintesa : (N6total) = 0,03503 lb-mol gas kering/lb SKK (basis kering) = 0,03503 x 214259,335 lb = 7505,504 lb-mol gas kering = 3404,439 kmol gas kering Dari tabel di atas, aliran massa masing-masing komponen gas kering dapat dihitung dengan rumus : mi = xi x ngas x BMi dimana : mi
= massa gas komponen i (kg)
xi
= fraksi mol komponen i
ngas
= mol gas kering (kmol)
BMi
= berat molekul komponen gas i Tabel LA.10 Aliran Massa Komponen Gas Komponen gas
xi x ngas (kmol)
BMi
mi (kg)
H2
708,116
2,020
1430,395
CO2 CO
377,889 1576,239
44,010 28,010
16630,892 44150,467
CH4
534,492
16,040
8573,245
C2H4
177,029
28,050
4965,665
C2H6
25,193
30,070
757,541
A.4.2 Menghitung Komponen H2O dalam Gas Sintesa (F14H2O) Kebutuhan Steam (F5) : F5H2O = 0,39725 lb/lb SKK (basis kering) = 0,39725 x 214259,335 lb = 85114,520 lb = 38607,297 kg Maka, H2O dalam gas sintesa : F14H2O = F4H2O + F5H2O = 13252,69 kg + 38607,297 kg = 51859,998 kg A.4.3 Menghitung Olivine yang di-Recycle ke Gasifier (F14olivine) F8Olivine
= 26,927 lb/lb SKK (basis kering)
Universitas Sumatera Utara
= 26,927 x 214259,335 lb = 5769361,113 lb = 2616891,543 kg A.4.4 Menghitung Char yang dihasilkan (F14char) F14char
= 0,221 lb/lb SKK (basis kering) = 0,221 x 214259,335 lb = 47351,313 lb = 20788,108 kg
Tabel LA.11 Neraca Massa pada Gasifier
H2
Keluar (kg) Aliran 14 1430, 395
CO2
16630, 892
CO
44150, 467
Komponen
H2O
Aliran 4
13252,69
Masuk (kg) Aliran 5
Aliran 8
38607, 297
51859, 998
CH4
8573, 245
C2H4
4965, 665
C2H6
757, 541 2616891, 543
Olivine
20788, 108
Char SKK
97186, 400 110439, 090
Total
2616891, 543
38607, 297 2765937, 931
2616891, 543
2765937, 931 2765937, 931
Universitas Sumatera Utara
` A.5. Cyclone (H-201) Fungsi : memisahkan mayoritas 99,9% olivine, abu dan MgO dari gas pembakaran
Efisiensi pemisahan partikel lainnya tergantung dengan ukuran diameter partikelnya (dp). dpolivine
= 200 µm (Fuel Processing Technology 86, 2005, 707 – 730)
dpMgO
= 200 µm (Fuel Processing Technology 86, 2005, 707 – 730)
dpAbu
= 10 µm (Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005)
dpchar
= 2 µm (Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005)
j
1
1 (d pc d pj ) 2 Dimana :
(Cooper, C. D., & Alley F. C, 1986)
ηj
= efisiensi pemisahan partikel (0 < η < 1)
dpc
= diameter partikel dengan efisiensi pemisahan 50 %
dpj
= diameter partikel j (µm)
Mencari nilai dpc dengan menggunakan nilai efisiensi pemisahan olivine yang diinginkan (dpc/dpolivine)2
= (1 – ηolivine) / ηolivine = (1 – 0,9999) / 0,9999 = 0,0001
dpc/dpolivine
= 0,01
dpc
= 0,01 x dpolivine = 2 µm
Mencari efisiensi pemisahan untuk partikel MgO dan Abu ηMgO = ηolivine = 99,99 %
Universitas Sumatera Utara
ηabu
= 1 / [1 + (dpc / dpAbu)2] = 0,962 = 96,2 %
ηchar
= 1 / [1 + (dpc / dpchar)2] = 0,5 = 50 %
F6Olivine
= 2619508,435 kg
F6 Abu
=
786,630 kg
F6MgO
=
3,243 kg
6
F char
=
2,079 kg
F8Olivine
= 0,999 x F6Olivine = 0,999 x 2619508,435 = 2619246,484 kg
F8 Abu
= 0,051 x F6Abu = 0,035 x 786,372 = 756,372 kg
F8MgO
= 0,999 x F6MgO = 0,999 x 3,243 = 3,243 kg
F8char
= 0,999 x F6char = 0,999 x 2,079 = 1,039 kg
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.12 Neraca Massa pada Cyclone (H-201)
H2O
Masuk (kg) aliran 6 11232,822
N2 O2 CO2
143918,053 4675,237 47170,178
Komponen
SO2 Olivine MgO Abu Char Subtotal Total
173,333 2619508,435 3,243 786,630 2,079 2827470,010 2827470,010
Keluar (kg) aliran 7 aliran 8 11232,822 143918,053 4675,237 47170,178 173,333 261,951 2619246,484 0,000 3,243 30,258 756,372 1,039 1,039 207462,872 2620007,138 2827470,010
A.5. Cyclone (H-202) Fungsi : memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char dari gas sintesa
Cyclone (H-202) memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char F14char
= 20788,108 kg
F14Olivine
= 2616891,543 kg
Neraca massa komponen : char
:
F8char
= 99,90% × F6char = 99,90% x 20788,108 = 20786,030 kg
Olivine
:
F8Olivine = 99,90% × F6Olivine = 99,90% x 2616891,543
Universitas Sumatera Utara
= 2616629,854 kg Tabel LA.13 Neraca Massa pada Cyclone (H-202) Komponen
Masuk (kg/jam) Alur 14 1430,395 51859,988 44150,467 16630,892 85732,245 757,541 4965,665 2616891,543 20788,108 2766047,845 2766047,845
H2 H2O CO CO2 CH4 C2H6 C2H4 Olivine Char Subtotal Total
Keluar (kg/jam) Alur 15 Alur 16 1430,395 51859,988 44150,467 16630,892 85732,245 757,541 4965,665 261,689 2616629,854 2,079 20786,030 128631,962 2637415,884 2766047,845
A.7. Mix Point MgO dan Make-up Olivine Fungsi : Titik pencampuran aliran make up olivine + MgO
Olivine (F9)
MgO
(F 10 )
(F11) Olivine MgO
Asumsi Potasium (Kalium) di dalam char SKK adalah 0,2 % berat Aliran MgO ditentukan sebesar 2 kali aliran molar Potasium dalam char. Abu dalam SKK
= 0,86 % massa SKK basis kering = 786,63 kg/jam
Potasium dalam char = 0,2 % x786,63 kg/jam = 1,573 kg/jam BM Potasium = 39,102 g/mol Aliran molar potasium = 1,573 / 39,102 = 0,041 kmol/jam BM MgO = 40,302 g/mol
Universitas Sumatera Utara
F10MgO = 2 x aliran molar potasium = 0,082 kmol/jam = 3,304 kg/jam Make up olivine yang diperlukan adalah 0,11 % dari olivine yang kembali ke R-201 untuk menutupi olivine yang terbuang dari cyclone. F9olivine = 0,0011 x olivine yg di recycle = 0,0011 x 2616891,543kg/jam = 2878,581 kg/jam
A.8. Reformer (R-203) Fungsi : mengkonversi CO, CH4, C2H4, C2H6 menjadi H2.
(F15)
Reaksi : CO
+
H2O
CO2
+ H2
(Reaksi 1)
CH4
+
H2O
CO
+
3 H2
(Reaksi 2)
C2H6 +
2 H2O
2 CO +
5 H2
(Reaksi 3)
C2H4 +
2 H2O
2 CO +
4 H2
(Reaksi 4)
Konversi CO
= 47 % dari total CO input
Konversi CH4
= 20 % dari total CH4 input
Konversi C2H6
= 90 % dari total C2H6 input
Konversi C2H4
= 50 % dari total C2H4 input
Reaksi 1 CO In
:
Reaksi :
7
N
CO
-r
+
H2O 7
N -r
H2O
CO2 7
N
+
H2
CO
N7H2
r
r
Universitas Sumatera Utara
Out
N18CO
:
r
18 N CH X CH 4 4
CH 4 CO
In
N18H2O (1)
+
N18 CO2 (1)
N18H2 (1)
0,20 × N7CO H2O
CO2
+
H2
:
1576,239
2877,913
Reaksi :
740,833
740,833
740,833
740,833
2137,080
740,833
740,833
Out
:
835,407
CO input
CO bereaksi
= 44150,467 kg =
44150,467 kg / 28,01 kg/kmol
=
1576,239 kmol
=
0,47 x 1233,879 kmol
= 579,923 kmol = 579,923 kmol x 28,01 kg/kmol = 20750,720 kg CO sisa
=
44150,467 kg - 20750,720 kg
= 23399,748 kg H2O mula-mula =
H2O bereaksi
51859,988 kg
=
51859,988 kg / 18,02 kg/kmol
=
2877,913 kmol
=
740,833 kmol
=
740,833 kmol x 18,02 kg/kmol
= 13349,802 kg H2O sisa
=
51859,988 kg – 13349,802 kg
= 38510,186 kg
CO2 terbentuk
=
740,833 kmol
= 740,833 kmol x 44,01 kg/kmol = 32604,040 kg H2 terbentuk
=
740,833 kmol
= 740,833 kmol x 2,02 kg/kmol
Universitas Sumatera Utara
= 1408,439 kg
Reaksi 2 CH4 In
:
N7CH4
Reaksi : Out
:
r
In : Reaksi : Out :
+
CH 4 CH4 + 534,492 106,898 427,593
CH4 sisa
+
3H2 N7H2
r
N18H2O (1)
18 N CH X CH 4 4
CO N7CO
-r
N18CH4
CH4 bereaksi
N7H2O
-r
CH4 input
H2O
3r
N18CO (1)
N18H2 (1)
0,20 × N7CH4 H2O 2137,080 106,898 2030,182
CO
+
106,898 106,898
=
8573,245 kg
=
8573,245 kg / 16,04 kg/kmol
=
534,492 kmol
=
0,2 x 534,492 kmol
=
106,898 kmol
=
106,898 kmol x 16,04 kg/kmol
=
1714,649 kg
3 H2 320,695 320,695
= 8573,245 kg - 1714,649 kg = 6858,596 kg
H2O mula-mula =
H2O sisa Reaksi 1 = 38510,186 kg
H2O bereaksi
H2O sisa
CO terbentuk
=
38510,186 kg / 18,02 kg/kmol
=
2137,080 kmol
=
106,898 kmol
=
106,898 kmol x 18,02 kg/kmol
=
1926,308 kg
=
38510,186 kg – 1926,308 kg
=
36583,878 kg
= 106,898 kmol
Universitas Sumatera Utara
H2 terbentuk
=
106,898 kmol x 28,02 kg/kmol
=
2994,222 kg
=
320,695 kmol
=
320,695 kmol x 2,02 kg/kmol
=
647,804 kg
Reaksi 3 C2H6 In
:
2H2O
2CO
N7C2H6
N18H2O (1)
N18CO (1)
N18H2
-r
-2r
2r
4r
N18C2H4
N18H2O (2)
N18CO (2)
N18H2
Reaksi : Out
:
r
+
N C182 H 4 X C 2 H 4 C2 H 4
C2H6 + In : 25,193 Reaksi : 22,673 Out : 2,519 C2H6 input
C2H6 bereaksi
C2H6 sisa
H2O bereaksi
4H2 (1)
(2)
0,50 × N7C2H6
2 H2O 2137,080 45,347 2091,734
2 CO
757,541 kg
=
757,541 kg / 30,07 kg/kmol
=
25,193 kmol
=
0,90 x 25,193 kmol
=
22,673 kmol
=
22,673 kmol x 30,07 kg/kmol
=
681,787 kg
=
757,541 kg - 681,787 kg
=
75,754 kg H2O sisa Reaksi 1
+
45,347 45,347
=
H2O mula-mula =
+
5 H2 113,367 113,367
= 38510,186 kg
=
38510,186 kg / 18,02 kg/kmol
=
2137,080 kmol
=
45,347 kmol
=
45,347 kmol x 18,02 kg/kmol
Universitas Sumatera Utara
= H2O sisa
817,147 kg
=
38510,186 kg – 817,147 kg
=
37693,039 kg
CO terbentuk
= 45,347 kmol = 45,347 kmol x 28,01 kg/kmol = 1270,160 kg
H2 terbentuk
=
113,367 kmol
=
113,367 kmol x 2,02 kg/kmol
=
229,001 kg
Reaksi 4 C2H4 In
:
2H2O
2CO
N7C2H4
N18H2O (1)
N18CO (1)
N18H2
-r
-2r
2r
4r
N18C2H4
N18H2O (2)
N18CO (2)
N18H2
Reaksi : Out
:
r
In : Reaksi : Out :
N C182 H 4 X C 2 H 4 C2 H 4 C2H4 + 177,029 88,515 88,515
C2H4 input
C2H4 bereaksi
C2H4 sisa
+
4H2 (1)
(2)
0,50 × N7C2H4
2 H2O 2137,080 177,029 1960,051
2 CO
+
177,029 177,029
=
4965,665 kg
=
4965,665 kg / 28,05 kg/kmol
=
177,029 kmol
=
0,5 x 177,029 kmol
=
88,515 kmol
=
88,515 kmol x 28,05 kg/kmol
=
2482,832 kg
=
4965,665 kg - 2482,832 kg
=
2482,832 kg
H2O mula-mula =
+
4 H2 354,058 354,058
H2O sisa Reaksi 1 = 38510,186 kg
Universitas Sumatera Utara
=
2137,080 kmol
=
177,029 kmol
=
177,029 kmol x 18,02 kg/kmol
=
3190,064 kg
=
38510,186 kg – 3190,064 kg
=
35320,122 kg
H2O bereaksi
H2O sisa CO terbentuk
= 177,029 kmol =
177,029 kmol x 28,01 kg/kmol
=
4958,584 kg
=
354,058 kmol
=
354,058 kmol x 2,02 kg/kmol
=
7159,197 kg
=
H2 terbentuk total + H2 mula-mula dari R-201
=
4518,878 kg
=
H2O sisa dari reaksi 1 - total H2O bereaksi
=
32576,668 kg
=
CO sisa dari reaksi 1 + CO terbentuk total
=
32611,714 kg
=
CO2 terbentuk dari reaksi 1 + CO2 mula-mula
=
49234,933 kg
H2 terbentuk
F18H2 F18H2O F18CO F18CO2 18
F CH4
=
CH4 sisa reaksi 2 = 6858,596 kg
F18C2H6
=
C2H6 sisa reaksi 3 = 75,754 kg
F18C2H4
=
C2H 4sisa reaksi 4 = 2482,832kg
Banyaknya katalis (olivine) yang diperlukan untuk unit Reformer (R-203) adalah = 60 lb / 243000 lb gas sintesa (Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005) Gas sintesa
= (F17total)
= 128631,962 kg = 283584,933 lb
Katalis yang diperlukan = (F17olivine) =
60 × 283584,933 / 243000
=
70,021 lb
=
31,761 kg
Tabel LA.14 Neraca Massa pada Reformer (R-203)
Universitas Sumatera Utara
Komponen
Masuk (kg/jam) Alur 15 Alur 17
Keluar (kg/jam) Alur 18 Alur 19
H2
1430,395
4518,878
H2O
51859,988
32576,668
CO
44150,467
32622,714
CO2
16630,892
49234,933
CH4
8573,245
6858,596
C2H6
757,541
75,754
C2H4
4965,665
2482,832
Olivine
261,689
Char Total
31,761
2,079 128631,962 31,761 128663,723
261,689
31,761
2,079 128631,962 31,761 128663,723
A.9. Scrubber (D-301) Fungsi : Membersihkan partikel pengotor (char dan olivine) dari aliran gas
Aliran 20 adalah aliran gas panas dari Heat Exchanger H-201. Aliran 21 adalah aliran air pendingin dari utilitas. Aliran 22 adalah aliran gas yang telah bersih dan dingin (T = 60 oC). Aliran 23 adalah aliran air yang diambil dari aliran gas sintesa yang terabsorpsi, dimana berfungsi untuk membersihkan aliran gas dari char dan olivine. Aliran 24 adalah aliran sludge (char dan olivine) yang terserap oleh air.
Universitas Sumatera Utara
Menghitung kebutuhan air Menurut Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005, untuk mendinginkan gas 60 oC, diperlukan air
sintesa dari gasifier tipe BCL sampai temperaturnya mencapai
sebagai pendingin pada suhu 30 oC sesuai dengan hubungan sebagai berikut : Kmol air yang dibutuhkan = (5,5 * kmol aliran gas) – 1083
Tabel LA.15 Komposisi umpan gas masuk Scrubber (D-301) Komponen kg kmol H2
4518,878
2241,507
CO2 CO
49234,933 32622,714
1118,729 1164,644
H2O
32576,668
1808,298
CH4
6858,596
427,516
C2H4
2482,832
88,503
75,754 261,689 2,079 128634,143
2,519 1,249 0,014 6851,855
C2H6 Olivine Char Total
Maka, Kmol air yang diperlukan
= (5,5 * 6851,855 kmol) – 1083 = 36602,202 kmol = 659571,675 kg
Neraca bahan dihitung menggunakan kesetimbangan uap cair (Vapor LiquidEquilibrium, VLE). Algoritma perhitungannya adalah sebagai berikut : 1. Menghitung tekanan uap masing-masing komponen pada kondisi keluar Mixer. Ln Pv = A + B / (C + T) + D*ln (T) + [E*(T^F)] dimana : Pv
= Tekanan uap, Kpa
A, B, C, D, E dan F = Konstanta Antoine untuk masing-masing komponen T
= Temperatur absolute, K
2. Trial fraksi uap aliran keluar Mixer sampai komposisi uapnya ~ 1.
Universitas Sumatera Utara
dimana : Ki
= konstanta kesetimbangan uap-cair komponen i
Zi
= fraksi mol komponen i aliran keluar Mixer
V/F
= fraksi uap aliran keluar Mixer
3. Menghitung komposisi mol uap dan liquid aliran keluar separator. Tabel LA.16 Komponen Uap dan Cairan aliran keluar Scrubber (D-301) Komponen
kmol
H2
zi
A
B
C
2237,068
0,051481
9,183
-107,900
0,000
H2O CO
38412,017 1164,681
0,883968 0,026803
65,930 41,650
-7227,000 -1109,000
0,000 0,000
CO2
1118,721
0,025745
136,600
-4735,000
0,000
CH4
427,593
0,009840
31,350
-1307,000
0,000
2,519
0,000058
44,000
-2569,000
0,000
88,515 2,930 0,012 43454,057
0,002037 0,000067 0,00000027
48,110 1,000 1,000
-2474,000 0,000 0,000
0,000 0,000 0,000
C2H6 C2H4 Olivine (solid) Char Total Komponen
D
E
F
ln Pv
H2
0,164
0,001
2,000
76,619
H2O CO
-7,177 -5,455
0,000 0,000
2,000 2,000
2,993 16,220
CO2
-21,270
0,041
1,000
12,466
CH4
-3,261
0,000
2,000
11,749
C2H6
-4,976
0,000
2,000
9,009
C2H4 Olivine (solid) Char
-5,736 0,000 0,000
0,000 0,000 0,000
2,000 0,000 0,000
9,514 1,000 1,000
Universitas Sumatera Utara
Dengan Trial & Error diperoleh V/F = 0,143 Temperatur 60 oC (333,08 K) dan tekanan 1,021 atm (103,430 kPa) Komponen
Pv (kPa)
H2
Ki
yi
xi
1,9381E+33
1,87401E+31
0,359438
0,000000
H2O CO
19,832 11072775,55
0,192 107066,095
0,191703 0,187123
0,999695 0,000002
CO2
259367,175
2507,902
0,179321
0,000072
CH4
126626,869
1224,394
0,068369
0,000056
8176,341
79,060
0,000376
0,000005
13548,078 2,178 2,718
131,001 0,026 0,026
0,013601 0,000002 0,000000 0,999934
0,000104 0,000067 0,000000 1,000000
C2H6 C2H4 Olivine (solid) Char Total Komponen
Top (kmol)
Top (kg)
Bottom (kmol)
Bottom (kg)
H2
2237,06849
4518,878
0,00000
0,000
H2O CO
1193,12126 1164,61589
21500,045 32620,891
37218,89534 0,06507
670684,494 1,823
CO2
1116,05943
49117,775
2,66206
117,157
CH4
425,51435
6825,270
2,07890
33,346
2,34205
70,425
0,17721
5,329
84,64916 0,01091 0,00004 6223,79416
2374,409 0,975 0,008 117028,657
3,86536 2,51073 0,00991 37230,262
108,423 224,208 1,825 671176,605
C2H6 C2H4 Olivine (solid) Char Total
Aliran 22 adalah aliran sludge (char + olivine) yang terserap oleh air (dikirim ke pengolahan limbah). Asumsi sludge mengandung 50 % berat air (Technical Report NREL/TP-510-37408, 2005) Tabel LA.17 Komposisi Aliran 22 Komponen
Kg
H2O 226,684 Olivine (solid) 224,208 Char 1,825 Total 453,369 Tabel LA.18 Neraca Massa pada Scrubber (D-301)
Universitas Sumatera Utara
Komponen
Masuk (kg) Aliran 20 Aliran 21
H2
4518,878
Aliran 22
Keluar (kg) Aliran 23 Aliran 24
4518,878
0,000
H2O CO
32576,668 659571,675 32622,714
21512,608 670445,286 32620,892 1,821
CO2
49234,933
49117,846
117,087
CH4
6858,596
6825,270
33,326
75,754
70,428
5,326
C2H6 C2H4 Olivine (solid) Char Subtotal Total
2482,832 261,689 2,079 128634,143 659571,675 788205,818
2374,472 108,361 0,000 0,000 117040,395 670711,206
226,645
224,859 1,786 453,290 788205,818
A.10. Knock Out Drum Fungsi : Untuk memisahkan fasa cair gas sintesa dari campuran fasa gasnya.
Neraca massa dihitung dengan menggunakan kesetimbangan uap cair (Vapor Liquid Equilibrium, VLE). Rumus perhitungannya adalah sebagai berikut : 1. Menghitung tekanan uap masing-masing komponen pada kondisi keluar ln Pv = A-B/(C+T) dimana : Pv
(Sumber: Perry's,1999)
=
Tekanan uap, kPa
A, B, dan C
=
konstanta Antoine untuk masing-masing komponen
T
=
Temperatur (K)
2. Trial fraksi uap aliran keluar sampai jumlah fraksi uapnya ~ 1 C
i 1
K i zi 1 1 ( K i 1) VF
i = 1,…C
(Pers. 13-13, Perry's,1999)
Universitas Sumatera Utara
dimana :
Ki
= konstanta kesetimbangan uap-cair komponen i
zi
= fraksi mol komponen i aliran keluar
V/F
=
fraksi uap aliran keluar
Temperatur = 316,5 K dan tekanan 2503 kPa Dengan Trial & Error diperoleh V/F = 0,9164
Tabel LA.19 Komponen Uap dan Cairan aliran keluar knock out drum Komponen H2 H2O CO CO2 CH4 C2H6 C2H4 Subtotal
kmol zi Pv (T =316,15) 2237,066 0,519 1,938x1033 390,624 0,09 19,832 1164,016 0,27 11072775,55 1,119 0,0002 259367,17 427,138 0,099 126626,87 2,519 0,001 8176,34 88,290 0,021 13548,078 4310,771 1,0000 Komponen
Ki ( Pv/Pt) 7,743x1029 0,008 4423,8 103,623 50,59 3,267 5,413
yi xi 0,566 0,000 0,008 0,994 0,295 0,000 0,000 0,000 0,108 0,002 0,001 0,000 0,022 0,004 1,00000 1,00000
Top KOD (kmol)
Bottom KOD (kmol)
H2
2237,066
0,000
H2O CO
31,216 1163,992
359,409 0,024
CO2
1,118
0,001
CH4
426,369
0,769
2,451
0,068
86,826
1,463
0,000 0,000 3950,391
0,000 0,000 339,054
C2H6 C2H4 Olivine (solid) Char Subtotal
Tabel LA.20 Neraca Massa pada Knock Out Drum Komponen
Masuk (kg/jam) Alur 26
H2
4518,872
Keluar (kg/jam) Alur 27 Alur 28 0,000 4518,872
H2O CO
7039,052 32604,087
562,507 32603,415
6476,545 0,672
Universitas Sumatera Utara
CO2
49,235
49,192
0,043
CH4
6851,286
6838,953
12,332
C2H6
75,512
69,230
1,839
C2H4 Subtotal Total
2476,526 53614,570 53614,570
2435,479 41,048 47077,648 6532,479 53614,570
A.11. Pressure Swing Adsorption (PSA) Fungsi : memurnikan produk gas H2.
N29 H2 T = 43,3 oC P = 24,7 atm
H2 CO2 CO H2 O CH4 C2H4 C2H6 (N27) T = 43,3 oC P = 24,7 atm
T = 43,3 oC P = 24,7 atm
N30
H2 CO2 CO H2 O CH4 C2H4 C2H6
Adsorben yang digunakan dalam PSA adalah campuran zeolite dengan karbon aktif Kinerja PSA: Mengadsorbsi 100 Purging
5
% gas CO2, CO, C2H4, C2H6, CH4, dan H2O % gas H2
(Sumber : Gas Purification, Kohl & Nielsen, page 1082) H229 = 5/100 x 4518,872 = 225,944 H2
28
= H26- H29 = 4518,872 – 225,944 = 4292,929
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.21 Neraca Massa pada Pressure Swing Adsorber (D-401) Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Alur 27
Alur 29
Alur 30
H2
4518,878
4292,929
225,944
H2O
562,507
562,507
CO
32603,415
32603,415
CO2
49,192
49,192
CH4
6838,953
6838,953
C2H6
69,230
69,230
C2H4
2435,479
2435,479
Subtotal
47077,648 47077,648
Total
4292,929
42784,719 47077,648
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI Basis perhitungan
= 1 jam operasi
Satuan operasi
= kJ
Kapasitas produksi
= 34.000 ton/tahun
Suhu Referensi
= 25 oC
Tabel LB.1 Data Kapasitas Panas Komponen Gas ( kJ/mol K) Komponen
a
b
c
d
H2
27,1430244
0,009273762
-1,38081E-05
7,6451E-09
CO2 CO
19,7951904 30,8692764
0,073436472 -0,012853476
-5,60194E-05 2,78925E-05
1,71533E-08 -1,27153E-08
H2O
32,2425468
0,001923835
1,05549E-05
-3,59646E-09
CH4
19,2509064
0,05212566
1,19742E-05
-1,13169E-08
C2H4
3,8058012
0,15658632
-8,34848E-05
1,75511E-08
C2H6
5,4093456
0,178106472
-6,93753E-05
8,71273E-09
Tabel LB.2 Data Panas Perubahan Fasa Komponen (Reklaitis, 1983). Komponen
∆Hvl pada titik didihnya (kJ/mol)
H2O
40,6562
Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas Komponen Cair ( kJ/mol K) Komponen
a
H2
0,000066653
0,0067659
-0,00012363
0,00047827
CO2 CO
-8,3043 0,000065429
0,10437 0,028723
-0,00043333 -0,00084739
6,0052E-07 0,0019596
H2O
0,27637
-0,0020901 0,000008125
-1,4116E-08
CH4
0,000065708
C2H4
0,24739
C2H6 0,000044009 (Perry’s, 2007)
b
0,038883
c
d
-0,00025795
0,00061407
-0,004428 0,000040936
-1,697E-07
0,089718
0,00091877
-0,001886
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.4 Data Panas Reaksi Pembentukan Komponen Komponen
Hf (kJ/mol)
H2
0,000
CO2 CO
-393,685 -110,615
H2O
-241,997
CH4
-74,902
C2H4
52,335
C2H6
-84,741
Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) : Cp a bT cT 2 dT 3 Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi : T2
T2
CpdT (a bT CT
T1
dT 3 )dT
T1
T2
CpdT
2
a (T2 T1 )
T1
b c 3 d 2 2 3 4 4 (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) 2 3 4
Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah : T2
Tb
T2
CpdT Cp dT l
T1
T1
H Vl Cp v dT Tb
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi : T
T
2 2 dQ rH r (T ) N CpdTout N CpdTin dt T1 T1
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan neraca panas untuk peralatan yang mengalami perubahan panas: LB.1 Rotary Dryer (B-101) Fungsi : Mengeringkan umpan serbuk kayu karet (SKK) sampai kandungan airnya 12 %
Panas Masuk Alur 2 303 ,15
Panas masuk = N ( 2) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.5 Neraca panas masuk alur 2 Komponen
F (kg/jam)
H2O SKK Total
25523,700 97186,400
N (mol/jam) 1416409,545 677537,026
∫ CpdT 0,097 0,006
Q (kJ/jam) 137391,725 4065,222 141456,947
Panas Keluar Alur 3 393 ,15
Panas keluar = N (3) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.6 Neraca panas keluar alur 3 Komponen H2O Total
F (kg/jam) 12271,01
N (mol/jam) 680966,149
∫ CpdT 3,514
Q (kJ/jam) 2392915,047 2392915,047
Panas Keluar Alur 4 393 ,15
Panas keluar = N ( 4) senyawa
Cp dT
298 ,15
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.7 Neraca panas keluar alur 4
Qsteam
Komponen
F (kg/jam)
H2O SKK Total
13252,690 97186,400
N (mol/jam) 735443,396 677537,026
∫ CpdT
Q (kJ/jam)
3,514 0,114
2584348,093 77239,220 2661587,313
= (2661587,313+ 2392915,047) – 141456,947 kJ/jam = 4913045,414 kJ/jam
Pada temperatur 146oC, dan tekanan 172 kPa maka H superheated steam adalah 3381,5 kJ/kg dan pada temperatur 120oC, dan tekanan 172 kPa maka H= 3216,5 kJ/kg (Reklaitis,1983) msteam
= 4913045.414: (3.381,5 – 3.216,5) = 29776,032 kg/jam Tabel LB.8 neraca panas rotary dryer Komponen Umpan Produk Panas yang dibutuhkan Total
Qmasuk (kJ/jam)
Qkeluar (kJ/jam)
141456,947 5054502,361 4913045,414 5054502,361
5054502,361
LB.2 Char Combustor (R-201) Fungsi : Membakar char (arang) SKK hasil dari gasifikasi pada gasifier (R-202)
Universitas Sumatera Utara
Panas Masuk Alur 16 1143 ,15
Panas masuk = N (16 ) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.9 neraca panas masuk alur 16 Komponen
N (mol)
Olivine
∫ CpdT
Q (kJ/jam)
29301566,116
78,170
2,2905x109
112847,345
635,080
71667091,946
Char
Jumlah
2362170515,246
Panas Masuk Alur 11 303 ,15
Panas masuk = N (11) senyawa
Cp dT
298 ,15
Panas Alur 11 = Panas Alur 9 + Panas Alur 10 Tabel LB.10 neraca panas masuk alur 11 Komponen
N (mol)
MgO Olivine
∫ CpdT
Q (kJ/jam)
80,470
0.0001
0,014
32234,946 Jumlah
0,46258
14911,080 14911,080
Panas Masuk Alur 13 Alur 13 adalah aliran udara pembakar yang berasal dari Blower (G-201). T13 = 300C 352 ,313
Panas masuk = N (13) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.11 neraca panas masuk alur 13 Komponen
N (mol)
∫ CpdT
Q (kJ/jam)
N2
5129774,192
1,574
8151211,191
O2
1363610,861 Jumlah
1,593
2233594,591 10384805,782
Panas Keluar Alur 6 Panas Reaksi C9.5H11.06 O3N0.18S0.024Abu0.239 +10,789 O2 9,5 CO2+ 0,024 SO2 +0,09 N2 + 5,53 H2O + 0,239 Abu
r
= 112,847 kmol/jam
Universitas Sumatera Utara
Hr x r
= [(9,5 Hof CO2 + 0,024Hof SO2 + 0,09 Hof N2 + 5,53Hof H2O + 0,239Hof Abu ) – (Hof char + 10,789 Hof O2] x r
= -5,0887x106 kJ/kmol x 112,847 kmol/jam = -5,7424x108 kJ/jam T = 928,222 0C 1255 , 372
Panas keluar = N ( 6) senyawa
Cpl dT
298 ,15
Tabel LB.12 neraca panas keluar alur 6 Komponen
∫ CpdT
N (mol)
Q (kJ/jam)
N2
5139930,451
29,520
151730746,900
O2
146101,164
38,800
5668725,151
SO2
2708,336
41,810
113235,511
CO2
1072049,507
40,970
43921868,283
H2O
624045,660
33,500
20905529,614
Abu
26970,509
1,244
33551,313
29301598,351
92,645
2714646579,239
80,470 0,004828
0,035 645,52
2,800
Olivine MgO Char
Jumlah
3,117 2937020238,811
Maka, selisih panas adalah : T2 T2 dQ ΔH r (T) N CpdTout N CpdTin dt T1 T1 = -5,7424x108 + 2937020238,811– 23,6217x108 – 14911,080- 10384805,782 =0 Tabel LB.13 neraca panas char combustor Komponen Umpan
Qmasuk (kJ/jam) 2372570232,108
Produk
2937020238,811 -0,57424x109
Panas reaksi Total
Qkeluar (kJ/jam)
2372570232,108
2372570232,108
Universitas Sumatera Utara
LB.3 Cyclone (H-201) Fungsi : memisahkan mayoritas 99,9% olivine,abu dan MgO dari gas pembakaran
Panas Masuk Alur 6 T6 = 928,222 0C Q6 = 2937020238,811 Panas Keluar Alur 7 T7 = 928,222 0C 1255 , 372
Panas keluar = N ( 7) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.14 neraca panas keluar alur 7 Komponen
N (mol)
∫ CpdT
Q (kJ/jam)
N2
5139930,451
30,951
159085987,389
O2
146101,164
40,662
5940765,531
SO2
2708,336
43,906
118912,200
CO2
1072049,507
43,354
46477634,326
H2O
624045,660
34,944
21806651,543
Abu
976,062
1,295
1264000,290
2933,380 0,004828 Jumlah
92,145 645,52
270296,300
Olivine Char
3,117 234964250,696
Panas Keluar Alur 8 T8 = 928,222 0C 1255 , 372
Panas keluar = N (8) senyawa
Cp dT
303 ,15
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.15 neraca panas keluar alur 8 Komponen Abu Olivine MgO Char
N (mol)
∫ CpdT
Q(kJ/jam)
24399,100
1,295
31596,835
29330867,682
92,145
2702692802,558
80,457 0,004828 Jumlah
0,035 645,52
2,833 3,117 2702724405,343
Tabel LB.16 neraca panas cyclone Komponen Umpan
Qmasuk (kJ/jam) 2,937020x109
2,937020x109
Produk Total
Qkeluar (kJ/jam)
2,937020x109
2,937020x109
LB.4 Gasifier (R-202) Fungsi : Mengubah umpan serbuk kayu karet (SKK) menjadi gas sintesa (gasifikasi)
Panas Masuk Alur 4 T4 = 120 0C Q4 = 2661587,313 kJ/jam
Panas Masuk Alur 8 T8 = 928,222 0C
Universitas Sumatera Utara
1201, 372
Panas masuk = N (8) olivine
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.17 neraca panas masuk alur 8 Komponen Olivine
N (mol) 29304496,566 Jumlah
∫ CpdT 83,56
Q (kJ/jam) 2448683733,055 2448683733,055
Panas Keluar Alur 14 T14 = 870 0C (Kinchin and Bain, 2005) 1143 ,15
Panas keluar = N (14 ) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.18 neraca panas keluar alur 14 Komponen
N (mol)
∫ CpdT
Q (kJ/jam)
H2
708116,337
24,950
17667502,608
CO2
377888942
34,430
13010716,273
CO
1576239,461
26,360
41549672,192
H2O
2877912,781
29,340
84437960,995
CH4
534491,567
47,850
25575421,481
C2H4
177029,054
63,770
11289142,774
C2H6
25192,596
80,640
2031530,941
29304496,566
78,170
2290732496,564
112858,629 Jumlah
635,080
71674258,105
Olivine Char
2557968701,933
dQ/dt
= Qout - Qin
0 Q5
= 2557968701,8166 – (2661587,313 + Q5 + 2,44868E+09) = 106623381,770 kJ
Setelah Trial & Error diperoleh T5 = 146 0C Panas Masuk Alur 5 Alur 5 adalah aliran steam tekanan rendah ( P = 1, 7 atm). T5 = 146 0C Panas masuk =
519,15 373,15 N Cpl dT ΔHvl Cpv dT (5) senyawa 298,15 373,15
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.19 neraca panas masuk alur 5 Komponen
N (mol)
H2O
2142469,312
∫CpLdT 2,520
Hvl (kJ/mol) 40,683
∫CpVdT
Q (kJ/jam)
0,904 94498184,458
Jumlah
94498184,458 Tabel LB.20 neraca panas gasifier (R-201) Komponen
Qmasuk (kJ/jam)
Qkeluar (kJ/jam)
2,5579687x109
Umpan
2,5579687x109
Produk 2,5579687x109
Total
2,5579687x109
LB.3 Cyclone (H-201) Fungsi : memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char dari gas sintesa
Panas Masuk Alur 14 T14 = 870 0C Q14 = 2407475657,0619 kJ Panas Keluar Alur 15 T = 870 0C 1143 ,15
Panas keluar = N
15 senyawa
Cp dT
298 ,15
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.21 neraca panas keluar alur 15 ∫ CpdT
Q (kJ/jam)
708116,337
24,950
17667502,608
CO2 CO
377888,942 1576239,461
34,430 26,360
13010716,273 41549672,192
H2O
2877912,781
29,340
84437960,995
CH4
534491,567
47,850
25575421,481
C2H4
177029,054
63,770
11289142,774
C2H6
25192,596
80,640
2031530,941
2930,450 11,286 Jumlah
78,170 635,080
229073,250 7167,426
Komponen
N(mol)
H2
Olivine Char
195798184,917
Panas Keluar Alur 16 T16 = 870 0C 1143 ,15
Panas keluar = N (16 ) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.22 neraca panas keluar alur 16 Komponen Olivine Char
N (mol)
∫ CpdT
Q (kJ/jam)
29301566,116
78,170
2,2905x109
112847,345
635,080
71667091,946
Jumlah
2362170515,246
Tabel LB.23 neraca panas cyclone Komponen Umpan
Qmasuk (kJ/jam) 2,5579687x109
2,5579687x109
Produk Total
Qkeluar (kJ/jam)
2,5579687x109
2,5579687x109
Universitas Sumatera Utara
LB.6 Reformer (R-203) Fungsi : mengkonversi CO, CH4, C2H4, C2H6 menjadi H2.
Panas Masuk Alur 7 T15 = 870 0C Q15 = 195798184,917 kJ/jam Panas Masuk Alur 17 T17 = 870 0C 1168 ,15
Panas keluar = N (17 ) senyawa
CpdT
298 ,15
Tabel LB.24 neraca panas keluar alur 17 Komponen
N (kmol)
katalis olivine
335,946
∫ CpdT
Q (kJ/jam)
0,463
155,543
Panas Keluar Alur 19 T19 = 750,556 0C 1048 , 706
Panas keluar = N (19 ) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.25 neraca panas keluar alur 19 Komponen Olivine
F (kg/jam)
N (mol/jam)
31,761 Jumlah
355,666
∫ CpdT 67,127
Q (kJ/jam) 23565,862 23565,862
Universitas Sumatera Utara
Panas Keluar Alur 18 T18 = 750,556 oC =1048,706 K 1048 , 706
Panas keluar = N (18) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.26 neraca panas keluar alur 18 Komponen H2
F (kg/jam)
N (mol/jam)
∫ CpdT
Q (kJ/jam)
1430,395
708116,216
21,304
15085707,866
H2O
51859,988
2877912,781
24,941
71778022,671
CO
44150,467
1576239,461
22,385
35284120,334
CO2
16630,892
377888,942
27,960
10565774,818
CH4
8573,245
534491,567
38,993
20841429,672
C2H6
757,541
25192,596
65,560
1651626,594
C2H4
4965,665
177029,054
52,280
9255078,943
291,689
3266,396
67,125
219256,832
11,286
545,306
6154,324
Olivine Char
2,079 Jumlah
164687172,053
Panas Reaksi : Reaksi 1 : CO
+
r1 Hr x r1
H2O
CO
+ H2
= 740,833 kmol/jam = [(Hof CO + Hof H2) – (Hof CH4 + Hof H2O] x r = -41150,01 kJ/kmol x 740,833 kmol/jam = -30485259,300 kJ/jam
Reaksi 2 : CH4
+
r1 Hr x r1
H2O
CO
+ 3H2
= 106,898 kmol/jam = [(Hof CO + 3Hof H2) – (Hof CH4 + Hof H2O] x r = 206160 kJ/kmol x 106,898 kmol/jam = 22038156,281 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Reaksi 3 : C2H6
+
r1 Hr x r1
2H2O
2CO
+ 5H2
= 22,673 kmol/jam = [(2Hof CO + 5Hof H2) – (Hof C2 H6 + 2Hof H2O] x r = 347296 kJ/kmol x 22,673 kmol/jam = 7874223,042 kJ/jam
Reaksi 4 : C2H4
+
2H2O
2CO
+ 4H2
r4 Hr x r4
= 88,515 kmol/jam = [(2Hof CO + 4Hof H2) – (Hof C2H4 + 2Hof H2O] x r
Hrtotal .r
= 210340 kJ/kmol x 88,515 kmol/jam = 18618145,605 kJ/jam = (Hr1.r1 + Hr2.r2 + Hr3.r3 + Hr4.r4 ) =
18045265,628 kJ/mol T
T
2 2 dQ rH r (T) N CpdTout N CpdTin dt T1 T1
= 18045265,628 + 164687172,053 + 23565,862 – 195798184,917 - 155,543 = 0 kJ/jam Tabel LB.27 neraca panas reformer (R-203) Komponen
Qmasuk (kJ/jam)
Umpan
Qkeluar (kJ/jam)
182732437,681 16,4687x107
Produk
1,8045x107
Panas reaksi Total
182732437,681
182732437,681
LB.7 Waste Heat Boiler (E-201) Fungsi : menurunkan temperatur gas sintesa yang keluar dari reformer (R-203) Air umpan boiler,60 C
H2 CO2 (N18) CO H2O CH4 T = 750,556 C C2H4 P = 1,3 atm C2H6
(N20) T = 150 C P = 1,15 atm
E-201
H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6
Steam,146 C
Universitas Sumatera Utara
Panas Masuk Alur 18 T18 = 750,556 0C Q18 = 164687172,053 kJ/jam Panas Keluar Alur 20 T20 = 150 0C 423 ,15
Panas keluar = N ( 20 ) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.28 neraca panas keluar alur 20 Komponen
N (mol)
∫ CpdT
Q (kJ/jam)
H2
2237068,493
3,608
8071343,124
CO2 CO
1807806,194 1164680,955
4,201 3,653
7594593,819 4254579,528
H2O
1118721,489
2,953
3303584,557
CH4
427593,253
4,718
2017384,971
2519,259
7,221
18191,573
88514,526 2930,449 11,285 Jumlah
5,946 11,564 93,946
526307,377 33887,719 1060,261 25820932,931
C2H4 C2H6 Olivine Char
Panas jenis air umpan boiler pada suhu 600C = 251,3 kJ/kg dQ dt
Q20 – Q18
=
25820932,931kJ/jam - 164687172,053 kJ/jam
= -138866239,122 kJ/jam TH2O steam keluar = 146 0C (419,15 K) Jumlah air umpan boiler yang dibutuhkan : Fair =
Q H 419 ,15 K H 303,15 K
Fair =
138866239,122 kJ / jam ( 2762, 485 251,3) kJ / kg
= 55299,087 kg/jam Q air umpan waste heat boiler yaitu : 251,3 kJ/kg x 55299,087 kg/jam = 13896660,696 kJ/jam Q steam yang dihasilkan yaitu : 2762,485 kJ/kg x 55299,087 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
= 152762899,818 kJ/jam Tabel LB.29 Neraca Panas pada Waste Heat Boiler (E-201) Komponen
Qmasuk (kJ/jam)
Umpan
164687172,053
Produk
25820932,931
Air Pendingin Total LB.8
Qkeluar (kJ/jam)
-138866239,122 25820932,931
25820932,931
Scrubber (D-301)
Fungsi : -
Mendinginkan aliran gas panas sampai temperaturnya 60 oC
-
Membersihkan partikel pengotor (char dan olivine) dari aliran gas
Panas Masuk Alur 20 T20 = 150 0C Q20 = 25820932.931kJ/jam Panas Keluar Alur 21 T21 = 60 0C 333 ,15
Panas keluar = N ( 21) senyawa
Cp dT
298 ,15
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.30 neraca panas keluar alur 21 Komponen
F (kg/jam)
N (kmol/jam)
CpdT
Q (kJ/jam)
H2
4518,872
2237065,527
1,009
2257199,117
H2O
7039,052
390624,391
1,186
463398,464
CO
32604,087
1164015,975
1,016
1182640,230
CO2
49,235
1118,721
0,713
798,114
CH4
6851,286
427137,506
1,234
527087,683
C2H6
75,512
2511,207
1,812
4550,307
C2H4
2476,526 Jumlah
88289,711
1,496
132081,408 4567755,323
Panas Keluar Alur 24 T24 = 60 0C 333 ,15
Panas masuk = N ( 24 ) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.31 neraca panas keluar alur 24 Komponen
F (kg/jam)
N (mol/jam)
CpdT
Q (kJ/jam)
H2O
25083,368
1391973,807
1,186
1651301.196
CH4
0,007
0,436
1,234
0.539
C2H6
0,0007
0,023
1,812
0.042
0,528
1,496
0,789
C2H4
0,016 Jumlah
1651302,566
Panas Keluar Alur 22 T22 = 60 0C 333 ,15
Panas keluar = N ( 22 ) senyawa
Cp dT
298 ,15
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.32 neraca panas keluar alur 22 Komponen
N (kmol/jam)
F (kg/jam)
H2
CpdT
Q (kJ/jam)
0,006
2,966
1,009
2,993
H2O
454,248
25207,991
1,186
29896,677
CO
18,626
664,980
1,016
675,620
CO2
49185,698
1117602,767
0,713
796850,773
CH4
7,303
455,292
1,234
561,830
C2H6
0,241
8,028
1,812
14,548
C2H4
6,290
224,255
1,496
335,486
261,689
2930,450
3,238
9488,796
11,286
26,305
296,875
Olivine Char
2,079 Jumlah
838123,597
Tabel LB.33 neraca panas scrubber Komponen Umpan
Q (kJ/jam) 2,445 x107
2,445 x107
Produk Total
Q (kJ/jam)
2,445 x107
2,445 x107
LB.9 Cooler (E-301) Fungsi : menurunkan temperatur gas sintesa yang keluar dari scrubber (D-301)
Panas Masuk Alur 23 T23 = 60 0C
Universitas Sumatera Utara
333 ,15
Panas masuk = N ( 23) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.34 neraca panas masuk alur 23 Komponen
F (kg/jam)
N (kmol/jam)
CpdT
Q (kJ/jam)
H2
4518,872
2237065,527
1,009
2257199,117
H2O
7039,052
390624,391
1,186
463398,464
CO
32604,087
1164015,975
1,016
1182640,230
CO2
49,235
1118,721
0,713
798,114
CH4
6851,286
427137,506
1,234
527087,683
75,512
2511,207
1,812
4550,307
88289,711
1,496
132081,408
C2H6 C2H4
2476,526 Jumlah
4567755,323
Panas Keluar Alur 25 T25 = 43,33 0C 316 , 48
Panas keluar = N ( 25 ) senyawwa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.35 neraca panas keluar alur 25 Komponen
F (kg/jam)
N (mol/jam)
CpdT
Q (kJ/jam)
H2
4518,872
2237065,527
0,528
1181170,598
H2O
7039,052
390624,391
0,622
242968,371
CO
32604,087
1164015,975
0,530
616928,467
CO2
49,235
1118,721
0,361
403,858
CH4
6851,286
427137,506
0,637
272086,591
75,512
2511,207
0,927
2327,889
2476,526 88289,711 Jumlah
0,765
67541,629
C2H6 C2H4
2383427,404
Besarnya panas yang perlu diserap agar suhu operasi dapat tercapai adalah : dQ/dt = Qout – Qin = -2184327,919 kJ Suhu Air pendingin masuk
= 30oC = 303,15 K
Suhu Air pendingin keluar
= 43,33 oC
= 316,48 K
Universitas Sumatera Utara
316 , 48
CpdT
= 3,415 kJ/mol
303,15
Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah : Nair
=
Q1
=
316,48
C dT
2184327,919 = 639,627 kmol 3,415
p
303,15
Fair
= N Air BMAir 639,627 × 18,05
= 11545,267 kg
Tabel LB.36 neraca panas cooler (E-302) Komponen Umpan
Qmasuk (kJ/jam)
Qkeluar (kJ/jam)
4567755,323
Produk
2383427,404
Panas yang dilepas
2184327,919
Total
4567755,323
4567755,323
LB.10 Knock Out Drum (D-302) Fungsi : Untuk memisahkan fasa cair gas sintesa dari campuran fasa gasnya.
Panas Masuk Alur 25 T25 = 43,33 0C Q25 = 2383427,404 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Panas Keluar Alur 26 T26 = 43,33 0C 316 , 48
Panas keluar = N ( 26) senyawwa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.37 neraca panas keluar alur 26 Komponen H2
F (kg/jam)
N (mol/jam)
CpdT
Q (kJ/jam)
4518,872
2237065,527
0,528
1180704,175
562,507
31215,698
0,622
19402,610
32603,415
1163991,971
0,530
617474,909
CO2
49,192
1117,737
0,361
403,777
CH4
6838,953
426368,657
0,637
271612,924
C2H6
69,230
2450,816
0,927
2271,075
C2H4
2435,479
86826,336
0,765
66403,971
H2O CO
Jumlah
2158273,440
Panas Keluar Alur 27 T27 = 43,33 0C 316 , 48
Panas keluar = N ( 27 ) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.38 neraca panas keluar alur 27 Komponen H2
F (kg/jam)
N (kmol/jam)
CpdT
Q (kJ/jam)
0,000
0,000
0,528
0,000
6476,545
359408,693
0,622
223396,149
CO
0,672
24,004
0,530
12,733
CO2
0,043
0,984
0,361
0,355
CH4
12,332
768,850
0,637
489,786
C2H6
1,839
68,444
0,927
63,424
C2H4
41,048
1463,376
0,765
1119,176
H2O
Jumlah
225081,625
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.39 neraca panas knock out drum Komponen
Q (kJ/jam)
Umpan
Q (kJ/jam)
2383427,404
Produk
2383427,404
Total
2383427,404
2383427,404
LB.11 Pressure Swing Adsorption Unit (D-401A) Fungsi : Untuk memurnikan produk hidrogen
Panas Masuk Alur 26 T26 = 43,33 0C Q26 = 2158273,440kJ/jam Panas Keluar Alur 28 T28 = 43,33 0C 316 , 48
Panas keluar = N ( 28 ) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.40 neraca panas keluar alur 28 Komponen H2
N (mol/jam) 2125212,251 Jumlah
∫ CpdT
Q (kJ/jam)
0,528 1122112,068 1122112,068
Panas Keluar Alur 29 T29 = 43,33 0C
Universitas Sumatera Utara
316 , 48
Panas keluar = N ( 29 ) senyawa
Cp dT
298 ,15
Tabel LB.41 neraca panas keluar alur 29 Komponen H2
N (mol/jam)
CpdT
Q (kJ/jam)
111853,276
0,528
59035,209
31215,698
0,622
19402,610
1164407,683
0,530
617695,435
CO2
1117,737
0,361
403,777
CH4
426368,657
0,637
271612,924
C2H6
2307,667
0,927
2138,424
C2H4
86981,383 Jumlah
0,765
66522,549
H2O CO
1036810,929
Tabel LB.42 neraca panas pressure swing adsorber (D-401) Komponen Umpan
Qmasuk (kJ/jam) 2158273,440
Produk Total
Qkeluar (kJ/jam)
2158273,440 2158273,440
2158273,440
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN LC.1 Gudang Penyimpanan Kayu Karet (F-101) Fungsi
:
Tempat penampungan Kayu Karet
Bahan konstruksi
:
Dinding bata beton dengan atap seng dan tiang beton
Bentuk
:
Persegi panjang
Jumlah
:
2 unit
Kondisi penyimpanan Temperatur
:
T = 30°C (303,15 K)
Tekanan operasi
:
P = 1 atm (101,325 kPa)
Kebutuhan perancangan : Laju alir massa Densitas kayu karet
t = 5 hari
: :
F = 61355,05 kg/jam ρw = 1300 kg/m3
Laju alir Volume kayu karet : Q = 47,19619 m3/jam = 5663,543 m3/5 hari Gudang direncanakan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = 2 tinggi (t) = plt
Volume gudang (V)
= 2t 2t t = 4 t3 5663,543 m3
=
Volume gudang dinaikkan sebesar 20%, maka: V Tinggi gudang (t)
= 6796.25 m3 V = 3 4 =
3
6796,25 4
= 11,90309 m Panjang gudang (p) = lebar gudang (l) = 2 11,903 m = 23.8062 m
Universitas Sumatera Utara
LC.2 Gudang Olivine (F-102) Fungsi
:
Tempat penyimpanan Olivine
Bahan konstruksi
:
Dinding bata beton dengan atap seng dan tiang beton
Bentuk
:
Prisma Segi Empat Beraturan
Jumlah
:
1 unit
Kondisi penyimpanan Temperatur
:
T = 30°C (303,15 K)
Tekanan operasi
:
P = 1 atm (101,325 kPa)
Kebutuhan perancangan : Laju alir massa Densitas Olivine
:
Volume Olivine
=
t = 1 bulan F = 2908,58 kg/jam = 2094178 kg/bln ρ = 3320 kg/m3
:
2094178 kg 3320 kg/m3
= 630,777 m3 Faktor kelonggaran
= 20%
Volume gudang
= 1,2 630,777 m3 756.932 m3
=
Gudang direncanakan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = 2 tinggi (t) = plt
Volume gudang (V)
= 2t 2t t = 4 t3 Tinggi gudang (t)
=
3
V 4
=
3
756,932 4
= 5,731 m Panjang gudang (p) = lebar gudang (l)
= 2 5,731 m = 11,462 m
Universitas Sumatera Utara
LC.3 Gudang MgO (F-103) Fungsi
:
Tempat penyimpanan MgO
Bahan konstruksi
:
Dinding bata beton dengan atap seng dan tiang beton
Bentuk
:
Prisma Segi Empat Beraturan
Jumlah
:
1 unit
Kondisi penyimpanan Temperatur
:
T = 30°C (303,15 K)
Tekanan operasi
:
P = 1 atm (101,325 kPa)
Kebutuhan perancangan :
t = 6 bulan
Laju alir massa
:
F = 14010,1 kg (Stok 1 bulan)
Densitas MgO
:
ρ = 3580 kg/m3
Volume MgO
=
14010,1 kg 3580 kg/m3
= 3,91344 m3 Faktor kelonggaran
= 20%
Volume gudang
= 1,2 3,91344 m3 = 4,69613 m3
Gudang direncanakan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = 2 tinggi (t) Volume gudang (V)
= plt = 2t 2t t = 4 t3
Tinggi gudang (t)
=
3
V 4
=
3
4,69613 4
= 1,055 m Panjang gudang (p)
= lebar gudang (l) = 2 1,055 m = 2,11 m
Universitas Sumatera Utara
LC.4 Chipper (C-101) Fungsi
: Mereduksi ukuran kayu karet.
Tipe
: BX1220
Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah
: 2 unit
Kapasitas
: 61355.05051 kg/jam = 61.35505 ton/jam
Data perhitungan Temperatur
T = 30C (303,15 K)
Tekanan operasi
P = 1 atm (101,325 kPa)
Umpan padatan serbuk kayu karet diperkirakan memiliki ukuran diameter berkisar 4 – 6 cm, diambil ukuran d = 5 cm = 50 mm = 50000 μm Rasio reduksi alat grinder tipe roll ball mill, R = 4 R=
(Ulrich, 1984)
d di
maka ukuran hasil reduksi, di =
d 50000 = = 12500 μm R 4
Daya grinder : P (kW) = m × 10 × Wi × (1/ di – 1/ d ) dimana,
(Walas, 1988)
P = daya (kW) m = kapasitas / massa umpan (ton/jam) d = diameter umpan (μm) di = diameter hasil reduksi (μm) Wi = indeks kerja motor (kW jam/ton)
dari Tabel 12.2, Walas, 1988, Wi untuk padatan SKK adalah 13,81 P = 61.35505 × 10 × 13,81 × (1/ 12500 – 1/ 50000 ) P = 37,893 kW × (1 HP / 0,74570 kW) P = 50,815 HP Digunakan daya motor standar 51 HP
Universitas Sumatera Utara
LC.5 Belt Conveyor (J-101) Fungsi
:
Mengalirkan Umpan Kayu Karet ke Chipper (C-101)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Horizontal screw conveyor
Jumlah
:
2 unit
Temperatur
T = 30°C (303,15 K)
Tekanan operasi
P = 1 atm (101,325 kPa)
Jarak angkut
L = 10 m
Laju alir bahan
F = 61355,05 kg/jam (per unit conveyor) = 17,04 kg/s
Densitas bahan
ρ = 1,3 kg/L = 1300 kg/m3 = 1,3 gr/cm3
Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/12 jam kerja (5 menit)
Q
F = 61355,05/1300 = 47,196 x 5 = 235,981 m3/jam = 0,0655 m3/s
Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,0655 m3/s Daya conveyor :
P = 0,07 F0,82L
(Peters, 2004)
dimana : P = Daya conveyor (kW) F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 × (17,04)0,82 × 10 = 7,161 kW = 9,603 HP Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 10 HP
Universitas Sumatera Utara
LC.6 Belt Conveyor (J-104) Fungsi
:
Mengalirkan umpan SKK ke Rotary Dryer (B-101)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Horizontal scew conveyor
Jumlah
:
2 unit
Temperatur
T = 30°C (303,15 K)
Tekanan operasi
P = 1 atm (101,325 kPa)
Jarak angkut
L = 10 m
Laju alir bahan
F = 61355,05 kg/jam (per unit conveyor) = 17,04 kg/s
Densitas bahan
ρ = 1,3 kg/L = 1300 kg/m3 = 1,3 gr/cm3
Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/12 jam kerja (5 menit)
Q
F = 61355,05/1300 = 47,196 x 5 = 235,981 m3/jam = 0,0655 m3/s
Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,0655 m3/s P = 0,07 F0,82L
Daya conveyor :
(Peters, 2004)
dimana : P = Daya conveyor (kW) F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 × (17,04)0,82 × 10 = 7,161 kW = 9,603 HP Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 10 HP
LC.7 Belt Conveyor (J-105) Fungsi
:
Mengalirkan umpan SKK ke Gasifier (R-202)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Horizontal scew conveyor
Jumlah
:
2 unit
Temperatur
T = 30°C (303,15 K)
Tekanan operasi
P = 1 atm (172,253 kPa)
Jarak angkut
L = 10 m
Laju alir bahan Densitas bahan
F = 55219,55 kg/jam (per unit conveyor) = 15,338 kg/s ρ = 1,3 kg/L = 1300 kg/m3 = 1,3gr/cm3
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/12 jam kerja (5 menit)
Q
F = 55219,55 /1300 = 42,476 x 5 = 212,383 m3/jam = 0,0589 m3/s
Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,05552 m3/s P = 0,07 F0,82L
Daya conveyor : dimana :
(Peters, 2004)
P = Daya conveyor (kW)
F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 × (15,338)0,82 × 10 = 6,568196 kW = 8,808 HP Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 9 HP
LC.8 Belt Conveyor 1 (J-102) Fungsi
:
Mengalirkan Olivine menuju Char Combustor (R-201)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Horizontal scew conveyor
Jumlah
:
2 unit
Temperatur
T = 30°C (303,15 K)
Tekanan operasi
P = 1 atm (101,325 kPa)
Jarak angkut
L = 10 m
Laju alir bahan
F = 2878,581 kg/jam (per unit conveyor) = 0,7996 kg/s
Densitas bahan
ρ = 3320 kg/m3
Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit)
Q
F = 2878,581/3320 = 0,8671 x 10 = 8,671 m3/jam = 0,002408 m3/s
Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,002267 m3/s Daya conveyor : dimana :
P = 0,07 F0,82L
(Peters, 2004)
P = Daya conveyor (kW)
F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 × (0,799)0,82 × 10 = 0,5827 kW = 0,781 HP Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 1 HP
Universitas Sumatera Utara
LC.9 Belt Conveyor 2 (J-103) Fungsi
:
Mengalirkan olivine dan MgO menuju Char Combustor (R201)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Horizontal screw conveyor
Jumlah
:
2 unit
Temperatur
T = 30°C (303,15 K)
Tekanan operasi
P = 1,7 atm (101,325 kPa)
Jarak angkut
L = 10 m
Laju alir bahan
F = 2911,824 kg/jam (per unit conveyor) = 0,808 kg/s
Densitas bahan
ρ = 3320,311 kg/m3
Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit)
Q
F = 2911,824/3320,31 = 0,8769 x 10 = 8,769 m3/jam = 0,002436 m3/s
Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,002294 m3/s P = 0,07 F0,82L
Daya conveyor :
(Peters, 2004)
dimana : P = Daya conveyor (kW) F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 × (0,808)0,82 × 10 = 0,58823 kW = 0,7888 HP Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 1 HP
LC.10 Belt Conveyor 3 (J-106) Fungsi
:
Mengalirkan olivine menuju reformer (R-203)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Horizontal scew conveyor
Jumlah
:
2 unit
Temperatur
T = 30°C (303,15 K)
Tekanan operasi
P = 1 atm (101,325 kPa)
Jarak angkut
L = 10 m
Laju alir bahan
F = 30 kg/jam (per unit conveyor) = 0,0083 kg/s
Universitas Sumatera Utara
Densitas bahan
ρ = 3320 kg/m3
Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit)
Q
F = 30/3320 = 0,009036 x 10 = 0,09036 m3/jam = 0,0000251 m3/s
Kemampuan daya laju Volumetrik screw converyer 0,0000251 m3/s Daya conveyor : dimana :
P = 0,07 F0,82L
(Peters, 2004)
P = Daya conveyor (kW)
F = Laju alir massa (kg/s) L = Jarak angkut (m) P = 0,07 × (0,0083)0,82 × 10 = 0,013809 kW = 0,018518 HP Dalam hal ini, digunakan daya motor standar 1 HP
LC.11 Rotary Dryer (B-101) Fungsi
: Mengurangi kadar air dalam SKK
Tipe
: Steam Tube Dryer
Jumlah
: 1 unit
Tabel LC. 1 Komposisi padatan dalam Dryer (B-101)
laru
Komposisi
Massa
Densitas
Kayu karet
97186,4
1300
74,758
Air
25523,701
1000
25,523
Total
122710,1
tan
V campuran
100,282
1223 ,645 kg / m 3
Beban panas
= 4913045 kJ/jam =
255315 btu/jam
Jumlah steam yang dibutuhkan = 29776,032 kg/jam Perhitungan volume rotary dryer, Faktor kelonggaran
= 10 %
Volume rotary dryer
= 100,282 m3 1,1 = 110,3102 m3
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan luas permukaan rotary dryer, = 146 0C
=
294,8 0F
Temperatur umpan masuk rotary dryer = 30 0C
=
86 0F
Temperatur umpan keluar rotary dryer = 120 0C
=
248 0F
Temperatur saturated steam
Ud = 110 btu/jam.0F.ft2 (Perry,1999)
294,8 248 294,8 86 294,8 248 ln 294,8 86
LMTD =
= 108,325 0F Luas permukaan rotary dryer, A = =
Q Ud LMTD
255315 = 21,4 ft2 110 108,325
Perhitungan waktu tinggal (retention time), 0,075 V s ............................................................ (Schweitzer,1979) S
=
Dimana : V = Volume rotary dryer ρs = Densitas campuran umpan S = Laju massa campuran umpan Maka, =
0,075 110,3102 1223,645 122710,1
= 0,0825 jam = 4,95 menit
Dari tabel 12–22 (Perry, 1999) untuk kondisi operasi di atas diperoleh: Diameter rotary dryer = 0,965 m Panjang rotary dryer = 4,572 m Putaran rotary dryer = 6 rpm Daya motor
= 2,2 HP
Tube steam OD
= 114 mm
Jumlah tube
steam = 14 buah
Universitas Sumatera Utara
LC.12 Gasifier (R-202) Fungsi
:
Mengubah umpan serbuk kayu karet (SKK) menjadi gas sintesa (gasifikasi)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Fliudized Bed Reactor
Jumlah
:
2 unit
Data Desain : Tekanan
= 1,701 atm
Temperatur
= 870 oC
ρg
= 0,946 kg/m3 (Estimasi Hysys v.3.2)
ρchar
= 970 kg/m3
ρp
= 2600 kg/m3
g
= 9,8 m/s2
dpchar
= 0,2 mm = 0,0002 m
dpolivine
= 0,2 mm = 0,0002 m
μg
= 0,00001309 Ns/m2 (Pa-s) Karena besarnya kapasitas pabrik, maka aliran umpan dibagi menjadi 2 aliran,
sehingga menggunakan 2 rangkaian gasifier yang identik ukurannya. mg
= 19303,649 kg/jam
mchar
= 10394,054 kg/jam
molivine
= 1308445,772 kg/jam
mp
= 1318839,826 kg/jam
ρolivine
= 2600 kg/m3
(Kunii, 1991)
Langkah-langkah perhitungan: 1.
Menghitung diameter partikel rata-rata (dp”) dp”
=
1 ( xi / dpi)
∑(xi/dpi)
=
(Kunii, 1991)
m char m olivine m p dp char m p dp olivine
= 5000 dp”
= 0,0002 m
Universitas Sumatera Utara
2. Menghitung minimum fluidization velocity (Umf) Umf
=
7,9 10 3 dp"1,82 ( p g ) 0, 94
g
0,88
= 0,046 m/s
3. Menghitung bilangan Reynold pada Umf (Remf) Remf
=
Umf dp g
(Rowe & Yates, 1987)
g
= 0,671 Karena Remf < 10, maka Umf tidak perlu dikoreksi atau factor koreksi (f) = 1 (Rowe & Yates, 1987) Umfcorr
= f × Umf
f
=1
Umfcorr
= 0,046 m/s
4. Menghitung terminal velocities of particle (Ut) Sp dp
*
= 0,86 = dp
(Kunii, 1991)
( g ( p g ) g )1 / 3
g
= 0,0002 ×
2/3
(Kunii, 1991)
28,783 0,001
= 10,403 Dari Fig. 10, Chap. 3, Kunii, p. 81, pada dp* = 10,403 ut*
= 2,8
Ut
*
= ut ×
= 2,8 ×
( g ( p g ) g )1 / 3
g
2/3
(Kunii, 1991)
0,691 0,963
= 2,007 m/s
5. Menentukan operating gas velocity (Uf) Diinginkan flow regime yang terjadi di dalam gasifier adalah turbulent bed.
Universitas Sumatera Utara
Dari Perry’s CEH 50th Anniv. Ed., p.20-61, untuk turbulent bed : 20 Umf
< Uf < 200 Umf
0,929 m/s
< Uf < 9,293 m/s
Uf ini di trial sehingga diperoleh dimensi reactor yang sesuai. Sehingga diperoleh: Uf
= 2,229 m/s = 47,972 Umf
6. Menghitung kecepatan sirkulasi solid (Gs)
mp
Gs
=
At
= Luas penampang bagian dalam gasifier (m2)
At
= 0,25 × π × Dt2 Dt
= Diameter dalam gasifier (m)
Ditentukan: Dt
=8m
At
= 50,24 m2
Gs
= 26250,792 kg/m2 jam = 7,291 kg/m2s
7. Menghitung fraksi volume solid pada titik keluar gasifier (Ese)
Gs p (Uf Up )
Ese
=
Up
= slip velocity (m/s)
Up
>
Emf
= fraksi volume solid pada Umf
(Kunii, 1991)
Umf (syarat terjadinya fluidisasi) Emf
Dari table 3, Chap. 3, Kunii p. 69, diketahui : Emf untuk tipe pasir olivine (sp = 0,86) = 0,440 Maka, Up
> 0,106 m/s
Ditentukan : Up
= Ut = 2,007 m/s
Diperoleh : Ese
= 0,0128
Universitas Sumatera Utara
8. Menghitung tinggi freeboard (Hf) Ese
= Es” + (Esd – Es”)e-a Hf
(Kunii, 1991)
Es”
= 0,01
(Kunii, 1991)
Untuk Uf = 2,229 m/s, Esd
= 0,6
(Kunii, 1991)
Dari Fig. 10b, Chap. 8, Kunii, p. 202, diperoleh : Untuk pasir tipe olivine dengan Uf = 2,229 m/s a × Uf a
= 6 /s = 2,692 /m
Setelah ditrial, Hf = 1,95 m Sehingga, Ese
~ 0,013
9. Menghitung tinggi bed pada Umf (Lmf) Lmf
=
mp At p (1 Emf )
(Kunii, 1991)
= 18,268 m
10. Menghitung tinggi gasifier (Ht) Lmf × (1 – Emf) = Esd Ese a
Esd Ese Ht Esd Hf ( Esd Es" ) a
(Kunii, 1991)
= 0,218 m
Hf × (Esd – Es”) = 1,1151 m Lmf × (1 – Emf) = 10,230 m Ht × Esd
= 11,163 m
Ht
= 18,604 m
11. Menghitung tinggi dense phase (Hd) Hd
= Ht – Hf
(Kunii, 1991)
= 16,654 m
Universitas Sumatera Utara
12. Perancangan (desain) tuyere sebagai distributor) a. Karena temperature operasi pada gasifier ini tinggi, maka tipe distributor yang digunakan adalah tuyere distributor. b. Untuk memastikan aliran gas merata melalui tuyere, maka digunakan tuyere dengan orifice pada inlet gasnya. (Kunii, 1991) # Menghitung pressure drop minimum melalui bed (Dpb) Dpb
= (1 – Emf) × (ρp – ρg) × g × Lmf
(Kunii, 1991)
= 257162,955 Pa # Menghitung pressure drop melalui distributor (Dpd) Dpd
= 0,3 × Dpb
(Kunii, 1991)
= 77148,887 Pa # Menghitung bilangan Reynold pada Uf (Ret) dan menentukan koefisien orifice (Cd,or) Ret
=
Dt Uf g
g
(Kunii, 1991)
Ret = 1288377,926 Karena Ret > 3000, maka Cd,or = 0,6
(Kunii, 1991)
# Menghitung kecepatan gas melalui orifice (Uor)
Cd , or (2 Dpd ) 0,5
Uor
=
Uor
= 242,355 m/s
g
0,5
(Kunii, 1991)
# Menghitung jumlah tuyere per area distributor (Nor) Nor
=
1 Ior 2
Dimana, Ior
= jarak antar tuyere
Asumsi Ior
= 0,1 m
(Kunii, 1991)
Sehingga, Nor
= 100 tuyere/m2
# Menghitung diameter orifice pada inlet gas tuyere (dor)
Universitas Sumatera Utara
dor
= [(4/π) × (Uf/Uor) × (1/Nor)]0,5
dor
= 0,011 m
(Kunii, 1991)
= 10,824 mm
# Menentukan jumlah lubang per tuyere (Nh) dan diameter lubang tersebut (dh) Ditentukan, Nh = 6
(Kunii, 1991)
Ior2 × Uf= Nh × (π/4 × dh2) × Uor
(Kunii, 1991)
[ Ior 2 Uf ] 0, 5 [ Nh Uor ( / 4)]0,5
dh
=
dh
= 0,004 m = 4,419 mm
# Menghitung jumlah tuyere total (ntuyere) dan jumlah lubang total (nhole) ntuyere = Nor × At ntuyere = 5024 tuyeres nhole
= ntuyere × Nh
nhole
= 30144 holes
13. Menghitung konstanta kecepatan reaksi orde-satu (kr) Konstanta ini dihitung dengan menggunakan model dari Kunii & Levenspiel # Menghitung koefisien difusivitas gas (Df) Gas yang digunakan adalah steam (H2O) Df
10 3 T 1, 75 [(M A M B ) / M A M B ]0,5 P[(v )1A/ 3 (v )1B/ 3 ] 2
T
= 399,817 K
P
= 1,701 atm
MA
= BM H
( Perry, 1999)
= 1 kg/kmol MB
= BM O = 16 kg/kmol
Maka:
Universitas Sumatera Utara
Df
= 1,956 cm2/s = 0,0001956 m2/s
# Menghitung diameter bubble (Db) dan kecepatan bubbles (Ub) Dbm Db Dbm Dbo
= e-0,3Hd/Dt
Uf – Umf
= 2,183 m/s
Dbm
= 0,65 [(π/4) × Dt2 × (Uf – Umf)]0,4
Dbm
= 4,255
Dbo
=
Dbo
= 1,351
e-0,3Hd/Dt
= 0,536
Dbm – Db
= 1,555
Db
= 2,700 m
Ub
= (Uf – Umf) + Ubr
(Kunii, 1991)
Ubr
= 0,711 x (g x Db)0,5
(Kunii, 1991)
Ubr
= 3,657 m/s
Ub
= 5,840 m/s
2,78 g (Uf Umf ) 2
(Kunii, 1991)
(Kunii, 1991)
(Kunii, 1991)
# Menghitung overall rate of exchange (Qbi)
Umf Df 1 / 2 g 1 / 4 5,85 Db Db 5 / 4
Qbi
= 4,5
Qbi
= 0,119 s-1
( Rowe&Yates,
)
# Menghitung koefisien mass transfer dari fasa cloud ke interstitial phase (Qci) Cloud terbentuk bila Ubr > Ui Ui
=
(Rowe&Yates,
)
Umf Emf
= 0,106 m/s a’
=
Ubr Ui
= 34,633 (dimensioless) Itu berarti pada gasifier akan terbentuk cloud
Universitas Sumatera Utara
Dari pers. 44, Chap. 7, Rowe&Yates, p. 458 Dc/Db = [(a’ + 2)/(a’ – 1)]1/3 = 1,029 Dc
= 2,778 m
Qci
Emf Df Ub = 6,78 Db 3
0 ,5
(Rowe&Yates,)
= 0,034s-1
# Menghitung fraksi bed yang diisi oleh bubbles (fb) Untuk tipe turbulent bed dimana Uf >>> Umf, fb
=
Uf Ub
(Kunii, 1991)
= 0,382
# Menghitung fraksi volume solid yang terdispersi dalam cloud-wake (Yc) Yc
= (1 – Emf) [3Ui/(Ubr – Ui) + (Vw / Vb)]
(Rowe&Yates,)
dimana, Vw/Vb = fraksi volume wake terhadap volume bubble = 1/3 Yc
(Kunii, 1991)
= 0,237
# Menghitung volume solid yang terdispersi dalam fase interstisial (Yi) fb × (Yb + Yc + Yi) = (1 – Emf) (1 – fb)
Yb
(Rowe&Yates,)
= fraksi volume solid terdispersi dalam bubbles = 0,005
(Kunii, 1991)
Sehingga pers. di atas menjadi :
(1 Emf )(1 fb) fb(Yb Yc) fb
Yi
=
Yi
= 0,105
# Menghitung konstanta kecepatan overall efektif (kf) C + H2O
produk gas (CO, CO2, CH4, C2H4, C2H6) (reaksi Gasifikasi) Produk solid (char)
Universitas Sumatera Utara
Ca/Cao
fb Hd = exp kf Uf
Ca/Cao
= fraksi reaktan (karbon) yang tidak terkonversi
Ca
= C pada char (kmol)
Cao
= C pada TKKÊ mol) = 3965,140 kmol
Ca/Cao
= 0,271
Kf
= 0,458
(Kunii, 1991)
= 1074,486 kmol
# Menghitung konstanta kecepatan reaksi orde satu (kr) kf
= Yb kr
1 1 Qbc
1 Yc kr
1 1 1 Qci Yi kr (Kunii, 1991)
kr ditrial sampai diperoleh nilai kf ~ 0,194 Setelah beberapa trial, diperoleh kr = 21,905 s-1 Yb × kr = f
= 0,109524
1 Qbc
=
=g
1 Qbi
(Rowe&Yates)
= 8,385 s Yc × kr
=d
1 Qci
= 29,188
=a
= 5,18304
1 Yi kr
=b
1 =c ab
= 0,03376
d+c =e
= 5,2167
1 e
= 0,192
=h
1 =i gh kf
= 0,436
= 0,11659
= f + i = 0,22612
Universitas Sumatera Utara
14. Menghitung waktu tinggal # Menghitung waktu reaksi sempurna dari sebuah partikel (τ)
pb dp
τ
=
Cb
= mol gas/m3 gas
2 kr Cb
Mol gas H2O = 1071,325 kmol/jam m3 gas H2O
= 20411,806 m3/jam
Cb
= 52,481 mol/m3 jam
Cb
= 0,015 mol/m3s
ρpb
= ρ partikel dalam mol / m3
ρpb
=
ρkarbon
= 1642 kg/m3 (HYSYS)
BM karbon
= 0,012 kg/mol
ρpb
= 136833,333 mol/m3
τ
= 42,85 s
karbon BM karbon
# Menghitung rasio tr / τ (y) Xb
= 3y – 6y2 + 6y3 (1 – e-1/y)
Xb
=1–
Xb
= 0,729
(Kunii, 1991)
Ca Cao
Y ditrial sampai Xb ~ 0,729 Diperoleh, Y
= 0.713
Xb
= - 0,91 + 1,639 = 0,729
Maka, tr
=τ×y
= 30,547 s
Universitas Sumatera Utara
LC.13 Cyclone (H-202) Fungsi
:
Memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char yang berasal dari gasifier (R-202)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Lapple Conventional Cyclone with 4 inch insulation (Vesuvius Cercast 3300 castable refractory)
Jumlah
:
2 unit
Data desain :
Aliran massa gas (mg)
= 128631,962 kg/jam
Aliran massa char dalam gas (mchar)
= 20786,030 kg/jam
Aliran massa olivine dalam gas (molivine)
= 2616629,854 kg/jam
Aliran massa total
= 2766047,845 kg/jam
Densitas partikel char
= 520,6 kg/m3
Densitas partikel olivine
= 2600 kg/m3
Densitas campuran partikel (ρp)
= 2593,762 kg/m3
Densitas campuran gas (ρg)
= 0,345 kg/m3
Diameter partikel char
= 200 μm
Diameter partikel olivine
= 200 μm
Viskositas gas (μg)
= 0,126 kg/m jam
Langkah-langkah perhitungan: 1. Menghitung laju alir volumetric per detik aliran masuk Cyclone S-201 (Q) Q = 373863,096 m3/jam = 103,851 m3/s 2. Menentukan dimensi cyclone dengan trial & error sehingga didapatkan efisiensinya 99,9 %. Diketahui dari perhitungan pada neraca massa cyclone 1 : dpc = 2 μm. Cyclone yang digunakan adalah standar Lapple. Dimensi cyclone yang di trial adalah lebar inlet cyclone (W) kemudian disubstitusikan ke rumus dibawah ini sehingga nilai dpc nya 2 μm.
Universitas Sumatera Utara
d pc
9 gW 2NeV ( s g )
0, 5
Dimana : π
= 3,14
W
= lebar inlet cyclone (m)
V
= kecepatan aliran masuk cyclone (m/s) = Q/(W×H)
H
= tinggi inlet cyclone (m) = 2,5 W
maka : V
= Q/(2,5W2)
Ne
= jumlah putaran di dalam vorteks terluar =
Lb
= panjang badan cyclone (m)
L 1 Lb c H 2
= 7,5 W Lc
= panjang kerucut cyclone (m) = 12,5 W
Setelah di trial, diperoleh W = 0,29 m V
= 493,940 m/s = 1778183,574 m/jam
H
= 0,725 m
Lb
= 2,175 m
Lc
= 3,625 m
Ne
= 5,5
9 μg W = 0,329 2πNeV(ρs – ρg) = 159283667626,582 maka : dpc
= 1,43x10-6 m = 1 μm
3. Menghitung diameter badan cyclone (D)
D
W 1,45 m 0,2
4. Menghitung diameter outlet gas (De)
Universitas Sumatera Utara
De
D 0,725 m 2
5. Menghitung pemecah vorteks (S) S
= 0,5 × D = 0,725 m
6. Menghitung diameter outlet partikel (Dd) Dd
= 0,5 × D = 0,544 m
LC.14 Cyclone (H-201) Fungsi
:
Memisahkan 99,9% olivine dan abu dari gas pembakaran lalu olivine dikirim kembali ke gasifier (R-202)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Lapple Conventional Cyclone with 4 inch insulation (Vesuvius Cercast 3300 castable refractory)
Jumlah
:
2 unit
Data desain :
Aliran massa gas (mg)
= 207462,872 kg/jam
Aliran massa abu dalam gas (mchar)
= 756,372 kg/jam
Aliran massa olivine dalam gas (molivine)
= 2619246,484 kg/jam
Aliran massa total
= 2827465,728 kg/jam
Densitas partikel abu
= 2578,971 kg/m3
Densitas partikel olivine
= 2600 kg/m3
Densitas campuran partikel (ρp)
= 2600 kg/m3
Densitas campuran gas (ρg)
= 0,419 kg/m3
Diameter partikel abu
= 10 μm
Diameter partikel olivine
= 200 μm
Viskositas gas (μg)
= 0,1939 kg/m jam
1. Menghitung laju alir volumetric per detik aliran masuk Cyclone H-202 (Q) Q
= 496145,813 m3/jam = 137,818 m3/s
Universitas Sumatera Utara
2. Menentukan dimensi cyclone dengan trial & error sehingga didapatkan efisiensinya 99,9 %. Diketahui dari perhitungan neraca massa siklon 1 : dpc = 2 μm. Cyclone yang digunakan adalah standar Lapple. Dimensi cyclone yang di trial adalah lebar inlet cyclone (W) kemudian disubstitusikan ke rumus dibawah ini sehingga nilai dpc nya 2 μm. d pc
9 gW 2NeV ( s g )
0, 5
Dimana : π
= 3,14
W
= lebar inlet cyclone (m)
V
= kecepatan aliran masuk cyclone (m/s) = Q/(W×H)
H
= tinggi inlet cyclone (m) = 2,5 W
maka : V
= Q/(2,5W2)
Ne
= jumlah putaran di dalam vorteks terluar =
Lb
= panjang badan cyclone (m)
L 1 Lb c H 2
= 7,5 W Lc
= panjang kerucut cyclone (m) = 12,5 W
Setelah di trial, diperoleh W = 0,327 m V
= 514,761 m/s = 1853139,796 m/jam
H
= 0,818 m
Lb
= 2,454 m
Lc
= 4,091 m
Ne
= 5,5
9 μg W = 0,5711 2πNeV(ρs – ρg) = 166392520202,347 maka : dpc
= 1,853x10-6 m = 2 μm
Universitas Sumatera Utara
3. Menghitung diameter badan cyclone (D)
D
W 1,636 m 0,2
4. Menghitung diameter outlet gas (De) De
D 0,818 m 2
5. Menghitung pemecah vorteks (S) S
= 0,5 × D = 0,818 m
6. Menghitung diameter outlet partikel (Dd) Dd = 0,375 × D = 0,614 m LC.15 Char Combustor (R-201) Fungsi
:
Membakar char (arang) SKK hasil dari gasifikasi pada gasifier (R-202)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Fliudized Bed Reactor
Jumlah
:
2 unit
Data Desain : Tekanan
= 1,5 atm = 151987,5 Pa
Temperatur
= 1021 oC
ρg
= 1,5 kg/m3
ρchar
= 970 kg/m3
ρolivine
= 2600 kg/m3
ρp
= 2566 kg/m3
g
= 9,8 m/s2
dpchar
= 0,2 mm = 0,0002 m
dpolivine
= 0,2 mm = 0,0002 m
μg
= 2,124 x 10-5 Ns/m2 (Pa-s)
Universitas Sumatera Utara
mg
= 187271,304 kg/jam
mchar
= 10394,054 kg/jam
molivine
= 1308445,772 kg/jam
mp
= 1318839,826 kg/jam
(Kunii, 1991)
1. Menghitung diameter partikel rata-rata (dp”) dp”
=
1 ( xi / dpi)
∑(xi/dpi)
(Kunii, 1991)
m char m olivine m p dp char m p dp olivine
=
= 5000 Maka, dp” = 0,0002 m 2. Menghitung minimum fluidization velocity (Umf) Umf =
7,9 10 3 dp"1,82 (ρ p ρ g ) 0,94 μg
0,88
= 0,03 m/s 3. Menghitung bilangan Reynold pada Umf (Remf) Remf
=
Umf dp ρ g
(Rowe & Yates,)
μg
= 0,428 Karena Remf < 10, maka Umf tidak perlu dikoreksi atau factor koreksi (f) = 1 (Sumber : Chap. 7, Rowe & Yates, p. 446) Umfcorr
= f × Umf
f
=1
Umfcorr
= 0,03 m/s
4. Menghitung terminal velocities of particle (Ut) Sp dp
*
= 0,86
(Kunii, 1991)
ρ ρ = dp g
= 0,0002 ×
p
ρ g g
μg
1/3
2/3
33,558 0,001
(Kunii, 1991)
= 8,781
Dari Fig. 10, Chap. 3, Kunii, p. 81, pada dp* = 10,403
Universitas Sumatera Utara
ut*
=2
Ut
= ut
*
μ ρ ×
=2×
g
p
ρ g g
ρg
1/3
2/3
(Kunii,)
0,811 1,310
= 1,238 m/s 5. Menentukan operating gas velocity (Uf) Diinginkan flow regime yang terjadi di dalam gasifier adalah turbulent bed. Dari Perry’s CEH 50th Anniv. Ed., p.20-61, untuk turbulent bed : 20 Umf
< Uf < 200 Umf
0,607 m/s
< Uf < 6,608m/s
Uf ini ditrial sehingga diperoleh dimensi reactor yang sesuai. Seteal ditrial : Uf
= 1,482 m/s = 48,849 Umf
6. Menghitung kecepatan sirkulasi solid (Gs)
mp
Gs
=
At
= Luas penampang bagian dalam gasifier (m2)
At
= 0,25 × π × (Dt)2 Dt
= Diameter dalam gasifier (m)
Ditentukan, Dt
=8m
At
= 50,24 m2
Gs
= 26250,793 kg/m2 jam = 7,292 kg/m2s
7. Menghitung fraksi volume solid pada titik keluar gasifier (Ese)
Gs ρ p (Uf Up)
Ese
=
Up
= slip velocity (m/s)
Up
>
Emf
= fraksi volume solid pada Umf
(Kunii, 1991)
Umf (syarat terjadinya fluidisasi) Emf
Dari table 3, Chap. 3, Kunii p. 69, diketahui : Emf untuk tipe pasir olivine (sp = 0,86) = 0,440
Universitas Sumatera Utara
Maka, Up
> 0,069 m/s
Ditentukan : Up
= Ut = 1,238 m/s
Diperoleh : Ese
= 0,01167
8. Menghitung tinggi freeboard (Hf) Ese
= Es” + (Esd – Es”)e-a Hf
(Kunii, 1991)
Es”
= 0,01
(Kunii, 1991)
Untuk Uf = 2,229 m/s, Esd
= 0,6
(Kunii, 1991)
Dari Fig. 10b, Chap. 8, Kunii, p. 202, diperoleh : Untuk pasir tipe olivine dengan Uf = 2,229 m/s a x Uf
= 6 /s
a
= 4,049 /m
Setelah ditrial, Hf = 1,95 m Sehingga, Ese
~ 0,0102
9. Menghitung tinggi bed pada Umf (Lmf) Lmf
=
mp At ρ p (1 Emf)
(Kunii, 1991)
= 18,268 m 10. Menghitung tinggi gasifier (Ht) Esd Ese Ht Esd Hf(Esd Es" ) a
Lmf(1 – Emf)
=
Esd Ese a
= 0,145 m
Hf (Esd – Es”)
= 1,151 m
Lmf (1 – Emf)
= 10,230 m
Ht × Esd
= 11,235 m
Ht
= 18,726 m
(Kunii, 1991)
11. Menghitung tinggi dense phase (Hd) Hd
= Ht – Hf
(Kunii, 1991)
= 16,776 m
Universitas Sumatera Utara
12. Perancangan (desain) tuyere sebagai distributor) a. Karena temperature operasi pada gasifier-01 ini tinggi, maka tipe distributor yang digunakan adalah tuyere distributor. b. Untuk memastikan aliran gas merata melalui tuyere, maka digunakan tuyere dengan orifice pada inlet gasnya. (Kunii, 1991) # Menghitung pressure drop minimum melalui bed (Dpb) Dpb
= (1 – Emf) × (ρp – ρg) × g × Lmf
(Kunii, 1991)
= 257107,404 Pa # Menghitung pressure drop melalui distributor (Dpd) Dpd
= 0,3 × Dpb
(Kunii, 1991)
= 77132,221 Pa # Menghitung bilangan Reynold pada Uf (Ret) dan menentukan koefisien orifice (Cd,or) Dt Uf ρ g
Ret
=
Ret
= 837018,867
μg
Karena Ret > 3000, maka Cd,or = 0,6
(Kunii, 1991)
(Kunii, 1991)
# Menghitung kecepatan gas melalui orifice (Uor) Cd, or (2Dpd) 0,5
Uor
=
Uor
= 192,428 m/s
ρg
0,5
(Kunii, 1991)
# Menghitung jumlah tuyere per area distributor (Nor) Nor
=
1 Ior 2
Dimana, Ior
= jarak antar tuyere
Asumsi Ior = 0,1 m
(Kunii, 1991)
Sehingga, Nor
= 100 tuyere/m2
# Menghitung diameter orifice pada inlet gas tuyere (dor) dor
= [(4/π) × (Uf/Uor) × (1/Nor)]0,5
dor
= 0,01 m
(Kunii, 1991)
= 9,905 mm
Universitas Sumatera Utara
# Menentukan jumlah lubang per tuyere (Nh) dan diameter lubang tersebut (dh) Ditentukan, Nh = 6
(Kunii, 1991)
Ior2 × Uf
= Nh × (π/4 × dh2) × Uor
(Kunii, 1991)
dh
=
dh
= 0,004 m
[Ior 2 Uf] 0,5 [Nh Uor (ππ/4)0,5
= 4,04 mm # Menghitung jumlah tuyere total (ntuyere) dan jumlah lubang total (nhole) ntuyere = Nor × At ntuyere = 5024 tuyeres nhole
= ntuyere × Nh
nhole
= 30144 holes
13. Menghitung konstanta kecepatan reaksi orde-satu (kr) Konstanta ini dihitung dengan menggunakan model dari Kunii & Levenspiel # Menghitung koefisien difusivitas gas (Df) Gas yang digunakan adalah steam (H2O) 10 3 T 1, 75 [( M A M B ) / M A M B ]0,5 P[(v)1A/ 3 (v)1B/ 3 ]2
Df
=
T
= 352,313 K
P
= 1,5 atm
MA
= BM O2
= 32 kg/kmol
MB
= BM N2
= 28 kg/kmol
( Perry,1997)
Maka: Df
= 0,189 cm2/s = 0,0000189 m2/s
# Menghitung diameter bubble (Db) dan kecepatan bubbles (Ub) Dbm Db Dbm Dbo
= e-0,3Hd/Dt
Uf – Umf
= 1,452 m/s
Dbm
= 0,65 [(π/4) × Dt2 × (Uf – Umf)]0,4
(Kunii, 1991)
(Kunii, 1991) Dbm
= 3,615
Universitas Sumatera Utara
2,78 2 g Uf Umf
Dbo
=
(Kunii, 1991)
Dbo
= 0,598
e-0,3Hd/Dt
= 0,533
Dbm – Db
= 1,608
Db
= 2,006 m
Ub
= (Uf – Umf) + Ubr
(Kunii, 1991)
Ubr
= 0,711 × (g × Db)0,5
(Kunii, 1991)
Ubr
= 3,104 m/s
Ub
= 4,604 m/s
# Menghitung overall rate of exchange (Qbi)
Umf Df 1/2 g 1/4 5,85 Db Db 5/4
Qbi
= 4,5
Qbi
= 0,087 s-1
(Rowe&Yates, 1987)
# Menghitung koefisien mass transfer dari fasa cloud ke interstitial phase (Qci) Cloud terbentuk bila Ubr > Ui Ui
=
(Rowe&Yates, 1987)
Umf Emf
= 0,069 m/s a’
=
Ubr Ui
= 45,725 (dimensoinless) artinya terbentuk cloud Dari pers. 44, Chap. 7, Rowe&Yates, p. 458 Dc/Db = [(a’ + 2)/(a’ – 1)]1/3 = 1,022 Dc
= 2,050 m
Qci
Emf Df Ub = 6,78 Db 3
0 ,5
(Rowe&Yates, 1987)
= 0,015 s-1 # Menghitung fraksi bed yang diisi oleh bubbles (fb) Untuk tipe turbulent bed dimana Uf >>> Umf,
Universitas Sumatera Utara
Fb
=
Uf Ub
(Kunii, 1991)
= 0,322 # Menghitung fraksi volume solid yang terdispersi dalam cloud-wake (Yc) Yc
= (1 – Emf) [3Ui/(Ubr – Ui) + (Vw / Vb)]
(Rowe&Yates, 1987)
dimana: Vw/Vb = fraksi volume wake terhadap volume bubble = 0,333 Yc
(Kunii, 1991)
= 0,224
# Menghitung volume solid yang terdispersi dalam fase interstisial (Yi) fb × (Yb + Yc + Yi) = (1 – Emf) (1 – fb) Yb
(Rowe&Yates, 1987)
= fraksi volume solid terdispersi dalam bubbles = 0,005
(Kunii, 1991)
Sehingga pers. di atas menjadi : (1 Emf)(1 fb) (fb(Yb Yc)) fb
Yi
=
Yi
= 0,151
# Menghitung konstanta kecepatan overall efektif (kf) Reaksi : (dipilih reaksi permukaan) C + O2
CO2
Ca/Cao
fb Hd = exp kf Uf
Ca/Cao
= fraksi reaktan (karbon) yang tidak terkonversi
Ca
= O2 akhir (kmol)
Cao
= O2 mula-mula (kmol) = 1363,611 kmol
Ca/Cao
= 0,107
Kf
= 0,613
(Kunii, 1991)
= 146,101 kmol
# Menghitung konstanta kecepatan reaksi orde satu (kr) kf
= Yb kr
1 1 Qbc
1 Yc kr
1 1 1 Qci Yi kr
(Kunii, 1991)
Universitas Sumatera Utara
kr ditrial sampai diperoleh nilai kf ~ 0,273 Setelah beberapa trial, diperoleh kr = 43,39 s-1 Yb × kr = f
= 0,216951
1 Qbc
=
=g
1 Qbi
( Rowe&Yates, 1987)
= 11,512 s Yc × kr = d
= 9,729343
1 Qci
= 67,8
=a
1 =b Yi kr
= 0,153
1 ab
=c
= 0,01472
d+c
=e
= 9,744059
1 e
=h
= 0,103
1 =i gh kf
= 0,086101
= f + i = 0,30305
# Menghitung konsentrasi rata-rata O2 yang menutupi solid (Ca’)
Cao Xa Uf kr Lmf (1 Emf)
Ca’
=
Xa
=1–
Cao
=
Pa
= tekanan parsial O2 dalam udara
Ca Cao
Pa RT
= 0,21 × Pudara = 31917,375 Pa R
= konstanta gas ideal = 8,314 m3Pa (mol K)
T
= 352,150 K
Cao
= 10,902 mol/m3
Xa
= 0,893
Ca’
= 0,032
Universitas Sumatera Utara
# Menghitung konstanta kecepatan reaksi gas-solid orde satu (Kr) Xb
= konversi solid = 1 =1–
1 Kr Ca'
1 = 0,00010 Kr Ca'
Kr × Ca’= 10000 Kr = 307721,122 m3/mol s 14. Menghitung waktu terbakar penuh (Tbc) (Pers. 19.25, Davidson & Harrison, p. 654) Tbc
=
8M ρ C dp 2 ρ C dp 3Cao 4 Δ Sh Df Cao 2 Kr Cao
Dimana: M
= Massa karbon mula-mula = karbon pada char
M
= 11088,388 kg
ρC
= densitas karbon = 1642 kg/m3
φ
= At × [Uf – (Uf – Umf) × exp(-X)]
X
= cross-flow factor =
Qbi Ht Ubr Vb
Vb
= Volume bubble rata-rata
Vb
= π × (0,5Db)3
Vb
= 3,171 m3
X
= 0,163
Φ
= 1,295
Sh
= Sherwood number
Sh
= 2 (1 + c × Ret0,5 × Sc0,333)
c
= 0,3
Sc
= Schmidt number =
μg ρ g Df
(HYSYS 3.2.1) (Davidson&Harrison, 1985)
(Davidson&Harrison, 1985)
(Davidson&Harrison, 1985)
(Davidson&Harrison, 1985)
Sc
= 0,751
Sh
= 2,357
Δ
= koefisien stoikiometrik gravimetric = 0,375
Universitas Sumatera Utara
(Davidson&Harrison, 1985) Tbc
= 2093,982 s = 0,582 jam
LC.16 Blower 1 (G-201) Fungsi
:
memompa udara menuju pembakar Char Combustor (R-201)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
blower centrifugal
Kondisi Operasi
:
300C dan 152 kPa
Tabel LC.2 Komponen Gas dalam Blower 1 (G-201) Komponen
F (kg/jam)
N (kmol/jam)
O2
4363,55
1363,611
N2
143633,7
5129,774
Total
187269,2
6493,385
(6493385 mol/jam) x (8,314m 3 .Pa/molK) x (303K) Laju alir volum gas Q = 152000 Pa = 107670,111 m3 /jam Daya blower dapat dihitung dengan persamaan, P
144 efisiensi Q 33000
(Perry, 1997)
Efisiensi blower, berkisar 40 – 80 %; diambil 75 Sehingga, P
144 0,75 107670,111 = 13,6 HP 33000
Maka dipilih blower dengan tenaga 14 HP
LC.17 Blower 2 (G-202) Fungsi
:
memompa gas sintesis dari gasifier menuju reforner (R-203)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
blower centrifugal
Kondisi Operasi
:
300C dan 152 kPa
Universitas Sumatera Utara
Tabel LC.3 Komponen Masuk dalam Blower 2 (G-202) Komponen
F (kg/jam)
H2
N (kmol/jam)
1229,081
708,116337
H2O
44561,221
2877,91276
CO
37936,737
1576,23945
CO2
14290,263
377,888934
CH4
7366,647
534,491584
C2H6
650,925
25,192584
C2H4
4266,798
177,029055
224,859
2,97373864
Char
1,786
0,01449376
Total
110528,318
6279,85894
Olivine
(6279,85894mol/jam)x (8,314m3 .Pa/molK) x (303K) Laju alir volum gas Q = 152000Pa = 143974,5488 m3 /jam Daya blower dapat dihitung dengan persamaan, P
144 efisiensi Q 33000
(Perry, 1997)
Efisiensi blower, berkisar 40 – 80 %; diambil 75 Sehingga, P
144 0,75 x 143974,5488 = 13,81 HP 33000
Maka dipilih blower dengan tenaga 14 HP LC.18 Blower 3 Fungsi
:
memompa steam dari waste heat boiler (E-201) menuju gasifier (R-202)
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
blower centrifugal
Kondisi Operasi
: 1460C dan 172,3 kPa
Laju massa steam = 38607,3 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Laju molar steam = 38607,3/18 = 2142469 kmol
Laju alir volum gas Q =
(2142469mol/jam)x (8,314m 3 .Pa/molK) x (419,15K) 172300Pa
= 43332,01 m3 /jam Daya blower dapat dihitung dengan persamaan, P
144 efisiensi Q 33000
(Perry, 1997)
Efisiensi blower, berkisar 40 – 80 %; diambil 75 Sehingga, P
144 0,75 x 43332,01 = 13,9 HP 33000
Maka dipilih blower dengan tenaga 14 HP
LC.19 Reformer (R-203) Fungsi
:
Mengkonversi CO,CH4,C2H4 dan C2H6 menjadi H2
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Bubbling Fluidized Bed Reactor
Jumlah
:
2 unit
Data Desain : Tekanan
= 1,5 atm
Temperatur
= 870 oC
ρg
= 0,327 kg/m3
ρolivine
= 2600 kg/m3
(Kunii, 1991)
2
g
= 9,8 m/s
dpolivine
= 0,2 mm = 0,0002 m
μg
= 3,573 × 10-5 Ns/m2 (Pa-s)
mg
= 128631,962 kg/jam
molivine
= 291,689 kg
Langkah-langkah perhitungan: 1. Menghitung minimum fluidization velocity (Umf) Umf
=
7,9 10 3 dp"1,82 (ρ p ρ g ) 0,94 μg
0,88
Universitas Sumatera Utara
= 0,019 m/s 2. Menghitung bilangan Reynold pada Umf (Remf) Remf
=
Umf dp ρ g
(Rowe & Yates, 1987)
μg
= 0,036 Karena Remf < 10, maka Umf tidak perlu dikoreksi atau factor koreksi (f) = 1 (Sumber : Chap. 7, Rowe & Yates, p. 446) Umfcorr
= f × Umf
f
=1
Umfcorr
= 0,019 m/s
3. Menghitung terminal velocities of particle (Ut) Sp dp
*
= 0,86
(Kunii, 1991)
ρ = dp
(ρ p ρ g ) g
1/3
g
μg
(Kunii, 1991)
2/3
20,209 0,01
= 0,0002 × = 3,739
Dari Fig. 10, Chap. 3, Kunii, p. 81, pada dp* = 3,739 ut*
= 0,7
Ut
*
= ut
μ ×
= 0,7 ×
(ρ p ρ g ) g
1/3
g
ρg
(Kunii, 1991)
2/3
0,969 0,474
= 1,430 m/s
4. Menentukan operating gas velocity (Uf) Diinginkan flow regime yang terjadi di dalam gasifier adalah turbulent bed. Dari Perry’s CEH 50th Anniv. Ed., p.20-61, untuk turbulent bed : 20 Umf
< Uf < 200 Umf
0,389 m/s
< Uf < 3,89 m/s
Diinginkan juga tidak ada partikel yang terbawa keluar reaktor.
Universitas Sumatera Utara
Sehingga nilai Uf diambil dari nilai tengah antara Ut dan Umf. (Kunii, 1991) Uf
= 0,725 m/s = 37,271 Umf
5. Menghitung tinggi bed pada Umf (Lmf) mp
Lmf
=
(Kunii, 1991)
At
= luas penampang dalam reformer (m2)
At ρ p ρ g 1 Emf g
Ditentukan: Dt
= diameter dalam reformer (m) = 4 m
At
= 12,56 m2
Emf untuk tipe pasir olivine (sp = 0,86)
= 0,440
Sehingga: Lmf
= 4,607 m
6. Perancangan (desain) tuyere sebagai distributor a. Karena temperature operasi pada reformer1 ini tinggi, maka tipe distributor yang digunakan adalah tuyere distributor. b. Untuk memastikan aliran gas merata melalui tuyere, maka digunakan tuyere dengan orifice pada inlet gasnya. (Kunii, 1991) # Menghitung pressure drop minimum melalui bed (Dpb) Dpb
= (1 – Emf) × (ρp – ρg) × g × Lmf
(Kunii, 1991)
= 65728,231 Pa # Menghitung pressure drop melalui distributor (Dpd) Dpd
= 0,3 × Dpb
(Kunii, 1991)
= 19718,469 Pa # Menghitung bilangan Reynold pada Uf (Ret) dan menentukan koefisien orifice (Cd,or) Dt Uf ρ g
Ret
=
Ret
= 26525,664
μg
Karena Ret > 3000, maka Cd,or = 0,6
(Kunii, 1991)
(Kunii, 1991)
# Menghitung kecepatan gas melalui orifice (Uor)
Universitas Sumatera Utara
Cd, or 2Dpd 0,5 ρg
0,5
Uor
=
Uor
= 208,405 m/s
(Kunii, 1991)
# Menghitung jumlah tuyere per area distributor (Nor) Nor
=
1 Ior2
Dimana, Ior
= jarak antar tuyere
Asumsi Ior
= 0,1 m
(Kunii, 1991)
Sehingga, = 100 tuyere/m2
Nor
# Menghitung diameter orifice pada inlet gas tuyere (dor) dor
= [(4/π) × (Uf/Uor) × (1/Nor)]0,5
dor
= 0,007 m
(Kunii, 1991)
= 6,656 mm # Menentukan jumlah lubang per tuyere (Nh) dan diameter lubang tersebut (dh) Ditentukan, Nh = 6
(Kunii, 1991)
Ior2 × Uf
(Kunii, 1991)
= Nh × π/4 × dh2 × Uor
Ior
2
0,5
Uf = Nh Uor π/4 0,5
dh dh = 0,003 m
= 2,717 mm # Menghitung jumlah tuyere total (ntuyere) dan jumlah lubang total (nhole) ntuyere = Nor × At ntuyere = 1256 tuyeres nhole
= ntuyere × Nh
nhole
= 7536 holes
7. Menghitung tinggi bed yang terekspansikan (He) He Lmf Uf Umf Lmf Ubr
………………………………………… (Pers. 2.11)
Nilai He ditrial dengan persamaan 4, Kunii, sampai diperoleh nilai Ubr (dari pers. 9, Kunii) yang sesuai jika disubstitusikan ke persamaan 2.11 di atas.
Universitas Sumatera Utara
0,3He Dbm Db Dt e Dbm Dbo
Uf – Umf
= 0,705 m/s
Dbm
= 0,65 × [(π/4) × Dt2 × (Uf – Umf)]0,4
Dbm
= 1,556
Dbo
=
Dbo
= 0,141
2,78 2 Uf Umf g
(Kunii, 1991)
(Kunii, 1991)
(Kunii, 1991)
Setelah beberapa trial, diperoleh nilai He = 6,38 m e-0,3He/Dt
= 0,620
Dbm – Db = 0,877 Db
= 0,679 m
Ub
= (Uf – Umf) + Ubr
(Kunii, 1991)
Ubr
= 0,711 × (g × Db)1/2
(Kunii, 1991)
Ubr
= 1,834 m/s
Ub
= 2,539 m/s
Nilai He dan Ubr disubstitusikan ke (pers. 2.11) He Lmf Uf Umf Lmf Ubr
0,385 = 0,385 8. Menghitung tinggi reformer (Ht) Ht
= He + Hf
Ditentukan, Hf
< TDH
TDH
=
TDH
= 53,611 m
Uf 2 0,001 g
(Kunii, 1991)
Ditentukan, Rasio Ht/D= 5 Ht
= 20 m
Hf
= 13,62 m = 0,254 × TDH
9. Menghitung fraksi volume reformer yang terisi bubbles (fb) Fb ini tergantung dengan rasio Ub dengan Ui. Ui adalah rasio Umf dengan Emf.
Universitas Sumatera Utara
Ui
= 0,044 m/s
Maka, Ub / Ui
= 57,456
Karena rasio Ub/Ui > 5, berarti cloud (awan) yang terbentuk mengelilingi bubble tidak tebal (tipis) dan rumus yang digunakan untuk menghitung fb adalah : Uf Umf Ub Umf
Fb
=
Fb
= 0,280
(Kunii, 1991)
10. Menghitung diameter cloud (awan) (Dc) Cloud terbentuk bila Ubr > Ui a’
(Rowe&Yates, 1987)
Ubr = 41,496 (dimensionless) Ui
=
artinya terbentuk cloud Dari pers. 44, Chap. 7, Rowe&Yates, p. 458, Dc a'2 Db a'1
1/3
= 1,024 Dc = 0,695 m 11. Menghitung konstanta kecepatan reaksi orde-satu (kr) Konstanta ini dihitung dengan menggunakan model dari Davidson & Harrison. (Sbr : Rowe & Yates, Chap. 7, p. 482-484) # Menghitung koefisien difusivitas gas (Df) Karena gas yang digunakan adalah gas sintesa dari R-201 (berupa campuran gas), maka koefisien difusivitas dihitung dengan rumus :
n xj Di,mix = j 1 Dij
1
(Perry,1997)
Dimana I adalah komponen referensi Dipilih: I Xj Xj Yj Yi
= H2 (karena memiliki data yang paling lengkap) = fraksi mol komponen j di dalam campuran gas (tidak termasuk komponen i) =
yj 1 yi
= fraksi mol komponen gas j di dalam campuran gas (termasuk komponen i) = fraksi mol komponen gas I di dalam campuran gas (termasuk komponen i)
Universitas Sumatera Utara
= koefisien difusivitas antara komponen I dengan komponen j (m2/s)
Dij
Nilai Dij diambil dari : Tabel 3-318, Perry’s CEH, 50th Anniv. Ed. P. 3-256. Karena data yang ada pada tekanan 1 atm, temperature 0 oC, sedangkan kondisi aliran gas sintesa bertekanan 1,5 atm dengan temperature 870 oC, maka Dij disesuaikan dengan rumus : DijP2,T2 = DijP1,T1 × (P1/P2) × (T2/T1)3/2 (Pers. 24-41, J. R. Welty, Fund. Momentum Heat and Mass Transfer, p. 488) dimana: P1
= 1 atm
P2
= 1,5 atm
T1
= 273,15 K
T2
= 1143,15 K
Tabel LC.4 Komponen Gas dalam Reformer (R-203) i (H2)
Komponen j
DijP1, T1
DijP2, T2
H2
y
xj / DijP2,
xj
T2
0,113
-
-
H2O CO
0,000075 0,0000651
0,000428 0,000372
0,458 0,251
0,516 0,283
1206,199 761,566
CO2
0,000055
0,000314
0,060
0,068
215,478
CH4
0,0000625
0,000357
0,085
0,096
268,945
C2H6
0,0000459
0,000262
0,004
0,005
17,213
C2H4 Total
0,0000486
0,000277
0,028 1
0,032 1
113,798 2583,199
Dari table di atas diperoleh, Di,mix= Df =
1 = 0,0003871 m2/s 2583,199
# Menghitung overall rate of exchange (Qbi)
Umf Df 1/2 g1/4 5,85 Db Db 5/4
Qbi
= 4,5
Qbi
= 0,459 s-1
(Rowe&Yates, 1987)
# Menghitung koefisien mass transfer dari fasa cloud ke interstitial phase (Qci) Qci
Emf Df Ub = 6,78 Db 3
0,5
(Rowe&Yates, 1987)
Universitas Sumatera Utara
= 0,252 s-1 # Menghitung fraksi volume solid yang terdispersi dalam cloud-wake (Yc) Yc
= (1 – Emf) [3Ui/(Ubr – Ui) + (Vw / Vb)] (Rowe&Yates, 1987)
dimana, Vw/Vb = fraksi volume wake terhadap volume bubble = 0,333 Yc
(Kunii, 1991)
= 0,228
# Menghitung volume solid yang terdispersi dalam fase interstisial (Yi) fb × (Yb + Yc + Yi) = (1 – Emf) (1 – fb) Yb
(Rowe&Yates,)
= fraksi volume solid terdispersi dalam bubbles = 0,005
(Kunii, 1991)
Sehingga pers. di atas menjadi : (1 Emf)(1 fb) fb(Yb Yc) fb
Yi
=
Yi
= 0,170
# Menghitung konstanta kecepatan overall efektif (kf) C2H6 + 2H2O
2CO + 5H2
Ca/Cao
fb Hd = exp kf Uf
Ca/Cao
= fraksi reaktan (karbon) yang tidak terkonversi
Ca
= C2H6 akhir (kmol)
= 2,519 kmol
Cao
= C2H6 mula-mula (kmol)
= 25,193 kmol
Ca/Cao
= 0,1
Kf
= 0,298
(Kunii, 1991)
# Menghitung konstanta kecepatan reaksi orde satu (kr) kf
= Yb kr
1 1 Qbc
1 Yc kr
1 1 1 Qci Yi kr
(Kunii, 1991) kr ditrial sampai diperoleh nilai kf ~ 0,298 Setelah beberapa trial, diperoleh kr = 2,599 m3/mol s Yb × kr = f
= 0,012993
Universitas Sumatera Utara
1 Qbc
=g
=
1 Qbi
(Rowe&Yates, 1987)
= 2,177 s Yc × kr = d
= 0,592865
1 Qci
=a
= 3,968
1 =b Yi kr
= 2,262
1 ab
=c
= 0,16050
d+c
=e
= 0,753368
1 e
=h
= 1,327
1 =i gh kf
= 0,285329
= f + i = 0,29832
12. Menghitung waktu reaksi (trx) 1 dNa Kr Car dt Vp dt = trx
=
(Kunii, 1991)
(1 / Vp )dNa Kr Car
dimana: Vp
= volume katalis (olivine) = 317,518 m3
dNa
= Ca – Cao (mol) = 21339,396 mol
Car
= mol a bereaksi/Volume gas (mol/m3)
mg Volume gas =
ρg 3600
= 109,310 m3/s Car
= 207,423 mol/m3 s
Maka, Dt = trx = 0,114 s
Universitas Sumatera Utara
13. Menghitung waktu tinggal reaktan gas dalam reactor (tr)
Volume reformer Volume gas
tr
=
Volume reactor
= At × Ht = 251,2 m3
tr
= 2,2981 s
LC.20 Waste Heat Boiler (E-201) Fungsi
: Memanfaatkan panas gas sintesa dari reformer untuk menjadi steam
Jenis
: Ketel pipa api
Jumlah
: 4 unit
Bahan
: Carbon Steel
Data : Superheated steam yang dihasilkan bersuhu 1126,660 C Dari steam table, Smith, 1987, diperoleh Kalor laten steam
= 2726,485 kJ/kg = 2618,313 Btu/lbm
Total kebutuhan uap = 11002,64 kg/jam = 24252,02 lbm/jam Perhitungan : Menghitung Daya WHB W=
34,5 x P x 970,3 H
Dimana : P = daya WHB,HP W = kebutuhan uap,lbm/jam H = kalor laten steam,Btu/lbm Maka, P=
24252,02 x 2618,313 = 192,196 HP 34,5 x 970,3
Efisiensi kerja boiler ialah 70 % sehingga : P = 192,196/70% = 274,567 HP Menghitung Junmlah Tube : Luas permukaan perpindahan panas, A = P x 10 ft2/HP = 274,567 x 10 ft2/HP = 2745,67 ft2
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan mengunakan tube dengan spesifikasi : -
Panjang tube, L =30 ft
-
Diameter 3 in
-
Luas permukaan pipa, a’ = 0,917 ft2/ft
( Kern, 1965)
Sehingga jumlah tube, Nt =
A 2745,67 = = 99,8 100 buah " Lxa 30 x 0,917
LC.21 Scrubber (D-301) Fungsi
:
membersihkan partikel pengotor (char dan olivine) dari aliran gas
Bahan konstruksi
:
Carbon steel
Bentuk
:
Baffle Tower type Impingement tray scrubber
Jumlah
:
1 unit
Kondisi Operasi: Tgas input
= 150oC
= 302 oF
Tgas output
= 60 oC
= 140 oF
Tliq input
= 30oC
= 109,994 oF
Tliq output
= 43,33 oC
= 110 oF
Pinput
= 1,021 atm
mg
= 128634,143 kg/jam
= 283589,403 lb/jam
mliq output
= 53614,570 kg/jam
= 118199,754 lb/jam
ρg
= 0,628 kg/m3
= 0,039 lb/ft3
ρliq
= 993,398 kg/m3
= 62,016 lb/ft3
Qt
= 14462338,644 kJ/jam
= 13707598,283 Btu/jam
Cpgas
= 2,281 kJ/kg-C
= 0,43 Btu/lb-F
H2O terkondensasikan = 21811,505 kg/jam
= 48086,080 lb/jam
Langkah-langkah perhitungan Scrubber (D-301): 1. Menghitung beban kondensasi H2O (Qc) Qc = H2O terkondensasikan × λH2O1,021atm; λH2O1,021atm; Qc
o 148,889 C
o 148,889 C
= 2265,548 kJ/kg
= 49415015,351 kJ/jam = 46836213,439 Btu/jam
Universitas Sumatera Utara
2. Menghitung beban pendingin sensible gas (Qg) Qg
= Qt – Qc = 33128615,156 Btu/jam
Diameter kolom (D) di-trial sampai vw-desain mendekati vw-max Setelah di-trial, didapat
D = 13,83 ft = 4,215 m
Dipilih 50 % cut segmental baffles Jarak antar baffle (Sb) di-trial sampai vc-desain mendekati vc-max Setelah di-trial, didapat
Sb = 32,765 in = 2,730 ft = 0,832 m
3. Menghitung luas penampang kolom (At), jendela (Aw), dan tirai (Ac) Luas penampang kolom (At) At
= 0,25πD2
At
= 150,145 ft2
Luas jendela (Aw) Aw
50% 150,145 %cut segmental baffles At = Aw 100 100
Aw = 75,072 ft2 Luas tirai (Ac) Ac = Sb × D = 2,446 × 12,351 = 37,762 ft2 4. Menghitung laju alir volum gas per detik (Gv), vw-max, vw-deasin, vc-max, vc-desain Gv
mg 3600ρ g
= 2009,466 ft3/s vW max
l g 0,58 g
0, 5
= 23,062 ft/s
vWdesain
Gv Aw
Universitas Sumatera Utara
= 26,767 ft/s
vc max
l g 1,15 g
0 ,5
= 45,725 ft/s
vcdesain
Gv Ac
= 53,214 ft/s
5. Menghitung overall volumetric heat transfer coefficient (Ua) Ua = C × G0,7 × L0,4 Dimana : C = konstanta yang tergantung dengan jarak antar baffle Untuk jarak antar baffle 33 inch, C = 0,016. G = kecepatan alir massa gas
G
mg
= 1888,774 lb/jam.ft2
At
L = kecepatan alir massa liquid
L
m liq output At
= 787,239 lb/jam.ft2
Maka : Ua = 45,278 Btu/jam ft2 F 6. Menghitung Ua yang dikoreksi (Ua corr)
Ua corr
1 1 Qg Ua Qt
= 18,735 Btu/jam.ft2.F 7. Menghitung dimensi kolom # Volum zona kontak gas dengan liquid (Vt) Δt M
(Tgas input Tliq output ) (Tgas output Tliq input )
Ln (Tgas input Tliq output )/(Tgas output Tliq input )
Universitas Sumatera Utara
Tgas input – Tliq output
= 162 oF
Tgas output – Tliq input
= 54 oF
ΔtM = 98,306 oF
Vt
Qt Uacorr Δt M
= 7442,782 ft3 # Tinggi zona kontak gas dengan liquid (Zt) Zt
Vt At
= 49,571 ft = 15,109 m
# Jumlah baffle (Nb) Nb
Zt Sb
= 18 baffle
# Tinggi level liquid di dasar scrubber (ZL) ZL = VL × ts × (4/πD2) Dimana : VL
= aliran volumetric liquid (m3/min)
VL
= (mliq output / ρl) × (1/60) = 0,9 m3/min
ts
= waktu tinggal liquid di dasar scrubber (min)
ts
= 7 min
maka : ZL = 0,451 m # Jarak antara level liquid dengan gas inlet (ZLG) ditentukan ZLG = 1,5 m # Jarak antara gas inlet dengan baffle pertama di dasar scrubber (ZGB) ditentukan ZGB = 0,9 m # Jarak antara liquid inlet dengan baffle pertama di puncak scrubber (ZIB) ditentukan ZIB = 0,9 m # Tinggi total scrubber (ZT) ZT = Zt + ZL + ZLG + ZGB + ZIB = 18,861 m 8. Menghitung pressure drop (Dp) gas
ρg Dp 0,186 ρl
2
v W Nb 0,7
Universitas Sumatera Utara
= 3,121 inch H2O = 0,113 psia
LC.22 Pompa (P-301) Fungsi
: Memompa air dari scrubber untuk disirkulasi kembali menuju scrubber
Tipe
: Centrifugal pump
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Data perhitungan PSuction = 1 atm (1,01325 bar) Temperatur
T = 43.33C (316,48 K)
Laju alir campuran
F = 49936,1805 kg/jam
Densitas campuran
ρ = 999,95 kg/m3 = 62,424 lbm/ft3
Viskositas campuran = 0,448 cP = 0,0003 lbm/ft s Laju alir volumetrik : mv
=
49936,1805 kg / jam 999,95 kg / m 3
= 0,013872 m3/s = 1,462 ft3/s Desain pompa : Di,opt = 3,9 mv 0,45 0,13
(Peters, 2004)
= 3,9 (1,462 ft3/s)0,45 (62,424 lbm/ft3)0,13 = 7,919 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis,1997, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal
: 8 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 7,981 in = 0,6651 ft
Diameter Luar (OD)
: 8,625 in = 0,7187 ft
Inside sectional area A
: 0,3474 ft2
Kecepatan linier, v =
m v 1,462 ft 3 /s = = 0,1192 ft/s A 0,3474 ft 2
Universitas Sumatera Utara
Bilangan Reynold : NRe =
=
ρ v D
(Peters, 2004)
(62,424 lbm/ft 3 )(0,1192 ft/s )(0,6651 ft ) 0,0003 lbm/ft s
= 16439,12 (aliran turbulen)
Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,000046 Pada NRe = 16439,12 dan /D =
(Geankoplis, 1997)
0,000046 m = 0,0002 0,2027 m
diperoleh harga faktor fanning f = 0,008
(Geankoplis, 1997)
Friction loss : 1 sharp edge entrance hc
A v2 0,11922 = 0,5 (1 0) = 0,5 1 2 2(1)(32,174) A1 2 gc
= 0,0001 ft lbf/lbm 2 elbow 90°
hf
= n.Kf.
0,1192 2 v2 = 0,0003 ft lbf/lbm = 2(0,75) 2(32,174) 2 gc
1 check valve
hf
= n Kf
0,1192 2 v2 = 1(2) = 0,0004 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
Pipa lurus 50 ft
Ff
= 4f
50. 0,1992 L v 2 = 4(0,008) 0,6651232,174 D 2 gc 2
= 0,0002 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A1 v 2 0,11922 2 = n 1 = 1 1 0 2132,174 A2 2 gc = 0,0001 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 0,0012 ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli:
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 1997)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ;
Universitas Sumatera Utara
P 1 = P2 ∆P/ρ = 0 ft lbf/lbm tinggi pemompaan z = 30 ft
0
32,174 35 0 0,0015 Ws 0 32,174
Ws = 30,001 ft lbf/lbm Efisiensi pompa, = 80 % Wp = Ws / Wp = 30,001 / 0,8 = 37,50 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp mv ρ 550
37,50 1,46262,424 7,77 hp 550
Digunakan daya motor standar 8 HP
LC.23 Cooler (E-301) Fungsi
: Mendinginkan aliran gas keluar dari Scrubber (D-203) sampai dengan 43,33 oC
Jenis
: 1-2 shell and tube exchanger
Dipakai
: 1 1/4 in OD tube 18 BWG, panjang = 12 ft, 2 pass
Fluida panas Laju alir fluida masuk
= 53614,571 kg/jam = 118198,681 lbm/jam
Temperatur awal (T1)
= 60°C
= 140 °F
Temperatur akhir (T2)
= 43,33°C
= 110°F
Laju alir fluida dingin
= 10861,95 kg/jam
= 23946,625 lbm/jam
Temperatur awal (t1)
= 30°C
= 86°F
Temperatur akhir (t2)
= 43,33°C
= 110°F
Panas yang diserap (Q)
= 2055054,864 kJ/jam = 1947816,142 Btu/jam
Fluida dingin
Tabel LC.5 Perbedaan Suhu Sebenarnya t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas T1 = 140F T2 = 110F
Fluida Dingin Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih
Selisih
t2 = 110F
t1 = 1273F
t1 = 86F
t2 = 532F
Universitas Sumatera Utara
rendah T1 – T2 = 30F
LMTD
Δt
2
Δt 1
Selisih
Δt 2 ln Δt 1 T T2 30 R 1 1,25 t 2 t1 24
S
t2 – t1 = 6F
t2 – t1 = 24F
6 2 6 ,88 F 24 ln 30
t 2 t1 24 0,4443 T1 t1 140 30
Dari Fig. 18 Kern, 1965 , 1965 diperoleh FT = 0,996 Maka :
t = FT LMTD = 0,996 26,88 = 26,78F
Tc dan tc
Tc
T1 T2 140 110 125 F 2 2
tc
t1 t 2 86 110 98 F 2 2
Dalam perancangan ini digunakan cooler dengan spesifikasi: -
Diameter luar tube (OD) = 1 in
-
Jenis tube = 18 BWG
-
Pitch (PT) = 1 1/4 in triangular pitch
-
Panjang tube (L) = 15 ft
1. Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, 1965, cooler untuk fluida panas gas dan fluida dingin air, diperoleh UD = 2 -50, faktor pengotor (Rd) = 0,003 Diambil UD = 35 Btu/jamft2F Luas permukaan untuk perpindahan panas, A
2055054,864 Btu/jam Q 2078,07 ft 2 Btu U D Δt 35 26,78 o F 2 o jam ft F
Luas permukaan luar (a) = 0,2618 ft2/ft Jumlah tube, N t
(Kern, 1965)
2078,07 ft 2 A 529,17 buah L a " 15 ft 0,2618 ft 2 /ft
Universitas Sumatera Utara
2. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, 1965, nilai yang terdekat adalah 282 tube dengan ID shell 25 in. 3. Koreksi UD
A L Nt a" 15 ft 282 0,2618ft 2 /ft 1107,41 ft 2
UD
Q 1947816,142 Btu/jam Btu 65,67 2 A Δt 1107,41 ft 26,78F jam ft 2 F
Fluida dingin: sisi tube (1) Flow area tube,at’ = 0,639 in2
at
N t at' 144 n
at
282 0,639 0,6257 ft 2 144 2
(Kern, 1965) (Kern, 1965)
(2) Kecepatan massa
Gt
w at
Gt
23946,625 38272,501 lbm/jam.ft 2 0,6257
(Kern, 1965)
(3) Bilangan Reynold Pada tc = 97,997F = 0,74 cP = 1,7901 lbm/ft2jam
(Kern, 1965)
Dari tabel 10, Kern, 1965, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh : ID = 1,15 in = 0,0958 ft
Re t
ID Gt
Re t
0,0958 38272,501 2048,88 1,7901
(Kern, 1965)
(4) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, 1965, diperoleh jH = 345 pada Ret = 2048,88 (5) Pada tc = 97,997F c = 0,99 Btu/lbm.F
(Kern, 1965)
k = 0,366 Btu/jam lbm ft.F
(Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
c. k
1
3
0,99 1,7901 0,366
h k c. (6) i jH t ID k
1
1
3
1,6918
3
hi 0,366 345 1,69181 2229,103 t 0,0958 hio hi ID t t OD hio 1,15 2070,87 2563,468 t 1,25 (7) Karena viskositas rendah, maka diambil
hio
t = 1
(Kern, 1965)
hio t t
hio 1867,93 1 2563,468 Fluida panas: sisi shell (1’) Flow area shell as
Ds C ' B 2 ft 144 PT
(Kern, 1965)
Ds = Diameter dalam shell = 25 in B = Baffle spacing = 5 in PT = Tube pitch = 1 ¼ in C = Clearance = PT – OD = 1 ¼ – 1 = 1/4 in 25 0, 25 5 0,1736 ft 2 1 144 1 4
as
(2’) Kecepatan massa
Gs
Gs
w as
(Kern, 1965)
118198,681 680824,406 lbm/jam.ft 2 0,1736
(3’) Bilangan Reynold
Universitas Sumatera Utara
Pada Tc = 124,997F = 0,21 cP = 0,0508
lbm/ft2jam
Dari Gbr. 28, Kern, 1965, untuk 1 in dan 1 1 4 in triangular pitch, diperoleh De= 0,77 in. De = 0,77/12 = 0,06417 ft
Re s
De G s
Re s
0,06417 680824 85994,659 0,0508
(Kern, 1965)
(4) Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, 1965, diperoleh jH = 758 pada Res = 85994,659 (5’) Pada Tc = 124,997F c = 0,36 Btu/lbmF k = 0,175 Btu/jam lbm ft.F
c. k
1
3
0,36 0,0508 0,175
h k c. (6’) o jH De k s
1
1
3
1,015
3
ho 0,175 758 1,015 2097,862 s 0,06417 (7’) Karena viskositas rendah, maka diambil s = 1
ho
(Kern, 1965)
ho s 2097,862 1 2097,8624 s
(8) Clean Overall Coefficient, UC
UC
h io h o 2048,886 2097,862 1036,542 Btu/jam ft 2 F h io h o 2048,886 2097,862 (Kern, 1965)
(9) Faktor pengotor, Rd
Rd
U C U D 1036,542 65,677 0,142 U C U D 1036,542 65,677 (Kern, 1965)
Rd hitung Rd batas, maka spesifikasi cooler dapat diterima
Universitas Sumatera Utara
Pressure drop Fluida dingin : sisi tube (1)
Untuk Ret = 2048,88 f = 0,001 ft2/in2
(Kern, 1965)
s = 0,99 t = 1 (2)
2 f Gt L n ΔPt 5,22 1010 ID s φ t ΔPt
(3)
(Kern, 1965)
(0,001) (38272,501) 2 (15) (2) = 2,107 psi (5,22 1010 ) (0,0958) (0,98) (1)
Dari Gbr. 27, Kern, 1965, 1965 pada diperoleh
V
2
2g'
=0,001
4n V 2 . s 2g' (4).(2) .0,001 0,99 0,0082 psi
ΔPr
PT
= Pt + Pr = 2,107 psi + 0,0082 psi = 2,116 psi
Pt yang diperbolehkan = 10 psi Fluida panas : sisi shell (1) Untuk Res = 85994,659 f = 0,001 ft2/in2
(Kern, 1965)
s =1 s = 1,076 (2)
N 1 12 x
L B
N 1 12 x
15 = 36 5
(Kern, 1965)
Ds = 25 /12 = 2,083 ft
Universitas Sumatera Utara
(3)
f. G 2 . D . (N 1) s s P s 5,22.1010 . D s. e. s
(Kern, 1965)
0,001. (680824,406) 2 . (25). (36) P = 5,605 psi s 5,22.1010 . (0,77) (1,076). (1) Ps yang diperbolehkan = 10 psi
Universitas Sumatera Utara
LC.24 Knock Out Drum (D-301) Fungsi
:
memisahkan fasa cair gas sintesa dari campuran gasnya
Desain
:
Berupa bejana (tangki) vertikal dengan tutup dan alas berbentuk segmen elips (torispherical head)
Bahan konstruksi
:
Carbon Steel SA 285 (A)
Jumlah
:
1 unit
Kondisi operasi: Tekanan (P)
= 2503 kPa
Temperatur (T)
= 316,48 K
Tabel LC.6 Komponen Komposisi Umpan Masuk Gas dalam Knock Out Drum (D-301) Komponen
F (kg/jam)
N (kmol/jam)
%mol
BM
%molxBM
H2
4518,872
2237,0655
0,566505
2,02
1,1443404
CO2
49,19163
1,1177375
0,000283
44,01
0,0124571
CO
32603,42
1163,992
0,294764
28,01
8,256353
H2O
562,5069
31,215698
0,007905
18,02
0,1424469
CH4
6838,953
426,36866
0,107972
16,04
1,731868
C2H4
2435,479
86,826336
0,021988
28,05
0,6167505
C2H6
69,23
2,3022946
0,000583
30,07
0,0175315
Total
47077,65
3948,8882
11,921747
Tabel LC.7 Komponen Komposisi Umpan Masuk Cairan dalam Knock Out Drum (D-301) Komponen H2 CO2 CO H2O CH4 C2H4 C2H6 Total
F (kg/jam) N (kmol/jam) -25 8,19332.10 4,0561.10-25 0,043307011 0,00098403 0,672339526 0,02400355 6476,544654 359,408693 12,33234921 0,7688497 41,04768635 1,46337563 1,839 0,0611573 6532,479336 361,727064
%berat densitas (kg/m3) -28 1,25424 .10 70,97 6,62949E-06 1032 0,000102923 1250 0,99143745 1000 0,001887851 422,62 0,00628363 567,92 0,000281516 546,49 0,993434853
Universitas Sumatera Utara
campuran gas = ρcairan
% mol BM 273K = 11,34 kg/m3 = 0,708 lbm/ft3 22,4 T (K ) = ( % berat H2 x ρ H2 ) + ( % berat CH4 x ρ CH4 ) + ( % berat
CO2 x ρ
CO2 ) + ( % berat C2H4 x ρ C2H4) + ( % berat H2O x ρ H2O ) +( % berat CO x ρ CO ) + ( % berat C2H6 x ρ C2H6 ) = 996,06 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3
Volume gas, Vgas =
n RT
3948,888 kmol / jam 0,0821 atm .l / mol.K 316,8 K P 24,7 atm 3 = 4148,948 m /jam = 40,699 ft3/detik
Volume cairan, Vcairan =
F 6532,479 = 6,558 m3/jam = 0,06433 ft3/detik 996,06
Kecepatan linear yang diinzinkan :
1 gas
u 0,14
= 0,14
(Walas,1988)
996,06 1 1,305 ft/detik 11,34
Untuk kecepatan linier pada tangki vertikal: Uvertikal = 1,25 x u
(Walas,1988)
= 1,25 x 1,305 ft/detik = 1,632 ft/detik Diameter tangki: D=
50 50 = = 6,278 ft vertikal ( / 4) 0,99 1,632 ( / 4) 0,99
Tinggi kolom uap minimum = 5,5 ft
(Walas,1988)
Waktu tinggal = 10 menit
(Walas,1988)
Tinggi cairan , L =
Vliquid t ( / 4) D 2
0,06433 ft 3 / det ik 600 det ik = 1,2475 ft ( / 4) (6,278 ft ) 2
Panjang kolom ; L = Lcairan + Luap = 1,2475+ 5,5 = 6,747 ft Perhitungan tebal shell tangki : Tinggi cairan
= 1,2475 ft = 0,38 m
Universitas Sumatera Utara
Tekanan operasi = 24,7 bar = 2503 kPa Tekanan hidrostatik : PH = x g x l = 1,3049 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,358 m = 34,69 kPa P = 2503 kPa + 34,69 kPa = 2537,69 Psi Faktor kelonggaran Maka, Pdesign
= 5%
= (1,05) (2537,69) = 3045,228 kPa
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress
= 17500 Psi
(Brownell, 1959)
Faktor korosi (CA)
= 0,015 in/tahun
n
= 10 tahun
Tebal shell tangki: PD nC A 2SE 1,2P (3045,228 Psi ) (6,278 ft) 10(0,015) 2(128917,8)(0,8) 1,2(3045,228Psi)
t
0,377 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan
= 0,377 in
Tebal shell standar yang digunakan = ½ in
(Brownell,1959)
b. Tutup tangki Diameter tutup
= diameter tangki
= 1,913 m
Rasio axis
= Lh : D
= 1: 4
Lh
Lh 1 = D 1,913 = 0,47 m D 4
L (panjang tangki) = Ls + 2Lh Ls (panjang shell)
= 2,034 m – 2(0,47 m) = 2,99 m
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal tutup ½ in.
Universitas Sumatera Utara
LC.25 Kompresor (G-301) Fungsi
: menaikkan tekanan gas sintesis sebelum masuk ke KnockOutDrum
Desain
: centrifugal compressor
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 285 (A) Jumlah
: 1 unit
Data perhitungan Tabel LC.8 Komponen Komposisi Umpan Masuk Gas dalam Kompresor (G-301) Komponen
Aliran 11
BM
kmol/jam H2
%berat
BM av
kg/jam
2,02
2237,0655
4518,8724
0,0843
0,170345
CO2
44,01
1,1187
49,2349
0,0009
0,040436
CO
28,01
1164,0160
32604,0875
0,6084
17,04246
H2O
18,02
390,6244
7039,0515
0,1308
2,357549
CH4
16,04
427,1375
6851,2856
0,1279
2,050802
C2H4
28,05
88,2897
2476,5264
0,046216
1,296352
C2H6
30,07
2,5112
75,5119963
0,001409
0,042374
4310,7630
53614,5703
1
23,00032
Total
Laju alir gas masuk = 50433,5381 kg/jam ( k 1) / k N st k P2 Pad 2,78 10 N st m vl P1 1 k - 1 P1 4
ρgas =
(Peters, 2004)
P BM av (1,7 atm) (23,00 kg/kmol) 1,431 kg / m 3 3 RT (0,082 m atm/kmol K)(315,15 K)
dimana : Nst
= jumlah tahap kompresi
mvl
= laju alir gas volumetrik (m3/jam)
P1
= tekanan masuk = 1,7 bar = 172,3 kPa
P2
= tekanan keluar = 24,7 bar = 2503 kPa
η
= efisiensi kompresor = 75 %
(Walas, 1988)
k
= rasio panas spesifik gas = 1,407
(Perry, 1997)
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik gas,Q =
F 53614,5703 kg / jam = 37463,0785 m3/jam 3 1,431 kg / m = 367,4989 m3/det
(1, 407 1) /(1, 407 3) 1,407 2503 Pad 2,78 10 3 50 37463,0785 1 1,407 - 1 172,3 Pad = 584,891 HP 4
P=
Pad 584,891 = = 779,854 HP 0,75
Digunakan kompresor dengan daya motor standar 779 HP Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan : De = 0,363 (mvl)0,45( )0,13
(Peters, 2004)
= 0,363 (37463,0785 m3/detik)0,45 (1,431 kg/m3) 0,13 = 1,31 m LC.26 Pressure Swing Adsorption Unit (D-403) Fungsi
:
memurnikan produk gas Hidrogen
Bahan konstruksi
:
SA – 30 (carbon steel)
Bentuk
:
Vertical vessel
Jumlah
:
4 unit
Data Desain : Laju alir massa gas (Fgas)
=
47077,647 kg/jam
Densitas gas (ρgas)
=
0,451839 kg/m3
Suhu inlet
=
43,3333 oC
Tekanan inlet
=
24,7 atm = 360 psia
(Estimasi Hysys v.3.2)
1. Menghitung kebutuhan adsorben per kolom PSA VSA6 Zeolite : bulk density (ρzeolite)
=
650 kg/m3
kapasitas adsorbsi (w)
=
3842,3 lb/ton H2
Jumlah adsorben
=
26423,105 kg
=
25%
Safety factor, SF
Adsorben yang dibutuhkan = =
jumlah adsorben × (1 + SF) 26423,105 × (1 + 0,25)
Universitas Sumatera Utara
=
33028,881 kg
=
72816,131 lb
bulk density (ρactive carbon)
=
470 kg/m3
kapasitas adsorbsi (w)
=
5733,6 lb/ton H2
Jumlah adsorben
=
39429,382 kg
Safety factor, SF
=
25%
Active carbon :
Adsorben yang dibutuhkan =
jumlah adsorben × (1 + SF)
=
39429,382 × (1 + 0,25)
=
49286,727 kg
=
108658,504 lb
bulk density (ρalumina)
=
770 kg/m3
kapasitas adsorbsi (w)
=
810,9 lb/ton H2
Jumlah adsorben
=
5576,476 kg
Safety factor, SF
=
25%
Alumina :
Adsorben yang dibutuhkan =
jumlah adsorben × (1 + SF)
=
5576,476 × (1 + 0,25)
=
6970,596 kg
=
15367,514 lb
Total adsorben yang dibutuhkan per kolom: =
33028,881 + 49286,727 + 6970,596
=
89286,203 kg = 196842,150 lb
2. Perhitungan ukuran adsorber : Volume adsorben VSA6 Zeolite yang dibutuhkan per kolom (Vzeolite): =
Adsorben yang dibutuhkan / ρzeolite
=
33028,881 / 650
= 50,8137 m3
Volume adsorben Active carbon yang dibutuhkan per kolom (VActive carbon): =
Adsorben yang dibutuhkan / ρactive carbon
=
49286,727 / 470
= 104,865 m3
Volume adsorben Alumina yang dibutuhkan per kolom: =
Adsorben yang dibutuhkan / ρalumina
=
6970,596 / 770
= 2,2631 m3
Universitas Sumatera Utara
Volume total (Vt) adsorben yang dibutuhkan per kolom: Vt
=
Vzeolite + VActive carbon + VAlumina
=
50,8137 + 104,865 + 2,2631
=
157,942 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D)
= 3:1
Volume silinder, Vt
=
3 3 D 2 H s D 2 3D D 4 4 4
Diameter kolom, D
=
3
=
4,06 m
=
3×D
=
12,2 m
Tinggi kolom, Hs
4 Vt 3
=
3
4 157,942 3
= 3 × 4,06
3. Menghitung tebal dinding PSA Direncanakan menggunakan bahan konstruksi stainless steel, SA – 240, Grade C, type 410 diperoleh data : - Allowable stress (S)
= 18750 lb/in2
- Joint efficiency (E)
= 0,85
- Corrosion allowance (C)
= 0.006 in/tahun
- Umur tangki (n)
= 10 tahun
Volume adsorber = 157,942 m3 Po = 360 psia Pdesign = 1,2 × 360= 432 kPa
Tebal shell tangki: t=
360 x 296,248 10 x 0,006 (18750 x 0,85) ( 1,2 x 360)
t = 1,6602 in Tebal shell standar yang digunakan = 2 in
4. Perhitungan desain tutup kepala atas dan bawah Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell.
Tebal tutup atas yang
digunakan = 2 in.
Universitas Sumatera Utara
LC.27 Tangki Penyimpanan Hidrogen Fungsi
:
Tempat penampungan H2
Jumlah
:
1 unit
Tipe
:
Tangki berbentuk bola
Bahan
:
Carbonsteel
(Brownell & Young, 1959)
: 43,33oC, 24,7 bar
Kondisi operasi Perhitungan: Laju alir bahan masuk
= 4292 kg/jam
Lama penyimpanan
= 1 hari
Faktor keamanan
= 20%
Hidrogen yang dihasikan per jam = 4292,93 kg/jam Hidrogen yang dihasikan dalam kmol =
ρgas =
4292,93 kg / jam 2125,21 kmol / jam 2 kmol / kg
P BM av (24,7 atm) (2 kg/kmol) 1,92 kg / m3 = 0,2733 lbm/ft3 3 RT (0,082 m atm/kmol K)(316,48 K) n RT
2125, 21kmol / jam 0,0821 atm .l / mol.K 3316,48 K P 24,7 atm 3 = 2232,881 m /jam
Volume gas, Vgas =
= 2232,881 m3 /jam×24 jam/hari×1 hari
Total volume gas dalam tangki
= 53589,144 m3 Direncanakan 3 buah tangki, sehingga: Total hidrogen dalam tangki
=
53589,144 kg 17863 m 3 3
Faktor kelonggaran = 20 %
(Perry dan Green, 1999) 3
Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 17863 m = 21435,657 m3 Diambil tinggi silinder; Hs = Dt Volume tangki; Vt
4 = r 3 3
21435,657 m3
=
21435,657 m3
= 1,0466 Dt3
1 4 (3,14) Dt 2 Dt 4 3
Universitas Sumatera Utara
Diameter tangki; Dt
= 27,36 m
Jari – jari tangki, R
=
Tinggi tangki; Hs
= 27,36 m
Dimana Po
27,36 m 2
= 13,68 m = 538,58 in = 48,51 ft
= Tekanan awal 24,7 bar = 358,2 psi
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 x 358,2 Psi = 429,84 Psi
Tebal silinder, ts
=
PxR nc SE 0,6 P
Dimana; P
= Tekanan disain
S
= Tegangan yang diizinkan 48.750 psi
E
= 0,8
n
= 10 tahun
c
= 0,01 in/tahun
ts
=
429,84 Psi x 496,68 in 10 tahun x 0,01 in / tahun 48.750 psi x 0,8 0,6 x 429,84 Psi
= 6,4 in Digunakan silinder dengan ketebalan 6,4 in
Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Spesifikasi Tangki
Diameter tangki; Dt
= 27,36 m
Tinggi Tangki; HT
= 48,51 ft
Tebal silinder; ts
= 6,4 in
Bahan konstruksi
= Carbonsteel
Faktor korosi
= 0,01 in/tahun
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS
1. Screening (SC) Fungsi
: menyaring partikel-partikel padat yang besar
Jenis
: bar screen
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : Stainless steel Dari Physical-Chemical Treatment of Water and Wastewater, diperoleh: Ukuran bar: Lebar = 5 mm Tebal = 20 mm Bar clear spacing = 20 mm Slope
= 30°
Kondisi operasi: - Temperatur
= 30C
- Densitas air ()
= 995,68 kg/m3
(Perry, 1997)
- Laju alir massa (F) = 82.304,4641 kg/jam - Laju alir volume (Q) =
82.304,4641 kg / jam 1 jam / 3600 s = 0,0230 m3/s 3 995,68 kg / m
Direncanakan ukuran screening: Panjang
= 2m
Lebar
= 2m 2m
20 mm 2m
20 mm
Gambar LD-1. Sketsa Sebagian Bar Screen (dilihat dari atas) Misalkan, jumlah bar = x
Universitas Sumatera Utara
Maka, 20x + 20 (x + 1) = 2000 40x = 1980 x = 49,5 50 buah Luas bukaan (A2) = 20(50 + 1) (2000) = 2.040.000 mm2 = 2,04 m2 Asumsi, Cd = 0,6 dan 30 % screen tersumbat Q2 (0,0230) 2 2 2 2 (9,8) (0,6) 2 (2,04) 2 2 g Cd A 2
Head loss (h) =
= 17,955.10-6 m dari air
2. Pompa Screening (PU-01) Fungsi
: memompa air dari sungai ke bak pengendapan
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 30 oC Laju alir massa (F)
= 82304,4641 kg/jam
= 50,4031 lbm/s
Densitas air ()
= 955,68 kg/m3
= 62,1586 lbm/ft3
Viskositas air ()
= 0,8007 cP
= 0,0005 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
50,4031 lbm / s 62,1586 lbm / ft 3
= 0,8109 ft3/s
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,8109 ft3/s )0,45 (62,1586 lbm/ft3)0,13 = 6,0709 in Dipilih pipa commercial steel dengan spesifikasi sebagai berikut (Brownell,
1959)
: Ukuran nominal
: 5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
:5,047 in = 0,4206 ft
Diameter Luar (OD) Inside sectional area
: 5,563 in = 0,4636 ft : 0,139 ft2
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan linear, v = Q/A =
0,8109 ft 3 /s = 5,8337 ft/s 0,139 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
v D
=
(62,1586 lbm/ft 3 )(5,8337 ft/s)(0,4206 ft) 0,0005 lbm/ft.s
= 283436,3693 (Turbulen)
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,00015 Pada NRe = 283436,3693 dan /D =
0,00015 ft = 0,0004 0,4206 ft
maka harga f = 0,008
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
v2 2 g c
5,8337 2 2132,174
5,8337 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
5,8337 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 0,2644 ft.lbf/lbm
= 0,7933 ft.lbf/lbm
= 1,0577 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
2 70 . 5,8337 = 4(0,007) 0,4206 .2.32,174
= 2,8167 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c = 1 0
Total friction loss : F
5,8337 2 2132,174
= 0,5289 ft.lbf/lbm
= 5,4611 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
Universitas Sumatera Utara
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2α ρ
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 = P2 Z = 40 ft maka : 0
32,174ft/s 2 40 ft 0 5,4611 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2 Ws = - 45,4611 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws -45,4611
= -0,8 x Wp
Wp
= 56,8263 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 82.304,4641 lbm / s 576,8263 ft.lbf / lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s = 2,95 Hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor 3 Hp. 3. Bak Sedimentasi (BS) Fungsi
: untuk mengendapkan lumpur yang terikut dengan air.
Jumlah
: 1 unit
Bahan kontruksi : Beton kedap air Kondisi operasi : Temperatur
= 30 oC
Densitas air ()
= 995,50 kg/m3
Laju alir massa (F)
= 82.304,4641 kg/jam
(Geankoplis, 1997)
Lama penampungan = 24 jam Faktor keamanan (fk) = 20% Sehingga: Jumlah air masuk (W) = 24 jam × 82.304,4641 kg/jam = 1.975.307,138 kg 1 fk W = 1 0,21.975.307,138 Volume bak = 995,50 = 2380,6530 m3 Desain Perancangan :
Universitas Sumatera Utara
Bak dibuat persegi panjang Panjang bak (P)
= 3 × tinggi bak (T)
Lebar bak (L)
= 2 × tinggi bak (T)
Perhitungan ukuran bak : Volume (V)
= P×L×T = (3T) × (2T) × (T) V
= 6 T2
T
= (V/6)1/3 = (2380,6530/6)1/3
T
= 7,3482 m
Sehingga, dari ukuran tinggi bak (T) didapat dimensi lainnya sebagai berikut: P
= 3T = 3 × 7,3482
P
= 22,0446 m
L
= 2T = 2 x 7,3482
L
= 14,6964 m
4. Pompa Sedimentasi (PU-02) Fungsi
: memompa air dari bak pengendapan ke klarifier
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : P = 1 atm T = 30 oC Laju alir massa (F)
= 82304,4641 kg/jam
= 50,4031 lbm/s
Densitas air ()
= 955,68 kg/m3
= 62,1586 lbm/ft3
Viskositas air ()
= 0,8007 cP
= 0,0005 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik (Q) =
50,4031 lbm / s = 0,8109 ft3/s 3 62,1586 lbm / ft
Desain pompa : Di,opt
= 3,9 (Q)0,45()0,13
(Timmerhaus,1991)
= 3,9 (0,8109 ft3/s )0,45 (62,1586 lbm/ft3)0,13 = 6,0709 in
Universitas Sumatera Utara
Dipilih pipa commercial steel dengan spesifikasi sebagai berikut (Brownell,
1959)
: Ukuran nominal
: 5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 5,047 in = 0,4206 ft
Diameter Luar (OD)
: 5,563 in = 0,4636 ft
Inside sectional area
: 0,139 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A = Bilangan Reynold : NRe =
=
0,8109 ft 3 /s = 4,0545 ft/s 0,139 ft 2
v D (62,1586 lbm/ft 3 )(4,0545 ft/s)(0,4206 ft) 0,0005 lbm/ft.s
= 212000,943 (Turbulen)
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,00015 Pada NRe = 241164,6257 dan /D =
0,00015 ft = 0,0004 0,4206 ft
maka harga f = 0,008
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1
= 0,5 1 0
v2 2 g c
4,0545 2 2132,174
4,0545 2 v2 2 elbow 90° = hf = n.Kf. = 2(0,75) 2(32,174) 2. g c 1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
4,0545 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 0,127 ft.lbf/lbm
= 0,383 ft.lbf/lbm
= 0,5109 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,007)
70 . 4,0545 2 0,4206 .2.32,174
= 1,1904 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c = 1 0
4,0545 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,2554 ft.lbf/lbm = 2,4667 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2α ρ
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 = P2 Z = 40 ft maka : 0
32,174ft/s 2 40 ft 0 2,4667 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2 Ws = - 42,4667 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws -42,4667
= -0,8 x Wp
Wp
= 53,0834 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 82.304,4641 lbm / s 53,0834 ft.lbf / lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s = 2,95 Hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor 3 Hp.
5. Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01) Fungsi
: Membuat larutan alum [Al2(SO4)3]
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA–283 grade C
Data: Kondisi pelarutan: Temperatur = 30C Tekanan = 1 atm Al2(SO4)3 yang digunakan
= 50 ppm
Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat)
Universitas Sumatera Utara
Laju massa Al2(SO4)3
= 4,0745 Kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 (30 %)
= 1506,464 kg/m3
Kebutuhan perancangan
= 1 hari
Faktor keamanan
= 20
Perhitungan: Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
4,0745 kg/jam 24 jam/hari 30 hari 0,3 1506,464 0,7 955,68 kg/m 3
= 1,9474 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 1,9474 m3 = 2,3368 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H = 2 : 3 1 πD 2 H 4 1 3 2,33 m 3 πD 2 D 4 2 3 2,33 m 3 πD 3 8 V
Maka: D = 1,2567 m = 49,47 in H = 1,88 m = 74,21 in Tinggi Al2(SO4)3 dalam tangki =
1,9474 m 3 x 1,88 m = 1,57 m 2,3368 m 3
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik P = x g x l = 1506,464 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,57 m = 23,1909 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = 23,1909 kPa + 101,325 kPa = 124,5159 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign
= (1,05) (124,5159 kPa) = 130,7417 kPa
Universitas Sumatera Utara
Joint efficiency (E) = 0,8 Allowable stress (S)
(Brownell,1959) = 12650 psia = 87218,7140 kPa
(Brownell,1959)
Corrosion allowance (C) = 0,125 in/tahun Umur tangki (n)
= 10 tahun
Tebal shell tangki: PD nC 2SE 1,2P (130,7147 kPa) (49,47 in) (10 x 0,125 in) 2(87218,7140 kPa)(0,8) 1,2(130,7147 kPa) 1,2962 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1,5 in
(Brownell,1959)
Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1993), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 1,2567 m = 0,4189 m
E/Da = 1
; E = 0,4189 m
L/Da = 1/4
; L = ¼ x 0,4189 m = 0,1047 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,4189 m = 0,0837 m
J/Dt
; J = 1/12 x 1,2567 m = 0,1047 m
= 1/12
Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E
= tinggi turbin dari dasar tangki
L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas Al2(SO4)3 30 = 6,7210-4 lbm/ftdetik
( Othmer, 1967)
Bilangan Reynold, N Re
N Re
ρ N Da 2 μ 2 94,046011,374
6,72 10 4
(Geankoplis, 1983)
224321, 212
Universitas Sumatera Utara
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5
P
K T .n 3 .D a ρ gc
(McCabe,1994)
KT = 6,3
(McCabe,1994)
6,3.(1 put/det)3 .(1,374 ft) 5 (94,0460 lbm/ft 3 ) 1Hp x 2 550 ft.lbf/det 32,174 lbm.ft/lbf .det 0,164 Hp
P
Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,164 = 0,2052 hp 0,8
Maka daya motor yang dipilih 1/8 Hp.
6. Pompa Alum (PU-03) Fungsi
: memompa larutan alum dari tangki pelarutan alum ke clarifier
Jenis
: pompa injeksi
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30C
-
Densitas alum () = 1509,976 kg/m3 = 94,265 lbm/ft3
(Perry, 1997)
- Viskositas alum () = 6,7210-4 cP = 4,51584.10-7 lbm/fts (Othmer, 1967) -
Laju alir massa (F) = 4,0745 kg/jam = 2,495.10-3 lbm/detik
Laju alir volume, Q
F 2,495.10 3 lb m /detik 2,647.10 5 ft 3 /s 3 ρ 94, 265 lb m /ft
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1980)
= 3,9 ( 2,647.10 5 )0,45 (94,265)0,13 = 0,0614 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1/8 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,269 in = 0,0224 ft
- Diameter luar (OD)
= 0,405 in = 0,0338 ft
( Brownell, 1959)
- Luas penampang dalam (at) = 0,0004 ft2
Universitas Sumatera Utara
- Bahan konstruksi Kecepatan linier, v
= commercial steel Q 2,647 .10 5 ft 3 /s 0,0671 ft/s at 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 94,2650,06710,0224 211,0066 μ 4,51584 10 7
Pada NRe = 211,006 dan /D =
0,00015ft = 0,043 0,0224ft
maka harga f = 0,043
(Geankoplis, 1993)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 . g c
= 0,5 1 0
0,06712 2132,174
0,06712 v2 = 2(0,75) 2 elbow 90° = hf = n.Kf. 2(32,174) 2. g c 1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
0,06712 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 3,498.10-5 ft.lbf/lbm = 10,496.10-5 ft.lbf/lbm = 13,995.10-5 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,012)
70. 0,06712 0,0224 .2.32,174
= 0,03758 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c = 1 0
0,06712 2132,174
Total friction loss : F
= 6,9976.10-5 ft.lbf/lbm = 0,0379 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2α ρ
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 = P2 Z = 45 ft
Universitas Sumatera Utara
maka : 0
32,174ft/s 2 45 ft 0 0,0379 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2
Ws = - 45,0379 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws - 45,0379 = -0,8 x Wp
Wp = 56,2974 ft.lbf/lbm Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 4,0745 lbm / s 56,2974 ft.lbf / lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s
= 2,55.10-4 Hp Digunakan daya pompa standar 1/20 Hp.
7. Tangki Pelarutan Soda Abu (Na2CO3) (TP-02) Fungsi
: Membuat larutan soda abu (Na2CO3)
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel SA–283 grade C
Data : Kondisi pelarutan: Temperatur = 30C Tekanan Na2CO3 yang digunakan
= 1 atm = 27 ppm
Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Na2CO3
= 2,2002 kg/jam
Densitas Na2CO3 30
= 1456,876 kg/m3 = 90,95 lbm/ft3 (Perry, 1997)
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20
Perhitungan: Ukuran Tangki
Universitas Sumatera Utara
Volume larutan, Vl
2,2002 kg/jam 24 jam/hari 30 hari 1456,876 kg/m 3
= 1,0874 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 1,0874 m3 = 1,3048 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H=2:3 1 πD 2 H 4 1 3 1,3048 m 3 πD 2 D 4 2 3 1,3048 m 3 πD 3 8 V
Maka: D = 1,0348 m = 40,74 in H = 1,5522 m = 61,11 in Tinggi Na2CO3 dalam tangki =
1,0874 m 3 x 1,5522 m = 1,2935 m 1,3048 m 3
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik P = x g x l = 1456,876 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,2935 m = 18,468 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = 18,46 kPa + 101,325 kPa = 119,793 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (119,793 kPa) = 125,7828 kPa Joint efficiency (E)
= 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress (S)
= 87218,7140 kPa
(Brownell,1959)
Corrosion (C)
= 0,125 in/tahun
Umur tangki (n)
= 10 tahun
Tebal shell tangki:
Universitas Sumatera Utara
PD nC 2SE 1,2P (125,7828 kPa) (40,7409 in) (10 x 0,125 in) 2(87218,7140 kPa)(0,8) 1,2(125,7828 kPa) 1,255 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1,5 in
(Brownell,1959)
Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1993), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 1,0348 m = 0,3449 m
E/Da = 1
; E = 0,3449 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,3449 m = 0,0862 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,3449 m = 0,0690 m
J/Dt
; J = 1/12 x 1,0348 m = 0,0862 m
= 1/12
Dt = diameter tangki Da = diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas Na2CO3 30 = 3,6910-4 lbm/ftdetik
(Othmer, 1967)
Bilangan Reynold, N Re
N Re
ρ N D a 2 μ
90,950311,1317 ft 2 3,69 10 4
(Geankoplis, 1983)
315664,232
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:
Universitas Sumatera Utara
5
K .n 3 .D a ρ P T gc
( McCabe,1994)
KT = 6,3
(McCabe,1994)
6,3.(1 put/det)3 .(1,1317) 5 (90,9503 lbm/ft 3 ) 1hp P x 2 32,174 lbm.ft/lbf .det 550 ft.lbf/det 0,0601Hp Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,0601 = 0,0751 Hp 0,8
Maka daya motor yang dipilih 1/20 Hp.
8. Pompa Soda Abu (PU-04) Fungsi
: Memompa larutan soda abu dari tangki pelarutan soda abu ke clarifier
Jenis
: Pompa injeksi
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi: - Temperatur
= 30C
- Densitas soda abu () = 1456,876 kg/m3 = 90,950 lbm/ft3 - Viskositas soda abu () = 3,6910-4 lbm/ftdetik - Laju alir massa (F)
(Perry, 1997) ( Othmer, 1967)
= 2,2002 kg/jam = 0,00134 lbm/detik
Laju alir volume, Q
F 0,00134 lb m /detik 1,481.10 -5 ft 3 /s 3 ρ 90,950 lb m /ft
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1980)
= 3,9 (1, 481.10- 5 )0,45 (90,950)0,13 = 0,0470 in Digunakan pipa dengan spesifikasi:
Universitas Sumatera Utara
- Ukuran pipa nominal
= 1/8 in
(Foust, 1980)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,269 in = 0,0224 ft
- Diameter luar (OD)
= 0,405 in = 0,0338 ft
- Luas penampang dalam (at) = 0,0004 ft2 - Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linier, v
Q 1, 481 10 5 4 ft 3 /s 0,0376 ft/s at 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 90,9500,03760,0224 207,507 μ 3,69 10 -04
Pada NRe = 207,507 dan /D =
0,00015 ft = 0,0067 0,0224 ft
maka harga f = 0,048
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 . g c
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
0,0376 2 2132,174
0,0376 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
0,0376 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 1,095.10-5 ft.lbf/lbm = 3,287.10-5 ft.lbf/lbm = 4,383 .10-5 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,009)
70. 0,03762 0,0224 .2.32,174
= 0,0131 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c = 1 0
Total friction loss : F
0,0376 2 2132,174
= 2,191.10-5 ft.lbf/lbm
= 0,01325 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
Universitas Sumatera Utara
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2α ρ
(Geankoplis,1997)
v1 = v2
dimana :
P1 = 101,325 kPa = 2116,228 ft.lbf/lbm P2 = 101,325 kPa = 2116,228 ft.lbf/lbm Z = 45 ft maka : 0
32,174ft/s 2 45 ft 0 0,01325 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2 Ws = - 45,0133 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws - 45,0133
= -0,8 x Wp
Wp = 56,2667 ft.lbf/lbm Daya pompa : P =
= m x Wp 1 hp 2,2002 lbm/s 56,2667 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550 ft.lbf/s = 0,0001378 Hp
Digunakan daya pompa standar 1/20 Hp.
9. Clarifier (CL) Fungsi
: Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu
Tipe
: External Solid Recirculation Clarifier
Bentuk
: Circular desain
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C Kondisi operasi
Temperatur = 30 oC
Tekanan
= 1 atm
Laju massa air (F1)
= 82304,4641 kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3 (F2)
= 4,0745 Kg/jam
Laju massa Na2CO3 (F3)
= 2,2002 Kg/jam
Laju massa total, m
= 82310,7388 kg/jam = 22,8641 kg/detik
Densitas Al2(SO4)3 (30 %)
= 1,51 gr/ml
(Perry, 1997)
Universitas Sumatera Utara
Densitas Na2CO3
= 1,457 gr/ml
(Perry, 1997)
Densitas air
= 0,99568 gr/ml
(Perry, 1997)
Reaksi koagulasi: Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2 Perhitungan: Dari Metcalf & Eddy, 1984, diperoleh : Untuk clarifier tipe upflow (radial): Kedalaman air = 3-5 m Settling time = 1-3 jam Dipilih : kedalaman air (H) = 5 m, Settling time = 1 jam Diameter dan Tinggi clarifier Densitas larutan, ρ
82310,7388 82304,4641 4,0745 2,2002 995,68 1506,4640 1456,8760
= 995,7051 kg/m3 = 0,996 gr/cm3 Volume cairan, V =
82310,7388 kg/jam 1 jam 82,665 m 3 995,7051
Faktor kelonggaran = 20% Volume clarifier
a.
= 1,2 x 82,665 m3 = 99,198 m3
Diameter dan tinggi clarifier
Hs
½ D
Volume silinder clarifier (Vs) Vs =
.................................................. (Brownell & Young, 1959)
Perbandingan tinggi silinder dengan diameter tangki (Hs : D) = 4:3
Universitas Sumatera Utara
Vs =
Volume alas clarifier kerucut (Vc)
....................................................................... (Perry, 1999)
Vs =
Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter kerucut (Hc : D) = 1:2 Vc =
............................................................................. (Perry, 1999)
Volume clarifier (V) V = 1/4 D2H 1/ 2
D= (
4V 1 / 2 4 99,198 ) H 3,14 5
Tinggi clarifier b.
5,027 m
= (4/3) D = 7,54 m
Diameter dan tinggi kerucut Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter clarifier (Hh : D) = 1:2 Diameter tutup = diameter tangki = 5,027 m 5,027 m Tinggi tutup = = 2,5135 m 2 Tinggi total clarifier = 7,54 m + 2,5135 m = 10,05 m
c.
Daya Pengaduk Daya Clarifier P = 0,006 D2 ............................................................................ (Ulrich, 1984) Dimana : P = daya yang dibutuhkan, kW Sehingga, P = 0,006 x (5,027)2 = 0,0826kW = 0,151 hp Bila efisiensi motor = 60%, maka :
P
0,151 hp 0,25 hp 0,6
Maka dipilih motor dengan daya ¼ hp. d. Tebal Dinding Tangki
Universitas Sumatera Utara
Tekanan hidrostatik P = x g x l = 995,7051 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 5,0 m = 48789,5517Pa = 48,7896 kPa Poperasi = 48,7896 kPa + 101,325 kPa = 150,1146 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign
= (1,05) (150,1146 kPa) = 157,6203 kPa = 22,861 psi
Joint efficiency
= 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress
= 12,650 psia
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki: PD nCa 2SE 1,2P (22,861 psi) (197,924 inc) 10(0,125) 2(87218,714)(0,8) 1,2(157,6203) 1,47 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1 ½ in
(Brownell,1959)
10. Pompa Clarifier (PU-05) Fungsi
: Memompa air dari Clarifier ke sand filter
Jenis
: Pompa sentrifugal
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30C
-
Tekanan operasi
= 1 atm
-
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,1586 lbm/ft3
-
Viskositas air ()
= 0,0005 lbm/ftdetik
-
Laju alir massa (F)
= 82311 kg/jam = 50,40 lbm/detik
Laju alir volume, Q
(Perry, 1997) ( Othmer, 1967)
F 50,40 lb m /detik 0,8109 ft 3 /s ρ 62,1586 lb m /ft 3
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1980)
= 3,9 (0,8109)0,45 (62,1586)0,13 = 6,0711 in
Universitas Sumatera Utara
Dipilih pipa commercial steel dengan spesifikasi sebagai berikut (Brownell, 1959) : Ukuran nominal
: 5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 5,047 in = 0,4206 ft
Diameter Luar (OD)
: 5,563 in = 0,4636 ft : 0,139 ft2
Inside sectional area
0,8109 ft 3 / s Kecepatan linear, v = Q/A = = 5,8341 ft/s 0,139 ft 2 Bilangan Reynold : NRe =
=
v D (62,1586 lbm / ft 3 )(5,8341 ft / s )(0,4206 ft ) 0,0005 lbm/ft.s
= 283457,977 (Turbulen)
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,00015 Pada NRe = 283457,977 dan /D =
0,00015ft = 0,0004 0,42061ft
maka harga f = 0,008
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2g c
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
5,83412 2132,174
5,83412 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
5,83412 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 0,2645 ft.lbf/lbm
= 0,7934 ft.lbf/lbm
= 1,0579 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
2 70 . 5,8341 = 4(0,0042) 0,4801.2.32,174
= 2,8171 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
Universitas Sumatera Utara
5,83412 = 1 0 2132,174 Total friction loss : F
= 0,5289 ft.lbf/lbm
= 5,4619 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2α ρ
(Geankoplis,1997)
v1 = v2
dimana :
P1 = 101,325 kPa = 2116,2281 lb/ft2 P2 = 101,325 kPa = 2116,2281 lb/ft2 Z = 25 ft maka : 0
32,174ft/s 2 25 ft 0 5,4619 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf .s 2 Ws = - 30,4619 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws - 30,4619 Wp
= -0,8 x Wp = 38,077 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 82311 lbm/s 38,077 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s
= 3,48 Hp Digunakan daya pompa standar 4 Hp. 11. Sand Filter (SF) Fungsi
: Menyaring partikel-partikel yang masih terbawa dalam air yang keluar dari clarifier
Bentuk
: silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, grade C Data : Kondisi penyaringan : Temperatur = 30C Tekanan
= 1 atm
Laju massa air
= 82304,4641 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3 = 62,1585 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Universitas Sumatera Utara
Sand filter dirancang untuk penampungan ¼ jam operasi. Direncanakan volume bahan penyaring =1/3 volume tangki Perhitungan: Ukuran Sand Filter Volume air, Va
82304,4641 kg/jam 0,25 jam = 20,665 m3 995,68 kg/m 3
Faktor keamanan 5 %, volume tangki = 1,05 x 20,665 = 21,698 m3
2 volume tangki 21,698 m 3 3 3 Volume tangki 21,698 m 3 32,548 m 3 2 -
Volume silinder tangki (Vs) Vs=
.Di 2 Hs 4
Ditetapkan : Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki = Hs:Di = 3:1 Vs =
3 .Di 3 4
Perbandingan tinggi tutup (head) dengan diameter Vh =
= Hh : Di = 1:4
Di 2 H h Di 3 6 24
Maka volume tangki = volume shell + volume head Vt =
19 3 Di 24
24 21,698 Di = 19 3,14
(1 / 3)
2,059 m
Hs = 3 x 2,059 = 6,17 m Tinggi penyaring = ¼ x 6,17 = 1,54 m Tinggi air =
Volume air tinggi tangki 20,665 6,117 3,92 m Volume tangki 32,54
Perbandingan tinggi tutup tangki dengan diameter dalam adalah 1 : 4 Tinggi tutup tangki = ¼(2,059) = 0,5147 m Tekanan hidrostatis, Pair
= x g x l = 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,92 m
Universitas Sumatera Utara
= 38,268 kPa Ppasir = x g x l = 2089,5 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,54 m = 31,621 kPa P operasi = 38,268 kPa kPa + 31,621 kPa + 101,325 kPa =171,215 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) 171,215 kPa = 179,775 kPa = 26,074 psia Bahan yang digunakan adalah carbon steel SA-283, Grade C : Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12.650 psia
(Brownell,1959)
Faktor korosi, CA = 0,125 in PD nCa 2SE 1,2P (26,074) (81,062 inc) + 10(0,125 inc) 2(12650)(0,8) 1,2(26,074) 1,3 in
t
Dari tabel 5.4 Brownell & Young, 1979 dipilih tebal tangki standar ½ in . Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup ½ in. 12. Pompa Sand Filter (PU-06) Fungsi
: memompa air dari clarifier ke tangki utilitas-01
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30C
-
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,1586 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ftjam
(Perry, 1997) (Perry, 1997)
Laju alir massa (F)
= 82304,4641 kg/jam = 50,40 lbm/detik
Laju alir volume, Q
F 50,40 lb m /detik = 0,8109 ft3/s ρ 62,1586 lb m /ft 3
Universitas Sumatera Utara
= 3,9 Q0,45 0,13
Diameter optimum, De
(Timmerhaus, 1980)
= 3,9 (0,8109 )0,45 (62,1586)0,13 = 6,071 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: Ukuran nominal
: 5 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 5,047 in = 0,4206 ft
Diameter Luar (OD)
: 5,563 in = 0,4636 ft
Inside sectional area
: 0,1389 ft2
Kecepatan linear, v = Q/A = Bilangan Reynold : NRe =
=
0,8109 ft 3 / s = 5,839 ft/s 0,1389 ft 2
v D (62,1586 lbm / ft 3 )(5,839 ft / s )(0,4206 ft ) 0,0005 lbm/ft.s
= 283724,345 (Turbulen)
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga = 0,00015 Pada NRe = 283724,345 dan /D =
0,00015 ft = 0,00036 0,4206 ft
maka harga f = 0,0042
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 . g c
= 0,5 1 0
3 elbow 90° = hf = n.Kf.
5,839 2 2132,174
5,839 2 v2 = 3(0,75) 2(32,174) 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 75 ft = Ff = 4f
5,839 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 0,265 ft.lbf/lbm
= 1,192 ft.lbf/lbm
= 1,059 ft.lbf/lbm
ΔL.v 2 D.2.g c
Universitas Sumatera Utara
= 4(0,0042)
75. 5,8392 0,4801.2.32,174
= 1,587 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c = 1 0
5,839 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,529 ft.lbf/lbm = 4,634 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2α ρ
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 = P2 Z = 55 ft maka : 0
32,174ft/s 2 55 ft 0 ft.lbf/lbm 4,634 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2 Ws = - 59,634 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % Ws = - x Wp - 59,63 Wp
= - 0,8 x Wp = 74,54 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 82304,4641 lbm/s 74,54 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550ft.lbf/ s
= 6,8 Hp Digunakan daya pompa standar 7 Hp. 13. Tangki Utilitas - 01 (TU-01) Fungsi
: menampung air untuk didistribusikan
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel, SA-283, Grade C
Data: Kondisi penyimpanan : Temperatur = 30C Tekanan
= 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Laju massa air
= 82304,4641 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3 = 62,1586 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Kebutuhan perancangan = 6 jam = 20
Faktor keamanan Perhitungan: Ukuran Tangki : Volume air, Va
82304,4641 kg/jam 6 jam = 495,969 m3 3 995,68 kg/m
Volume tangki, Vt = 1,2 495,969 m3 = 595,163 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder, D : H = 2 : 3
1 πD 2 H 4 1 3 V πD 2 D 4 2 3 V πD 3 8 V
8 595,163 D = 3 3,14
(1 / 3 )
D = 7,96 m H = 11,94m Tinggi air dalam tangki =
495,969 m 3 9,957 m 1 2 π 11,94 m 4
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik P = x g x l = 995,68 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 9,957 m = 97,158 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = 97,158 kPa + 101,325 kPa = 198,483 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (198,483 kPa) = 208,407 kPa
= 30,227 psi
Universitas Sumatera Utara
Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 12,650 psi
(Brownell,1959)
CA (corrosion factor) = 0,125 in Tebal shell tangki: PD nCa 2SE 1,2P (208,407) (313,61) 10(0,125) 2(12650)(0,8) 1,2(202,407) 1,72 in
t
Dari tabel 5.4 Brownell & Young, 1979 dipilih tebal tangki standar 1 ¾ in . Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1 ¾ in. 14. Pompa Cation Exchanger -01 (PU-08) Fungsi
: memompa air dari Tangki Utilitas -01 ke cation exchanger
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30C
-
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,1568 lbm/ft3
-
Viskositas air () = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ftjam
Laju alir massa (F) Laju alir volume, Q
(Perry, 1997) (Perry, 1997)
= 75527,5159 kg/jam = 46,2529 lbm/detik
F 46,25 lb m /detik 0,744 ft 3 /s ρ 62,1568 lb m /ft 3
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1991)
= 3,9 (0,744)0,45 (62,1568)0,13 = 5,8406 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 5 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 5,047 in = 0,4206 ft
- Diameter luar (OD)
= 5,563 in = 0,4636 ft
(Brownell, 1959)
- Luas penampang dalam (at) = 0,139 ft2
Universitas Sumatera Utara
- Bahan konstruksi Kecepatan linier, v
= commercial steel Q 0,744 ft 3 /s 5,353 ft/s at 0,139 ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,15685,3530,4206 260095,5809 μ 0,0005
Pada NRe = 260095,5809 dan /D =
0,00015 ft = 0,0004 0,4206 ft
maka harga f = 0,0045
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 . g c
= 0,5 1 0
3 elbow 90° = hf = n.Kf.
5,3532 2132,174
5,353 2 v2 = 3(0,75) 2(32,174) 2. g c
5,353 2 v2 = 1(2,0) 1 check valve = hf = n.Kf. 2(32,174) 2. g c
= 0,2227 ft.lbf/lbm
= 1,0021 ft.lbf/lbm
= 0,8907 ft.lbf/lbm
ΔL.v 2 Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f D.2.g c 2 30 . 5,353 = 4(0,006) 0,1342.2.32,174
1 Sharp edge exit = hex
A = 1 1 A2 = 1 0
= 0,5718 ft.lbf/lbm
2
v2 2.α.α c
5,3532 2132,174
= 0,4454 ft.lbf/lbm
Total friction loss : F = 3,1326 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2α ρ
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2
Universitas Sumatera Utara
P1 = 101,325 kPa = 2116,228 lbf/ft2 P2 = 101,325 kPa = 2116,228 lbf/ft2 Z = 20 ft
32,174ft/s2 20 ft 0 3,1326 ft.lbf/lbm Ws 0 maka : 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2 Ws = - 23,1326 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws - 23,13
= -0,8 x Wp
Wp
= 28,92 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P =
= m x Wp
1 hp 75527,5159 lbm/s 28,92 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550ft.lbf/ s = 2,4317 Hp
Digunakan daya pompa standar 2 ½ Hp.
15. Tangki Pelarutan Asam Sulfat H2SO4 (TP-03) Fungsi
: Membuat larutan asam sulfat
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel, SA-283, Grade C
Kondisi pelarutan
: Temperatur Tekanan
= 30C = 1 atm
Data : H2SO4 yang digunakan mempunyai konsentrasi 50 ( berat) Laju massa H2SO4
= 4,4885 kg/hari
Densitas H2SO4 (50 %)
= 1028,86 kg/m3 = 64,23 lbm/ft3 (Perry, 1997)
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
Faktor keamanan
= 20
Perhitungan : Ukuran Tangki Volume larutan, Vl
4,4885 kg/hari 30 hari = 3,1411 m3 1028,86 kg/m 3
Universitas Sumatera Utara
Volume tangki, Vt = 1,2 3,1411 m3 = 3,7693 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H = 2:3
1 πD 2 H 4 1 3 V πD 2 D 4 2 3 V πD 3 8 V
8 (3,7693) D= 3,14 3
(1 / 3)
1, 4738 m
Maka: D = 1,4738 m H = 2,2107 m 3,769 m 3 = 1,842 m Tinggi larutan H2SO4 dalam tangki = 1 2 π 2,211 4 Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik P = x g x l = 1028,86 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1,842 m = 18,5748 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = 18,5748 kPa + 101,325 kPa = 119,8998 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (119,8998 kPa) = 125,894 kPa = 18,2596 psi Joint efficiency = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress = 12650 psi
(Brownell, 1959)
CA (corrosion factor) = 0,125 in Tebal shell tangki: PD nCa 2SE 1,2P (125,894) (58,022) +10(0,125) 2(12650)(0,8) 1,2(125,894) 1,30 in
t
Universitas Sumatera Utara
Dari tabel 5.4 Brownell & Young, 1979 dipilih tebal tangki standar 1 ¾ in . Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1 ½ in.
Daya Pengaduk Jenis pengaduk
: flat six blade turbine with disk
Untuk turbin standar (McCabe, 1993), diperoleh: Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 x 1,4738 m = 0,4913 m
E/Da = 1
; E = 0,4913 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,4913 = 0,1228 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 x 0,4913 m = 0,0983 m
J/Dt
; J = 1/12 x 1,4738 m = 0,1228 m
= 1/12
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas H2SO4 5 = 0,012 lbm/ftdetik
(Kirk Othmer, 1967)
Bilangan Reynold, N Re
N Re
ρ N D a 2 μ
(Geankoplis, 1993)
2 64,2311,6117
0,0023
72542, 2062
maka perhitungan daya pengadukan menggunakan rumus:
Np =
P. gc . . N 3 . Da 5
( Geankoplis, 1993 )
Np . . N 3 . Da 5 P = gc Np = 4 P =
( Geankoplis, 1993 )
4 64,23 (1) 3 (1,6117)5 1 Hp 32,174 550
= 0,1578 Hp Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak =
0,1578 = 0,197 Hp 0,8
Universitas Sumatera Utara
Maka digunakan pompa standar 1/4 Hp.
16. Pompa H2SO4 (PU-09) Fungsi : Memompa larutan asam sulfat dari tangki pelarutan
asam
sulfat ke penukar kation (cation exchanger) Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Data : -
Temperatur
-
Densitas H2SO4 () = 1028,86 kg/m3 = 64,23 lbm/ft3
-
Viskositas H2SO4 () = 0,0042 lbm/ftdetik
-
Laju alir massa (F) = 4,4885 kg/hari
Laju alir volume, Q
= 30C (Perry, 1997) (Kirk Othmer, 1967)
F 4,4885 lb m /detik 0,00004279 ft 3 /s 3 ρ 64,23 lb m /ft
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1991)
= 3,9 (0,00004279)0,45 (64,23)0,13 = 0,0725 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,125 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID) - Diameter luar (OD)
(Brownell, 1959)
= 0,269 in = 0,0224 ft = 0,405 in = 0,0338 ft
- Luas penampang dalam (at) = 0,0004 ft2 - Bahan konstruksi
= commercial steel
Q 0,00004279 ft 3 /s Kecepatan linier, v 0,1070 ft/s at 0,0004 ft 2 Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 64,230,1070 0,0224 54872,981 μ 0,0042
Pada NRe = 54872,981 dan /D = maka harga f = 0,018
0,00015ft = 0,0067 0,0224ft (Geankoplis,1993)
Universitas Sumatera Utara
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 . g c
= 0,5 1 0
0,1070 2 2132,174
0,1070 2 v2 = 3(0,75) 3 elbow 90° = hf = n.Kf. 2(32,174) 2. g c 1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
0,1070 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 8,8941.10-5 ft.lbf/lbm = 26,68.10-5 ft.lbf/lbm
= 0,0003557 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,006)
30. 0,10702 0,4011.2.32,174
= 0,01714 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A1 v2 = 1 A2 2. .g c 0,1070 2 = 1 0 2132,174
Total friction loss : F
= 18,02.10-5 ft.lbf/lbm = 0,01802 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P 1 = P2 Z = 20 ft
32,174ft/s2 20 ft 0 0,01802ft.lbf/lbm Ws 0 maka : 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2 Ws
= -19,725 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % Ws -19,725
= - x Wp = -0,8 x Wp
Universitas Sumatera Utara
Wp
= 24,6563 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P =
= m x Wp 1 hp 4,4885 lbm / s 24,6563 ft.lbf / lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s = 1,23.10-4 Hp
Digunakan daya pompa standar 1/20 Hp.
17. Penukar Kation/Cation Exchanger (CE) Fungsi
: Mengurangi kesadahan air
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, grade C Kondisi
:
Temperatur = 30C Tekanan
= 1 atm
Data : Laju massa air
= 75527,5159 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor keamanan
= 20
Perhitungan : Ukuran Cation Exchanger Q=
F 75527,5159 75,855 m 3 /jam 2679,19 ft 3 /jam = 995,680
Dari Tabel 12.4, The Nalco Water handbook, diperoleh : : - Diameter penukar kation
= 6 ft = 1,8288 m
- Luas penampang penukar kation = 28,3 ft2 Tinggi resin dalam cation exchanger = 2,5 ft = 0,762 m Faktor keamanan
= 20 %
Tinggi silinder
= 1,2 x 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m
Diameter tutup = diameter tangki
= 6 ft
= 1,8288 m D:H
= 4 :1
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tutup
=
1 1,8288 = 0,4572 m 4
Sehingga, tinggi Cation Exchanger = 0,9144 m + 2(0,4572) m = 1,8288 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatis
= ρxgxh = 995,68 x 9,8 x 0,762 m = 7,4354 kPa
Maka, Poperasi
= 7,4354 kPa + 101,325 kPa = 108,7604 kPa
Faktor kelonggaran
=5%
Maka Pdesign
= (1,05) 108,7604 = 114,1985 kPa
Joint efficiency = 0,8
(Brownell & Young, 1959)
Allowable stress = 12,650 psi = 87218,7140 kPa
(Brownell & Young, 1959)
CA (corrosion factor) = 0,125 in Tebal shell tangki: PD nCa 2SE 1,2P (114,1985) (0,6096) 10(0,125) 2(87218,7140)(0,8) 1,2(114,1985) 1,3 in
t
Tebal shell standar yang digunakan adalah 1 ½ in (Brownell & Young, 1979)
18. Pompa Cation Exchanger -02 (PU-10) Fungsi
: memompa air dari cation exchanger ke anion exchanger
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30C
-
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,1568 lbm/ft3
-
Viskositas air () = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ftjam
Laju alir massa (F)
(Perry, 1997) (Perry, 1997)
= 75527,5159 kg/jam = 46,2529 lbm/detik
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volume, Q
F 46,25 lb m /detik 0,744 ft 3 /s 3 ρ 62,1568 lb m /ft
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1991)
= 3,9 (0,744)0,45 (62,1568)0,13 = 5,8406 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 5 in
(Brownell, 1959)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 5,047 in = 0,4206 ft
- Diameter luar (OD)
= 5,563 in = 0,4636 ft
- Luas penampang dalam (at) = 0,139 ft2 - Bahan konstruksi Kecepatan linier, v
= commercial steel Q 0,744 ft 3 /s 5,353 ft/s at 0,139 ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,15685,3530,4206 260095,5809 μ 0,0005
Pada NRe = 260095,5809 dan /D =
0,00015 ft = 0,0004 0,4206 ft
maka harga f = 0,0045
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 . g c
= 0,5 1 0
3 elbow 90° = hf = n.Kf.
5,3532 2132,174
5,353 2 v2 = 3(0,75) 2(32,174) 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
5,353 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 0,2227 ft.lbf/lbm
= 1,0021 ft.lbf/lbm
= 0,8907 ft.lbf/lbm
ΔL.v 2 D.2.g c
Universitas Sumatera Utara
= 4(0,006)
1 Sharp edge exit = hex
30 . 5,3532 0,1342.2.32,174
A = 1 1 A2 = 1 0
= 0,5718 ft.lbf/lbm
2
v2 2.α.α c
5,3532 2132,174
= 0,4454 ft.lbf/lbm
Total friction loss : F = 3,1326 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2α ρ
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 = 101,325 kPa = 2116,228 lbf/ft2 P2 = 101,325 kPa = 2116,228 lbf/ft2 Z = 20 ft
maka : 0
32,174ft/s2 20 ft 0 3,1326 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2
Ws = - 23,1326 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws - 23,13
= -0,8 x Wp
Wp
= 28,92 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P =
= m x Wp
1 hp 75527,5159 lbm/s 28,92 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550ft.lbf/ s = 2,4317 Hp
Digunakan daya pompa standar 2 ½ Hp.
19.Tangki NaOH (TP-04) Fungsi
: Tempat membuat larutan NaOH
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, Grade C Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur = 30 0C
Universitas Sumatera Utara
Tekanan
= 1 atm
A. Volume tangki Laju alir massa NaOH
= 1,2940 kg/jam
Waktu regenerasi
= 24 jam
NaOH yang dipakai berupa larutan 50 % (% berat) Densitas larutan NaOH 50% (T=300 C) = 1518,1 kg/m3 = 94,7724 1lbm/ft3 (Perry,1997) Kebutuhan perancangan = 30 hari Volume larutan, (V1)
=
1,2940 kg/jam 30 hari x 24 jam/hari 1518,1 kg/m 3
= 0,6137 m3 Faktor kelonggaran
= 20%, maka :
Volume tangki
= 1,2 x 0,6137 m3 = 0,7364 m3
B. Diameter dan tebal tangki -
Volume silinder tangki (Vs) Vs =
π Di 2 Hs 4
(Brownell & Young, 1959)
Dimana
: Di
= Diameter dalam silinder (ft)
Hs
= Tinggi tangki silinder (ft)
Vs
Ditetapkan : Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 3 : 2
Maka :
Vs
2 3 Di ( Di ) 3 3 Di 2 = 4 8
Di
8 0,7364 = 3,14 3
Hs
= 1,282 m
-
Tinggi cairan dalam tangki =
-
P Hidrostatis = ρ x g x h
(1 / 3)
0,8552 m
volume cairan 0,6137 1,0690 m 3,14 3,14 2 2 D 0,8552 4 4
Universitas Sumatera Utara
= Vo
=1518,1 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 1,0690 m = 15,9035 kPa P operasi
= 1 atm = 101,325 kPa
P = 15,9035 kPa + 101,325 kPa = 117,2285kPa = 17,0026 psi Faktor keamanan untuk tekanan = 5% P desain = (1+0,05) 17,0026 psi = 17,8527 psi = 123,0899kPa -
Direncanakan digunakan bahan konstruksi Carbon steel SA-283, Grade C. Dari Brownell & Young, item 4, Apendix D, 1979, diperoleh data :
Allowable working stress (s) = 12650 psi = 87218,714 kPa
Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
Faktor korosi
= 0,125 in/tahun
Tebal dinding silinder tangki : t=
PD + nCa 2SE 1,2P
t=
(123,0899)(0,8552) 10( 0,125) 2(87218,7140)(0,8) 1,2(123,0899)
t = 4,9510 in Dari Tabel 5.4 Brownell & Young, 1979, dipilih tebal tangki standar 5 in
B. Daya Pengaduk Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeler Jumlah buffle : 4 buah Untuk turbin standar (McCabe, 1993), diperoleh: Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x 0,8552 m = 0,2851 m E/Da = 1
; E = 0,2851 m
L/Da = ¼
; L = ¼ x 0,2851 = 0,0713 m
W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,2851 m = 0,0570 m J/Dt
= 1/12 ; J = 1/12 x 0,8552 m = 0,0713 m
Dimana : Dt
= diameter tangki
Da
= diameter impeller
E
= tinggi turbin dari dasar tangki
L
= panjang blade pada turbin
W
= lebar blade pada turbin
Universitas Sumatera Utara
J
= lebar baffle
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Viskositas NaOH 50 = 0,0437 lbm/ftdetik
(Perry, 1907)
Bilangan Reynold,
ρN(Da) 2 μ
NRe =
94,772410,28512 =
=
0,0437
1897,7105
Dari table 9-2, McCabe, 1999, untuk NRe < 10.000 diperoleh KT = 0,32 sehingga P =
K T N 3 Di 5 gc
=
(0,32)(1) 3 (0,9352) 5 (94,772) 32,174(550)
= 0,0012 Hp Efisiensi motor penggerak = 80% Daya motor penggerak =
0,0012 = 0,001533 Hp 0,8
Maka digunakan pengaduk dengan daya 1/20 Hp.
20. Pompa NaOH (PU-11) Fungsi
: memompa larutan natrium hidroksida dari tangki pelarutan natrium hidroksida ke penukar anion (anion exchanger)
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi: Temperatur
= 30C
Densitas NaOH ()
= 1518,1 kg/m3 = 94,7724 lbm/ft3
Viskositas NaOH()
= 0,0437 lbm/ftdetik (Kirk Othmer, 1967)
Laju alir massa (F)
= 1,2940 kg/jam = 0,0008 lbm/detik
Laju alir volume, Q
(Perry, 1997)
F 0,0008 lb m /detik 8,361 10 6 ft 3 /s 3 ρ 94,7724 lb m /ft
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1991)
Universitas Sumatera Utara
= 3,9 (8,361.10-6)0,45 (94,772)0,13 = 0,0366 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,125 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 0,269 in = 0,0224 ft
- Diameter luar (OD)
= 0,405 in = 0,0338 ft
(Brownell, 1959)
- Luas penampang dalam (at) = 0,0004 ft2 - Bahan konstruksi
= commercial steel
Q 8,361 10 6 ft 3 /s Kecepatan linier, v 0,0209 ft/s at 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 94,7720,0209 0,0224 29873,15 μ 0,0042
Pada NRe = 29873,15 dan /D =
0,00015ft = 0,0067 0,0224ft
maka harga f = 0,018
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 . g c
= 0,5 1 0
0,0209 2 2132,174
0,0209 2 v2 = 3(0,75) 3 elbow 90° = hf = n.Kf. 2(32,174) 2. g c 1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
0,0209 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 3,3951.10-6 ft.lbf/lbm = 1,0185.10-5 ft.lbf/lbm = 1,3580.10-5 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,006)
30. 0,02092 0,4011.2.32,174
= 0,00654 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c
Universitas Sumatera Utara
0,0209 2 = 1 0 2132,174 Total friction loss : F
= 6,7902.10-6 ft.lbf/lbm = 0,0065 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P 1 = P2 Z = 20 ft
maka : 0
32,174ft/s2 20 ft 0 0,0065ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2 Ws
= -20,452 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws -20,452
= -0,8 x Wp
Wp
= 25,563 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P =
= m x Wp 1 hp 1,2940 lbm / s 25,565 ft.lbf / lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s = 3,6833.10-5 Hp
Digunakan daya pompa standar 1/20 Hp.
21.Penukar Anion (anion exchanger) Fungsi
: Mengikat anion yang terdapat dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah elipsoidal
Bahan konstruksi Jumlah Kondisi
: Carbon steel SA-283, Grade C
:1 :
Temperatur = 30C Tekanan
= 1 atm
Data : Laju massa air
= 75527,5159 kg/jam
Densitas air
= 995,68 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Universitas Sumatera Utara
Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor keamanan
= 20
Perhitungan : Ukuran anion Exchanger Q=
F 75527,5159 75,855 m 3 /jam 2679,19 ft 3 /jam = 995,680
Dari Tabel 12.4, The Nalco Water handbook, diperoleh : : - Diameter penukar kation
= 6 ft = 1,8288 m
- Luas penampang penukar kation = 28,3 ft2 Tinggi resin dalam anion exchanger = 2,5 ft = 0,762 m Faktor keamanan
= 20 %
Tinggi silinder
= 1,2 x 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m
Diameter tutup = diameter tangki
= 6 ft
= 1,8288 m D:H
= 4 :1
Tinggi tutup
=
Sehingga, tinggi anion Exchanger
= 0,9144 m + 2(0,4572) m
1 1,8288 = 0,4572 m 4
= 1,8288 m
Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatis
= ρxgxh = 995,68 x 9,8 x 0,762 m = 7,4354 kPa
Maka, Poperasi
= 7,4354 kPa + 101,325 kPa = 108,7604 kPa
Faktor kelonggaran
=5%
Maka Pdesign
= (1,05) 108,7604 = 114,1985 kPa
Joint efficiency = 0,8
(Brownell & Young, 1959)
Allowable stress = 12,650 psi = 87218,7140 kPa
(Brownell & Young, 1959)
CA (corrosion factor) = 0,125 in Tebal shell tangki:
Universitas Sumatera Utara
PD nCa 2SE 1,2P (114,1985) (0,6096) 10(0,125) 2(87218,7140)(0,8) 1,2(114,1985) 1,3 in
t
Tebal shell standar yang digunakan adalah 1 ½ in (Brownell & Young, 1979)
22. Pompa Anion Exchanger (PU-12) Fungsi
: memompa air dari anion exchanger ke deaerator
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30C
-
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,1568 lbm/ft3
-
Viskositas air () = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ftjam
Laju alir massa (F) Laju alir volume, Q
(Perry, 1997) (Perry, 1997)
= 75527,5159 kg/jam = 46,2529 lbm/detik
F 46,25 lb m /detik 0,744 ft 3 /s ρ 62,1568 lb m /ft 3
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1991)
= 3,9 (0,744)0,45 (62,1568)0,13 = 5,8406 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 5 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 5,047 in = 0,4206 ft
- Diameter luar (OD)
= 5,563 in = 0,4636 ft
(Brownell, 1959)
- Luas penampang dalam (at) = 0,139 ft2 - Bahan konstruksi Kecepatan linier, v
= commercial steel Q 0,744 ft 3 /s 5,353 ft/s at 0,139 ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,15685,3530,4206 260095,5809 μ 0,0005
Universitas Sumatera Utara
Pada NRe = 260095,5809 dan /D =
0,00015 ft = 0,0004 0,4206 ft
maka harga f = 0,0045
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 . g c
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
5,3532 2132,174
5,353 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
5,353 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 0,6680 ft.lbf/lbm
= 0,8907 ft.lbf/lbm
ΔL.v 2 D.2.g c
2 20 . 5,353 = 4(0,004) 0,4206 .2.32,174
1 Sharp edge exit = hex
= 0,2227 ft.lbf/lbm
A = 1 1 A2 = 1 0
= 0,3812 ft.lbf/lbm
2
v2 2.α.α c
5,353 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,4454 ft.lbf/lbm = 2,6080 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2α ρ
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 = 101,325 kPa = 2116,228 lbf/ft2 P2 = 101,325 kPa = 2116,228 lbf/ft2 Z = 20 ft
Universitas Sumatera Utara
maka : 0
32,174ft/s2 20 ft 0 2,6080 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2
Ws = - 22,6080 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws - 22,60 Wp
= -0,8 x Wp = 28,26 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 75527,5159 lbm/s 28,26 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550ft.lbf/ s
= 2,37 Hp Digunakan daya pompa standar 2 ½ Hp.
23. Pompa Tangki Utilitas -01 (PU-14) Fungsi
: memompa air dari tangki utilitas ke menara pendingin
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30C
-
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3
(Perry, 1997)
-
Viskositas air () = 0,8007 cP = 1,937 lbm/ftjam
(Perry, 1997)
Laju alir massa (F)
= 4854,052 kg/jam = 2,972 lbm/detik
Laju alir volume, Q
F 2,972 lb m /detik = 0,0478 ft3/s 3 ρ 62,16 lb m /ft
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1980)
= 3,9 (0,0478)0,45 (62,16)0,13 = 1,698 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: -
Ukuran pipa nominal
= ¾ in
-
Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 0,824 in = 0,0687 ft
-
Diameter luar (OD)
= 1,05 in = 0,0875 ft
( Brownell, 1980)
Universitas Sumatera Utara
-
Luas penampang dalam (at)
= 0,0037 ft2
-
Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linier, v
Q 0,0478 ft 3 /s 12,920 ft/s at 0,0037 ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,16 12,92 0,0687 102490,537 μ 0,0005
Pada NRe = 6831,59 dan /D =
0,00015 ft = 0,0022 0,0687 ft
maka harga f = 0,0048
(Geankoplis,1991)
Friction loss : A 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
v2 2.g c
0,12,920 2 2132,174
12,920 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2. g c
12,920 2 v2 1 check valve = hf = n.Kf. = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c Pipa lurus 50 ft = Ff = 4f
= 1,297 ft.lbf/lbm
= 3,891 ft.lbf/lbm
= 5,1886 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0043)
50. 12,920 2 0,4801.2.32,174
= 36,269 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c = 1 0
12,920 2 2132,174
Total friction loss : F
= 2,594 ft.lbf/lbm = 49,24 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 = P2
Universitas Sumatera Utara
Z = 17 ft
32,174ft/s 2 17 ft 0 ft.lbf/lbm 49,24 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2
maka : 0
Ws = - 66,24 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws -66,24
= -0,8 x Wp
Wp
= 82,80 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 4854,0524 lbm/s 82,80 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550ft.lbf/ s
= 0,4475 Hp Digunakan daya pompa standar ½Hp.
24. Menara Pendingin Air /Water Cooling Tower (CT) Fungsi
: Mendinginkan air dari temperatur 43,33 oC menjadi 30oC
Jenis
: Mechanical draft cooling tower
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Suhu air masuk menara (TL2)
= 43,333C
= 110 F
Suhu air keluar menara (TL1)
= 30C
= 86F
Suhu udara (TG1)
= 30 C
= 86 F
Dari Gambar 12-4 Perry, 1999, diperoleh suhu wet bulb, Tw = 104 F. Dari kurva kelembaban, diperoleh H = 0,0125 kg uap air/kg udara kering Dari Gambar 12-4 Perry, 1999, diperoleh konsentrasi air = 1,7 gal/ft2menit Densitas air (43,333C)
= 990,784 kg/m3
Laju massa air pendingin
= 171697,8744 kg/jam
Laju volumetrik air pendingin = 171697,8744 / 990,784
= 173,29 m3/jam
Kapasitas air, Q = 173,29 m3/jam 264,17 gal/m3 / (60 menit/jam) = 762,988 gal/menit
Universitas Sumatera Utara
Faktor keamanan : 20 % Luas menara, A = 1,2 × (kapasitas air/konsentrasi air) = 1,2 × (762,988 gal/menit) / (1,7 gal/ft2 menit) = 538,5803 ft2 Laju alir air tiap satuan luas (L) =
(171697,874 kg/jam).(1 jam).(538,5803 ft) 2 (171697,874 ft 2 ).(3600 s).(1m 2 )
= 0,14 kg/s m2 Perbandingan L : G direncanakan = 5 : 6 Laju alir gas tiap satuan luas (G) = 0,12 kg/s m2
Tinggi menara : Dari Persamaan 9.3-8 Geankoplis, 1997 : Hy1 = (1,005 + 1,88 × 0,01).103 (30 – 0) + 2,501 106 (0,01) Hy1 = 55724 J/kg Dari Persamaan 10.5-2, Geankoplis, 1997 : 0,841 (Hy2 – 55724) = 0,701 (4,187.103).(43,333 – 30) Hy2 = 122699,25 J/kg 600,0000 500,0000
entapi.10^-3
400,0000 garis kesetimbangan
300,0000
garis operasi
200,0000 100,0000 0,0000 10,0000
30,0000
50,0000
70,0000
suhu
Gambar LD.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT)
Universitas Sumatera Utara
Ketinggian menara, z =
G M kG a
Hy 2
dHy Hy * Hy Hy1
(Geankoplis, 2003)
Tabel L.D.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin hy 150 170 210 245
hy* 180 220 330 462
1/(hy*-hy) 0,0333 0,0200 0,0083 0,0046
0,0350
0,0300
1/(hy*-hy)
0,0250
0,0200 0,0150
0,0100
0,0050
0,0000 100,0000 150,0000 200,0000 250,0000 300,0000 hy
Gambar L.D.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*– Hy)
Luas daerah di bawah kurva dari pada Gambar L.D.3 ;
Hy 2
Hy1
dHy Hy * Hy
= 0,62561
Estimasi kG.a = 2,06 10-8 kg.mol /s.m3 (Geankoplis, 1997). Tinggi menara , Z =
0,841 0,62561 = 4,156 m 29 2,06.108 1,013.105
Diambil performance menara 90 %, maka dari Gambar 12-15 Perry, 1999, diperoleh tenaga kipas 0,03 Hp/ft2. Daya menara = 0,03 Hp/ft2 35,99 ft2 = 1,45 hp Digunakan daya standar 1 ½ hp 25. Pompa Menara Pendingin Air (PU-15)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi
: memompa air pendingin dari menara pendingin air untuk didistribusikan
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel
Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30C
-
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3
(Perry, 1997)
-
Viskositas air () = 0,8007 cP = 1,937 lbm/ftjam
(Perry, 1997)
Laju alir massa (F)
= 4854,052 kg/jam = 2,972 lbm/detik
Laju alir volume, Q
F 2,972 lb m /detik = 0,0478 ft3/s 3 ρ 62,16 lb m /ft
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1980)
= 3,9 (0,0478)0,45 (62,16)0,13 = 1,6985 in Digunakan pipa dengan spesifikasi:
-
-Ukuran pipa nominal
= 4 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 4,026 in = 0,3535 ft
- Diameter luar (OD)
= 4,5 in = 0,375 ft
- Luas penampang dalam (at)
= 0,0884 ft2
Bahan konstruksi Kecepatan linier, v
( Brownell, 1980)
= commercial steel Q 0,0478 ft 3 /s 0,5410 ft/s at 0,0884 ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,16 0,5410 0,3355 20967,162 μ 0,0005
Pada NRe = 1274,5334 dan /D = maka harga f = 0,00450
0,00015 ft = 0,0004 0,3355 ft (Geankoplis,1991)
Friction loss :
Universitas Sumatera Utara
A 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1
= 0,5 1 0
2 elbow 90° = hf = n.Kf.
v2 2.g c
0,5410 2 2132,174
0,5410 2 v2 = 2(0,75) 2(32,174) 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 50 ft = Ff = 4f
0,5410 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 0,0023 ft.lbf/lbm
= 0,0068 ft.lbf/lbm
= 0,0091 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
2 50 . 0,5410 = 4(0,0043) 0,4801.2.32,174
= 0,0190 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c = 1 0
0,5410 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0045 ft.lbf/lbm = 0,0417 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 = P2 Z = 30 ft maka : 0
32,174ft/s 2 30 ft 0 ft.lbf/lbm 0,0417 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2 Ws = - 30,0417 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws -30,0417
= -0,8 x Wp
Wp
= 37,55 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 4854,47 lbm/s 37,55 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550ft.lbf/ s
Universitas Sumatera Utara
= 0,2030 Hp Digunakan daya pompa standar ½ Hp.
26. Tangki Pelarutan Kaporit (TP-05) Fungsi
: Tempat membuat larutan klorin untuk proses klorinasi air domestik
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon Steel, SA–283, Grade C
Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur = 30 0C Tekanan
= 1 atm
A. Volume tangki Kaporit yang digunakan
= 2 ppm
Kaporit yang digunakan berupa larutan 70% (% berat) Laju massa kaporit
= 0,0032 kg/jam
Densitas larutan kaporit (70 %)
= 1272 kg/m3 = 79,4082 lbm/ft3
(Perry,
1997) Kebutuhan perancangan Volume larutan, (V1) =
= 3 bulan = 90 hari
0,0032 kg/jam 24jam/hari 9 0 hari 1272 kg/m 3
= 0,0054 m3 Faktor kelonggaran
= 20%, maka :
Volume tangki
= 1,2 x 0,0054 m3 = 0,0065 m3
B. Diameter dan tebal tangki -
Volume silinder tangki (Vs)
π Di 2 Hs Vs = 4
(Brownell & Young, 1959) Dimana Di
:
= Diameter dalam silinder (ft)
Universitas Sumatera Utara
Vs
Hs
= Tinggi tangki silinder (ft)
Ditetapkan : Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 3 : 2 Maka : Vs
3Di 3 8
=
8 0,0065 Di 3 3,14
(1 / 3)
Di = 0,1763 m = 0,5784 ft Hs = 0,2644 m = 0,867 ft -
Tinggi cairan dalam tangki Volume tangki
= 0,0065 m3
Volume cairan
= 0,0054 m3
Diameter tangki
= 0,1763 m
Tinggi cairan dalam tangki =
-
volume cairan 0,0054 0,2204 m 3,14 luas permukaan 2 0,1782 4
P Hidrostatis = x g x h = 1272 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 0,2204 = 2,7469 kPa = 0,3984 psi Faktor keamanan untuk tekanan = 5% P desain
= 1,05 x (2,7469 + 101,325) = 109,2755 kPa
-
Direncanakan digunakan bahan konstruksi Carbon steel, SA-283, grade C. Dari Brownell & Young, item 4, Apendix D, 1979, diperoleh data :
Allowable working stress (s) = 12650 psi
Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
Faktor korosi
= 1/8 in/tahun
(Timmerhaus, 1980)
Tebal dinding silinder tangki : t=
PD +nCa 2SE 1,2P
Universitas Sumatera Utara
t=
(109,367)(6,94) +10(0,125) 2(87218,714)(0,8) 1,2(109,367)
t = 0,13 in Dari Tabel 5.4 Brownell & Young, 1979, dipilih tebal tangki standar 1/4 in C. Daya Pengaduk tipe pengaduk : marine propeller dengan jarak pitch = Di Dt/Da = 3, Baffle = 4
(McCabe, 1985)
Dt
= 0,1763 m
= 0,5784 ft
Da
= 0,0588 m
= 0,1928 ft
Kecepatan pengadukan, N
= 1 rps
Viskositas kaporit 70% = 6,7197. 10-4 lbm/ft.det
(Kirk Othmer, 1967)
Bilangan Reynold, NRe
=
=
ρN(Da) 2 μ
(79,4088)(1)(0,1928) 2 = 36392,1263 6,7197.10 4
Dari table 9-2, McCabe, 1999, untuk NRe > 10.000 diperoleh KL = 71 (turbine, six flat blade) sehingga P
K L N 3 Da 5 ρ = gc =
(71)(1) 3 (0,1928) 5 (79,4088) 32,174(550)
= 8,48x10-5 Hp Efisiensi motor penggerak Daya motor penggerak
=
= 80%
0,00008 = 0,0001 Hp 0,8
Digunakan daya pompa standar 1/20 Hp.
27. Pompa Kaporit (PU-16) Fungsi : memompa larutan kaporit dari tangki pelarutan kaporit ke tangki utilitas-02 Data design: -
Temperatur
= 30C
Universitas Sumatera Utara
-
Densitas kaporit () = 1189, kg/m3 = 74,229 lbm/ft3
-
Viskositas kaporit () = 6,719710-4 lbm/ftdetik
-
Laju alir massa (F)
= 0,0032 kg/jam = 2,002.10-6 lbm/detik
Laju alir volume, Q
F 2,002.10 -6 lb m /detik 2,6117.10 -8 ft 3 /s ρ 74,229 lb m /ft 3
(Perry, 1997) (Perry, 1997)
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1991)
= 3,9 ( 2,6117.10 -8 )0,45 (74,229)0,13 = 0,0026 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 0,125 in
- Schedule pipa
= 40
-
Diameter dalam (ID)
= 0,269 in = 0,0224 ft
-
Diameter luar (OD)
= 0,405 in = 0,0338 ft
-
Luas penampang dalam (at) = 0,0004 ft2
- Bahan konstruksi Kecepatan linier, v
(Brownell, 1959)
= commercial steel Q 2,6117.10 -8 ft 3 /s 6,6208.10 8 ft/s at 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 74,229 6,6208.10 -8 0,0224 243,9753 μ 6,7197.10 -4
Pada NRe = 243,9753 dan /D =
0,00015 ft = 0,0067 0,0224 ft
maka harga f = 0,0656
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1
v2 2.g c 2
6,6208.10 8 = 0,5 1 0 2132,174
= 6,812.10-11 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
6,6208.10 8 v2 2 elbow 90° = hf = n.Kf. = 2(0,75) 2(32,174) 2. g c
2
= 1,021.10-10 ft.lbf/lbm 2
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 70 ft = Ff = 4f
6,6208.10 8 v2 = 1(2,0) = 1,362.10-10 ft.lbf/lbm 2(32,174) 2. g c
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,004)
70.6,6208.10 8 2 0,3355.2.32,174
= 2,391.10-8 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A1 v2 = 1 A2 2. .g c 2
6,6208.10 8 = 1 0 2132,174
= 1,362.10-10 ft.lbf/lbm = 2,435.10-8 ft.lbf/lbm
Total friction loss : F Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 = P2 Z = 20 ft maka : 0
32,174ft/s 2 20 ft 21,7698 2,435.10 -8 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2 Ws
= - 41,7698 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws -41,7698 Wp
= -0,8 x Wp = 52,213 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 0,0032 lbm/s 52,213 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550 ft.lbf/s
= 1,84.10-7 Hp Digunakan daya pompa standar 1/20 Hp.
Universitas Sumatera Utara
28. Pompa Tangki Utilitas -01 (PU-07) Fungsi
: memompa air dari tangki utilitas-01 ke tangki utilitas -02
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30C
-
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,1568 lbm/ft3
-
Viskositas air () = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ftjam
Laju alir massa (F) Laju alir volume, Q
(Perry, 1997) (Perry, 1997)
= 75527,5159 kg/jam = 46,2529 lbm/detik
F 46,25 lb m /detik 0,744 ft 3 /s 3 ρ 62,1568 lb m /ft
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1991)
= 3,9 (0,744)0,45 (62,1568)0,13 = 5,8406 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 5 in
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 5,047 in = 0,4206 ft
- Diameter luar (OD)
= 5,563 in = 0,4636 ft
(Brownell, 1959)
- Luas penampang dalam (at) = 0,139 ft2 - Bahan konstruksi Kecepatan linier, v
= commercial steel Q 0,744 ft 3 /s 5,353 ft/s at 0,139 ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,15685,3530,4206 260095,5809 μ 0,0005
Pada NRe = 260095,5809 dan /D =
0,00015 ft = 0,0004 0,4206 ft
maka harga f = 0,0045
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 A 1 2 . g c
Universitas Sumatera Utara
5,3532 = 0,5 1 0 2132,174 3 elbow 90° = hf = n.Kf.
5,353 2 v2 = 3(0,75) 2(32,174) 2. g c
1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
5,353 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 1,0021 ft.lbf/lbm
= 0,8907 ft.lbf/lbm
ΔL.v 2 D.2.g c
2 30 . 5,353 = 4(0,006) 0,1342.2.32,174
1 Sharp edge exit = hex
= 0,2227 ft.lbf/lbm
A = 1 1 A2 = 1 0
= 0,5718 ft.lbf/lbm
2
v2 2.α.α c
5,3532 2132,174
= 0,4454 ft.lbf/lbm
Total friction loss : F = 3,1326 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2α ρ
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 = 101,325 kPa = 2116,228 lbf/ft2 P2 = 101,325 kPa = 2116,228 lbf/ft2 Z = 20 ft
maka : 0
32,174ft/s2 20 ft 0 3,1326 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2
Ws = - 23,1326 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws - 23,13 Wp Daya pompa : P
= -0,8 x Wp = 28,92 ft.lbf/lbm = m x Wp
Universitas Sumatera Utara
=
1 hp 75527,5159 lbm/s 28,92 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550ft.lbf/ s = 2,4317 Hp
Digunakan daya pompa standar 2 ½ Hp.
29. Tangki Utilitas – 02 (TU-02) Fungsi
: Menampung air dari tangki utilitas 1 untuk keperluan air domestik
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-283, Grade C. Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur = 30 0C Tekanan
= 1 atm
A. Volume tangki Laju alir massa air
= 1108 kg/jam
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3 (Perry, 1997)
Tangki dirancang untuk kebutuhan selama 1 hari Volume air, (Va)
=
1108 kg/jam x 24 jam/hari 995,68 kg/m 3
= 26,707 m3/hari Faktor keamanan tangki
= 20%, maka :
Volume tangki
= 1,2 x 26,707 m3 = 32,048 m3
B. Diameter dan tebal tangki -
Volume silinder tangki (Vs) Vs =
π Di 2 Hs 4
(Brownell & Young, 1959) Dimana
:
Di
= Diameter dalam silinder (ft)
Hs
= Tinggi tangki silinder (ft)
Ditetapkan : Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki = Hs : Di = 3 : 4
Universitas Sumatera Utara
Vs
Di
16 32,048 = 3 3,14
Hs
= 2,842 m
Maka :
-
Vs
Di 2 3 Di 4 = 4
(1 / 3)
= 3,789 m
Tinggi cairan dalam tangki Volume silinder
= 33,048 m3
Volume cairan
= 26,707 m3
Diameter silinder
= 3,83= 3,789 m
Tinggi cairan dalam tangki =
volume cairan x tinggi tangki 26,707 x 2,842 volume tangki 32,048 = 2,368 m
P Hidrostatis = x g x h = 995,680 x 9,8 x 2,368 = 23,1128 kPa Poperasi
= 23,1128 kPa + 101,325 kPa = 124,4378 kPa
Faktor keamanan untuk tekanan = 5% P desain
= 1,05 x 124,4378 kPa = 130,659
-
Direncanakan digunakan bahan konstruksi carbon steel, SA-283, Grade C. Dari Brownell & Young, item 4, Apendix D, 1979, diperoleh data :
Allowable working stress (s) = 12650 psi
Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
Faktor korosi = 1/8 in
(Timmerhaus, 1980)
Tebal dinding silinder tangki : t=
PD +nCa 2SE 1,2P
t=
(130,659 )(3,78) + 10(0,125)= 0,1286 in 2(87218,71)(0,8) 1,2(130,659)
Dari Tabel 5.4 Brownell & Young, 1979, dipilih tebal tangki standar ½ in.
30. Pompa Domestik (PU-17) Fungsi
: memompa air dari Tangki Utilitas -02 ke kebutuhan domestik
Universitas Sumatera Utara
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30C
-
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3
-
Viskositas air () = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ftjam
(Perry, 1997) (Perry, 1997)
Laju alir massa (F)
= 1108 kg/jam = 0,6785 lbm/detik
Laju alir volume, Q
F 0,6785 lb m /detik 0,0109ft 3 /s 3 ρ 62,16 lb m /ft
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1991)
= 3,9 (0,0109)0,45 (62,16)0,13 = 0,8737 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 1 in
(Geankoplis, 1993)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 1,049 in = 0,0874 ft
- Diameter luar (OD)
= 1,315 in = 0,1096 ft
- Luas penampang dalam (at) = 0,006 ft2 - Bahan konstruksi Kecepatan linier, v
= commercial steel Q 0,0109 ft 3 /s 1,8194 ft/s at 0,006 ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,161,81940,0874 18372,898 μ 0,0005
Pada NRe = 18794,826 dan /D =
0,00015ft = 0,0017 0,0874ft
maka harga f = 0,015
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A v2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 2 A1 2 . g c
= 0,5 1 0
1,8194 2 2132,174
= 0,0257 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
1,8194 2 v2 2 elbow 90° = hf = n.Kf. = 2(0,75) 2(32,174) 2. g c 1 check valve = hf = n.Kf.
Pipa lurus 60 ft = Ff = 4f
1,8194 2 v2 = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c
= 0,0772 ft.lbf/lbm
= 0,1029 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0042)
60 . 1,81942 0,0874 .2.32,174
= 2,1184 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c = 1 0
1,8194 2 2132,174
Total friction loss : F
= 0,0514 ft.lbf/lbm = 2,3756 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 g z 2 z1 2 F Ws 0 2α ρ
(Geankoplis,1997)
dimana : v1 = v2 P1 = P2 Z = 30 ft maka : 0
32,174ft/s 2 30 ft 0 2,3756 ft.lbf/lbm Ws 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2 Ws
= - 32,3756 ft.lbf/lbm
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws - 32,3756 Wp
= -0,8 x Wp = 40,4696 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 1108 lbm/s 40,4696 ft.lbf/lbm x 0,453593600 550 ft.lbf/s = 0,0499 Hp
Digunakan daya pompa standar 1/8 Hp.
31. Deaerator (DE)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi
: Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air umpan ketel
Bentuk
: Silinder horizontal dengan kedua tutup samping elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C Jumlah
:1
Kondisi operasi
: Temperatur = 60 0C Tekanan
= 1 atm
A. Volume tangki Laju alir massa air
= 82059,9953 kg/jam
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,1586 lbm/ft3 (Perry, 1997)
Faktor keamanan tangki
= 20%, maka
Volume air, Va
=
Faktor keamanan tangki
= 20%, maka :
Volume tangki
= 1,2 x 82,416 m3
82059,995 kg/jam = 82,416 m3/jam 3 995,68 kg/m
= 98,899 m3 = 3493,1050 ft3 B. Diameter dan tebal tangki -
Volume silinder tangki (Vs) Vs =
π Di 2 Hs 4
(Brownell & Young, 1959) Dimana
Ditetapkan
:
Di
= Diameter dalam silinder (ft)
Hs
= Tinggi tangki silinder (ft)
: Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 3 : 2
Maka : Vs
3 Di 2 3 Di 3 Di 2 = = 4 8
- Volume tutup tangki (Vh) Ditetapkan : perbandingan tinggi tutup dengan diameter (Hh : Di) = 1 :4
π Di Vh 24 Volume tangki
3
= Volume shell + volume head
Universitas Sumatera Utara
Vs
10 π0 Vt 24
i
1 3
1
Di
24 Vt 3 = 4,228 m 10 3,14
Hs = 6,34 m
Tinggi head
= ¼ (Di)
Tinggi total
= 7,399 m
= 1,057
Tinggi cairan dalam tangki Volume silinder
= 98,899 m3
Volume cairan
= 82,416 m3
Tinggi silinder
= 7,399 m
Tinggi cairan dalam tangki
=
volume cairan x tinggi silinder volume silinder
=
(82,416)(7,399) (98,899)
= 5,285 m = xgxh
P Hidrostatis
= 995,680 x 9,8 x 5,285 = 51,572 kPa = 0,8595 psi Faktor keamanan untuk tekanan = 5% P operasi
= 51,5772 +101,325 = 152,897 kPa
Pdesain
= 1.05 x 152,897 = 160,542 kPa
- Bahan yang digunakan adalah Carbon steel SA-283, Grade C : Efisiensi sambungan, E = 0,8 Allowable stress, S
= 12650
(Brownell & Young, 1979)
Faktor korosi, C
= 0,125
(Timmerhaus, 1980)
t
=
PD + nCa SE 1,2 P
t
=
(160,542)(4,228) +10(0,125) 2(12650)(0,8) 1,2160,542
Universitas Sumatera Utara
= 0,2549 in Dari Tabel 5.4 Brownell & Young, 1979, dipilih tebal tangki standar 1/2 in. Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1/2 in.
32. Pompa Waste Heat Boiler (PU-13) Fungsi
: memompa air dari deaerator ke waste heat boiler
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1
Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi: -
Temperatur
= 30C
-
Densitas air ()
= 995,68 kg/m3 = 62,1568 lbm/ft3
-
Viskositas air () = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ftjam
-
Laju alir massa (F)
Laju alir volume, Q
(Perry, 1997) (Perry, 1997)
= 82059,9953 kg/jam = 50,25 lbm/detik
F 50,25 lb m /detik 0,8085 ft 3 /s 3 ρ 62,1568 lb m /ft
Diameter optimum, De = 3,9 Q0,45 0,13
(Timmerhaus, 1991)
= 3,9 (0,8085)0,45 (62,1568)0,13 = 6,116 in Digunakan pipa dengan spesifikasi: - Ukuran pipa nominal
= 5 in
(Brownell, 1959)
- Schedule pipa
= 40
- Diameter dalam (ID)
= 5,0470 in
= 0,4206 ft
- Diameter luar (OD)
= 5,5630 in
= 0,4636 ft
- Luas penampang dalam (at) = 0,1390 ft2 - Bahan konstruksi
= commercial steel
Kecepatan linier, v
Q 0,8085 ft 3 /s 5,8163 ft/s at 0,139 ft 2
Bilangan Reynold, N Re
ρ v D 62,1568(5,8163)0,4206 282594,4787 μ 0,0005
Universitas Sumatera Utara
Pada NRe = 282594,787 dan /D =
0,00015 ft = 0,0004 0,0,4206ft
maka harga f = 0,007
(Geankoplis,1993)
Friction loss : A2 v 2 1 Sharp edge entrance= hc = 0,5 1 A1 2 . g c
5,8163 2 = 0,5 1 0 2132,174 3 elbow 90° = hf = n.Kf.
5,8163 2 v2 = 3(0,75) 2(32,174) 2. g c
5,8163 2 v2 1 check valve = hf = n.Kf. = 1(2,0) 2(32,174) 2. g c Pipa lurus 30 ft = Ff = 4f
= 0,2629 ft.lbf/lbm
= 1,1829 ft.lbf/lbm
= 1,0515 ft.lbf/lbm
L.v 2 D.2.g c
= 4(0,0055)
30.(5,8163) 2 0,4206.2.32,174
= 1,050 ft.lbf/lbm
2
1 Sharp edge exit = hex
A v2 = 1 1 A2 2. .g c = 1 0
5,81632 2132,174
Total friction loss : F
= 0,5257 ft.lbf/lbm = 4,0730 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 P P1 1 2 v 2 v1 gz 2 z 1 2 F Ws 0 2α ρ
dimana :
(Geankoplis,1997)
v1 = v2 P1 = 101,3250 kPa
= 2116,2281 lbf/ft2
P2 = 101,3250 kPa
= 2116,2281 lbf/ft2 Z = 40 ft
32,174ft/s 2 40 ft 0 4,0730 ft.lbf/lbm Ws 0 maka : 0 32,174ft.lbm/lbf.s 2 Ws = - 44,0730 ft.lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Effisiensi pompa , = 80 % = - x Wp
Ws - 44,0730 = -0,8 x Wp Wp
= 40,198 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P
= m x Wp =
1 hp 82059,9953 lbm / s 44,0730 ft.lbf / lbm x 0,453593600 550 ft.lbf / s
= 5,0337 Hp Digunakan daya pompa standar 5 Hp.
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI Dalam rencana pra rancangan pabrik pembuatan Hidrogen dari Serbuk Kayu Karet digunakan asumsi sebagai berikut : Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun Kapasitas maksimum adalah 34.000 ton/tahun Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchased-equipment delivered (Peters, 2004) Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah US$ 1 = Rp 9.025,(Mandiri, 2012)
E.1
Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)
E.1.1 Modal Investasi Tetap Langsung (MITL) A. Biaya Tanah Lokasi Pabrik Harga tanah untuk kebutuhan pabrik dan industri di daerah Provinsi Sumatera Utara adalah Rp. 600.000,- /m2 (Buana, 2011). Luas tanah seluruhnya
= 13.007,5 m2
Harga tanah seluruhnya
= 13.007,5 m2 Rp. 600.000,- /m2 = Rp.7.804.500.000,-
Biaya perataan tanah diperkirakan 5 dari harga tanah seluruhnya. (Peters, et al, 2004) Biaya perataan tanah = 0,05 Rp. 7.804.500.000,- = Rp. 390.225.000,Total biaya tanah (A) = Rp. 7.804.500.000,- + Rp. 390.225.000,= Rp 8.194.725.000,-
Universitas Sumatera Utara
B. Harga Bangunan Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan No 1 2 3a 3b 3c 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21a 21b 22 23
Nama Bangunan Pos Keamanan Parkir Taman Taman Taman Areal Bahan Baku Ruang Kontrol Areal Proses Areal Produk Perkantoran Laboratorium Poliklinik Kantin Ruang Ibadah Unit Pemadam Kebakaran Bengkel Gudang Peralatan Perpustakaan Unit Pengolahan Air Unit Pembangkit Uap Pembangkit Listrik Pengolahan Limbah Areal Perluasan Areal Perluasan Perumahan Karyawan Jalan Total
2
Luas (m ) 55 250 250 550 250 800 150 2100 700 350 150 70 100 50 100 75 250 75 1300 350 300 650 750 450 850 850 11.825 m2
Harga (Rp/m2) Rp1.000.000 Rp100.000 Rp100.000 Rp100.000 Rp100.000 Rp2.000.000 Rp3.500.000 Rp3,000.000 Rp1.500.000 Rp2.000.000 Rp1.000.000 Rp2.000.000 Rp2.000.000 Rp2.000.000 Rp1.500.000 Rp1.500.000 Rp1.500.000 Rp1.500.000 Rp1.500.000 Rp3.000.000 Rp3.000.000 Rp1.500.000 Rp100.000 Rp100.000 Rp2.000.000 Rp100.000
Jumlah Rp55.000.000 Rp25.000.000 Rp25.000.000 Rp55.000.000 Rp25.000.000 Rp1.600.000.000 Rp525,000,000 Rp6,300,000,000 Rp1,050,000,000 Rp700,000,000 Rp150,000,000 Rp140,000,000 Rp200,000,000 Rp100,000,000 Rp150,000,000 Rp112,500,000 Rp375,000,000 Rp112,500,000 Rp1,950,000,000 Rp1,050,000,000 Rp900,000,000 Rp975,000,000 Rp75,000,000 Rp45,000,000 Rp1,700,000,000 Rp85,000,000 Rp18,480,000,000
Total biaya bangunan (B) = Rp18,480,000,000,,C. Perincian Harga Peralatan Harga peralatan yang di impor dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut (Timmerhaus et al, 2004) :
X Cx Cy 2 X1
m
Ix I y
dimana: Cx = harga alat pada tahun 2012
Universitas Sumatera Utara
Cy = harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia X1 = kapasitas alat yang tersedia X2 = kapasitas alat yang diinginkan Ix = indeks harga pada tahun 2012 Iy = indeks harga pada tahun yang tersedia m = faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat) Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2012 digunakan metode regresi koefisien korelasi:
r
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣX i 2 ΣX i 2 n ΣYi 2 ΣYi 2
(Montgomery, 1992)
Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift No
Tahun (Xi)
Indeks (Yi)
Xi.Yi
Xi2
Yi2
1
1989
895
1780155
3956121
801025
2
1990
915
1820850
3960100
837225
3
1991
931
1853621
3964081
866761
4
1992
943
1878456
3968064
889249
5
1993
967
1927231
3972049
935089
6
1994
993
1980042
3976036
986049
7
1995
1028
2050860
3980025
1056784
8
1996
1039
2073844
3984016
1079521
9
1997
1057
2110829
3988009
1117249
10
1998
1062
2121876
3992004
1127844
11
1999
1068
2134932
3996001
1140624
12
2000
1089
2178000
4000000
1185921
13
2001
1094
2189094
4004001
1196836
14
2002
1103
2208206
4008004
1216609
Total
27937
14184
28307996
55748511
14436786
( Peters, 2004)
Data :
n = 14
∑Xi = 27937
∑Yi = 14184
∑XiYi = 28307996
∑Xi² = 55748511
∑Yi² = 14436786
Dengan memasukkan harga – harga pada Tabel LE-2, maka diperoleh harga koefisien korelasi :
Universitas Sumatera Utara
r =
(14) . (28307996) – (27937)(14184) [(14). (55748511) – (27937)²] × [(14)(14436786) – (14184)² ]½
= 0,98 ≈ 1 Harga koefisien yang mendekati +1 menyatakan bahwa terdapat hubungan linier antar variabel X dan Y, sehingga persamaan regresi yang mendekati adalah persamaan regresi linier. Persamaan umum regresi linier, Y = a + b X dengan :
Y
= indeks harga pada tahun yang dicari (2012)
X
= variabel tahun ke n
a, b = tetapan persamaan regresi Tetapan regresi ditentukan oleh:
b
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣXi 2 ΣXi 2
a
Yi. Xi 2 Xi. Xi.Yi n.Xi 2 (Xi) 2
(Montgomery, 1992)
Maka: b =
(14)(28307996) (27937)(14184) 53536 16,8089 3185 (14)(55748511) (27937) 2
a =
(14184)(55748511) ( 27937)( 28307996) 103604228 32528,8 3185 (14)(55748511) ( 27937) 2
Sehingga persamaan regresi liniernya adalah: Y=a+bX Y = 16,8089X – 32528,8 Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2012 adalah: Y = 16,809(2012) – 32528,8 Y = 1.290 Perhitungan harga peralatan adalah menggunakan harga faktor eksponsial (m) Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4 Peters, 2004. Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya dianggap 0,6 (Peters, 2004). Contoh perhitungan harga peralatan :
Universitas Sumatera Utara
a. Tangki Produk (T-401) Kapasitas tangki , X2 = 21435,657 m3. Dari Gambar LE.1 berikut, diperoleh untuk harga kapasitas tangki (X1) 1 m³ adalah (Cy) US$ 6700. Dari tabel 6-4, Timmerhaus, 2004, faktor eksponen untuk tangki adalah (m) 0,49. Indeks harga pada tahun 2002 (Iy) 1103.
Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan dan Tangki Pelarutan.(Peters, 2004)
Indeks harga tahun 2012 (Ix) adalah 1.274. Maka estimasi harga tangki untuk (X2) 21435,657 m3 adalah : 21.435,657 Cx = US$ 6.700 1
0 , 49
x
1.274 1103
Cx = US$ 285480,062.- × (Rp 9.025,-)/(US$ 1) Cx = Rp 2.576.457.568,-/unit
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses Unit
Ket*)
No.
Kode
1
J-101
2 I
108.521.738
217.043.475
2
J-102
2 I
108.521.738
217.043.475
3
J-103
2 I
108.521.738
217.043.475
4
J-104
2 I
108.521.738
217.043.475
5
J-105
2 I
108.521.738
217.043.475
6
J-106
2 I
108.521.738
217.043.475
7
C-101
2 I
860.171.810
8
B-101
1 I
385.432.117
9
R-201
2 I
3.454.387.511
10
R-202
2 I
3.219.734.567
11
R-203
2 I
3.060.795.610
12
H-201
1 I
127.970.040
13
H-202
1 I
127.970.040
14
G-201
2 I
317.297.658
15
G-202
2 I
317.297.658
16
G-203
2 I
452.540.319
17
G-204
2 I
452.540.319
18
G-205
2 I
452.540.319
19
E-201
4 I
399.036.153
20
E-301
1 I
775.135.120
21
G-301
1 NI
22
D-301
1 I
525.680.165
23
D-302
1 I
2.147.111.063
24
D-401
3 I
322.225.670
25
T-401
1 I
2.576.457.568
Total Impor Non-Impor
Harga / Unit (Rp)
10.567.156
Harga Total (Rp)
1.720.343.620 385.432.117 6.908.775.022 6.439.469.134 6.121.591.220 127.970.040 127.970.040 634.595.316 634.595.316 603.387.092 603.387.092 603.387.092 1.596.144.612 775.135.120 21.134.312 525.680.165 2.147.111.063 966.677.010 2.576.457.568 34.449.766.950 34.428.632.640 21.134.312
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas No.
Kode
Unit
Ket*)
1
SC
1 I
2
BS
1 NI
3
CL
4
Harga / Unit (Rp)
Harga Total (Rp)
68.389.134
68.389.134
9.000.000
9.000.000
1 I
3.669.556.543
3.669.556.543
SF
1 I
548.195.871
548.195.871
5
CE
1 I
58.333.773
58.333.773
6
AE
1 I
58.333.773
58.333.773
7
CT
1 I
442.010.000
442.010.000
8
DE
1 I
258.454.907
258.454.907
9
KU
1 I
588.665
588.665
10
TU-01
1 I
2.038.235.448
2.038.235.448
11
TU-02
1 I
507.253.055
507.253.055
12
TP-01
1 I
97.098.575
97.098.575
13
TP-02
1 I
70.873.874
70.873.874
14
TP-03
1 I
237.800.674
237.800.674
15
TP-04
1 I
46.959.417
46.959.417
16
TP-05
1 I
4.050.007
4.050.007
17
PU-01
1 NI
30.945.893
30.945.893
18
PU-02
1 NI
30.945.893
30.945.893
19
PU-03
1 NI
1.215.674
1.215.674
20
PU-04
1 NI
582.589
582.589
21
PU-05
1 NI
31.757.222
31.757.222
22
PU-06
1 NI
31.757.222
31.757.222
23
PU-07
2 NI
27.424.486
54.848.972
24
PU-08
1 NI
21.193.569
21.193.569
25
PU-09
1 NI
8.110.300
8.110.300
26
PU-10
1 NI
27.669.756
27.669.756
27
PU-11
1 NI
27.669.756
27.669.756
28
PU-12
1 NI
987.135
987.135
29
PU-13
1 NI
26.853.789
26.853.789
30 PU-14
1 NI
200.373
200.373
Universitas Sumatera Utara
31 PU-15
1 NI
7.934.544
7.934.544
32 PU-16
1 NI
26.853.789
26.853.789
33 PU-17
1 NI
26.853.789
26.853.789
34 G
2 I
450.000.000
9.000.000.000
35 BP
1 NI
40.000.000
40.000.000
36 BPA
1 NI
9.000.000
9.000.000
37 BN
1 I
16.000.000
16.000.000
Total
9.178.059.332
Impor
6.275.443.629
Non-Impor
2.902.615.703
Keterangan*) : I untuk peralatan impor, sedangkan NI untuk peralatan non impor.
Untuk harga alat impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: -
Biaya transportasi
= 5
-
Biaya asuransi
= 1
-
Bea masuk
= 15
-
PPn
= 10
-
PPh
= 10
-
Biaya gudang di pelabuhan
= 0,5
-
Biaya administrasi pelabuhan = 0,5
-
Transportasi lokal
= 0,5
-
Biaya tak terduga
= 0,5
Total
= 43
Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut: -
PPn
= 10
-
PPh
= 10
-
Transportasi lokal
= 0,5
-
Biaya tak terduga
= 0,5
Total
= 21
Maka, total harga peralatan adalah: Harga impor
= 1,43 × ( 34.428.632.640+ 6.275.443.629)
Harga non impor = 1,21 (21.134.312+ 2.902.615.703)
= Rp. 58.206.829.065,-
= Rp. 3.537.737.518,-
Universitas Sumatera Utara
Rp. 61.744.566.583,-
Biaya pemasangan diperkirakan 39 dari total harga peralatan (Timmerhaus 2004). Biaya pemasangan = 0,39 Rp. 61.744.566.583,= Rp 24.080.380.967,Sehingga biaya peralatan + pemasangan (C): = Rp. 61.744.566.583,- + Rp 24.080.380.967,= Rp 85.824.947.550,-
Instrumentasi dan Alat Kontrol Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 26 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D) = 0,26 Rp. 61.744.566.583,= Rp. 16.053.587.312, Biaya Perpipaan Diperkirakan biaya perpipaan 31 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004).
Biaya perpipaan (E) = 0,31 Rp. 61.744.566.583,= Rp. 19.140.815.641, Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 10 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya instalasi listrik (F) = 0,1 Rp. 61.744.566.583,= Rp. 6.174.456.658,3 , Biaya Insulasi Diperkirakan biaya insulasi 55 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya insulasi (G) = 0,55 Rp 61.744.566.583,= Rp 33.959.511.621,-
Universitas Sumatera Utara
Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor 5 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya inventaris kantor (H) = 0,05 Rp. 61.744.566.583,= Rp 3.087.228.329, Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 5 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan ( I ) = 0,05 Rp. 61.744.566.583,= Rp 3.087.228.329, Sarana Transportasi Untuk mempermudah pekerjaan, perusahaan memberi fasilitas sarana transportasi (J) seperti pada tabel berikut. Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi No Jenis Kendaraan 1 Mobil Dewan Komisaris 2 Mobil Direktur
Unit 3
Tipe Honda Accord
Harga/unit Rp600.000.000
Harga/total Rp 1.800.000.000
1
Honda CR-V
Rp350.000.000
Rp 350.000.000
3 5
Mobil Manager Ambulance
4 1
Kijang Innova Minibus
Rp220.000.000 Rp98.000.000
Rp 880.000.000 Rp 98.000.000
6
Bus Karyawan
2
Bus
Rp350.000.000
Rp700.000.000
7
Truk
3
Truk
Rp350.000.000
Rp1.050.000.000
8
Mobil Pemadam Kebakaran Traktor
2
Truk
Rp250.000.000
Rp500.000.000
Rp375.000.000
Rp750.000.000
10
2
Total Biaya Transportasi
Rp.5.158.000.000
Total MITL
= A+B+C+D+E+F+G+H+I+J = Rp. 180.680.500.439,E.1.2 Modal Investasi Tetap Tidak Langsung (MITTL) Pra Investasi Diperkirakan 40 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Pra Investasi (K) = 0,4 × Rp. 61.744.566.583,= Rp. 24.697.826.633,-
Universitas Sumatera Utara
Biaya Engineering dan Supervisi Diperkirakan 32 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Engineering dan Supervisi (L) = 0,32 × Rp. 61.744.566.583,= Rp. 19.758.261.307, Biaya Legalitas Diperkirakan 8 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Legalitas (M)
= 0,08 Rp. 61.744.566.583,= Rp. 4.939.565.327,-
Biaya Kontraktor Diperkirakan 8 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004). Biaya Kontraktor (N)
= 0,08 Rp. 61.744.566.583,= Rp. 4.939.565.327,-
Biaya Tak Terduga Diperkirakan 32 dari total harga peralatan (Timmerhaus et al, 2004) . Biaya Tak Terduga (O)
= 0,32 Rp. 61.744.566.583,= Rp. 19.758.261.307,-
Total MITTL = K + L + M + N + O = Rp. 74.093.479.899,Total MIT = MITL + MITTL = Rp. 180.680.500.439,- + Rp. 74.093.479.899,= Rp 254.773.980.339,-
E.2 Modal Kerja Modal kerja dihitung untuk pengoperasian pabrik selama 3 bulan (90 hari). E.2.1 Persediaan Bahan Baku A. Bahan baku proses 1. Kayu Karet Kebutuhan
= 97186,4 kg/jam
Harga
= Rp 1500,- /kg
(Anonim, 2012)
Universitas Sumatera Utara
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 97186,4 kg/jam Rp 1500,- /kg = Rp 314.883.936.000,-
2. Olivine Kebutuhan
= Jumlah olivine dalam sirkulasi gasifier + Make-up Olivine = 2616891,543 kg + 2878,581 kg
Harga
= Rp 2.900,- /kg
(Spath, P. & Friends, 2009)
Harga total
= (90 hari 24 jam/hari 2878,581 kg/jam Rp 2.900,- /kg) + (2616891,543 Rp 2.900,- /kg) = 25.620.416.858,7,-
3. MgO Kebutuhan
= 3,243 kg/jam
Harga
= Rp. 2517,5,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 3,243 kg/jam × Rp. 2517,5/kg
(Anonim, 2012)
= Rp. 17.634.785,4. Zeolit Kebutuhan
= 3571,692 kg/jam
Harga
= Rp. 5000,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 3571,692 kg/jam × Rp. 5000/kg
(Warta Ekonomi, 2012)
= Rp. 38.574.273.600,5. Karbon Aktif Kebutuhan
= 17156,04 kg/jam
Harga
= Rp. 3000,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 17156,04 kg/jam × Rp. 3000/kg
(Warta Ekonomi, 2012)
= Rp. 111.171.139.200,6. Alumina Kebutuhan
= 2534,494 kg/jam
Harga
= Rp. 7000,-/kg
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 2534,494 kg/jam × Rp. 7000/kg
(Qatar Petrochemical Sector, 2008)
= Rp. 38,321,549,280,B. Persediaan bahan baku utilitas 1. Alum, Al2(SO4)3 Kebutuhan
= 4,0745 kg/jam
Harga
= Rp 8.000 ,-/kg
(CV. Rudang Jaya 2012)
Universitas Sumatera Utara
Harga total
= 90 hari 24 jam/hari 4,0745 kg/jam Rp 8.000,- /kg = Rp. 70.407.360,-
2. Soda abu, Na2CO3 Kebutuhan = 2,2002 kg/jam Harga
= Rp 6500,-/kg (CV. Rudang Jaya 2008)
Harga total = 90 hari 24 jam/hari × 2,2002 kg/jam Rp 6500,-/kg = Rp. 30.890.808,3. Kaporit Kebutuhan = 0,0032 kg/jam Harga
= Rp 7.000,-/kg
(CV. Rudang Jaya 2012)
Harga total = 90 hari 24 jam/hari 0,0032 kg/jam Rp 7.000,-/kg = Rp. 47.865,4. H2SO4 Kebutuhan = 4,488 kg/jam = 0,0043 L/jam Harga
= Rp 365.000-/L
(CV. Rudang Jaya 2012)
Harga total = 90 hari 24 jam 0,0043 L/jam Rp 365.000-/L = Rp. 3.390.120,5. NaOH Kebutuhan = 1,2940 kg/jam Harga
= Rp. 10.000,-/kg
(CV. Rudang Jaya 2012)
Harga total = 90 hari 24 jam 1,2940 kg/jam Rp 10.000,-/kg = Rp. 27.950.400,6. Solar Kebutuhan = 124,8017 L/jam Harga solar untuk industri = Rp. 6.800,-/L
(Pertamina, 2012)
Harga total = 90 hari 24 jam/hari = 124,8017 L/jam Rp. 6.800,-/L = Rp. 1.833.087.369-
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 3 bulan (90 hari) adalah = Rp.492.233.174.400,-
Universitas Sumatera Utara
E.2.2 Kas A. Gaji Pegawai Tabel LE.6 Perincian gaji Jabatan Dewan Komisaris Direktur Sekretaris Manajer Teknik & Produksi Manajer R & D Manajer Umum dan Keuangan Kepala Bagian Keuangan & Administrasi Kepala Bagian Umum & Personalia Kepala Bagian Teknik Kepala Bagian Produksi Kepala Bagian R & D Kepala Bagian QC/QA Kepala Seksi Proses Kepala Seksi Utilitas Kepala Seksi Mesin Instrumentasi Kepala Seksi Listrik Kepala Seksi Pemeliharaan Pabrik Kepala Seksi Keuangan Kepala Seksi Pemasaran Kepala Seksi Humas Kepala Seksi Personalia Kepala Seksi Keamanan Karyawan Proses Karyawan Laboratorium QC/QA dan R&D Karyawan Utilitas Karyawan Unit Pembangkit Listrik Karyawan Instrumentasi Pabrik Karyawan Pemeliharaan Pabrik Karyawan Bagian Keuangan Karyawan Bagian Administrasi Karyawan Bagian Personalia Karyawan Bagian Humas Karyawan Penjualan/Pemasaran Petugas Keamanan
1 1 34 11
Gaji/bulan Rp18.000.000 Rp20.000.000 Rp7.000.000 Rp12.000.000 Rp12.000.000 Rp12.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000,000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp2.500.000 Rp2.500.000
Jumlah Gaji/bulan Rp54.000.000 Rp20.000.000 Rp7.000.000 Rp12.000.000 Rp12.000.000 Rp12.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000,000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp7.000.000 Rp85.000.000 Rp27.500.000
11 8 8 12 4 4 5 5 6 11
Rp2.500.000 Rp2.500.000 Rp2.500.000 Rp2.500.000 Rp2.500.000 Rp2.500.000 Rp2.500.000 Rp2.500.000 Rp2.500.000 Rp2.500.000
Rp27.500.000 Rp20,000,000 Rp20.000.000 Rp30.000.000 Rp10.000.000 Rp10.000.000 Rp12.500.000 Rp12.500.000 Rp15.000.000 Rp27.500.000
Jumlah 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Universitas Sumatera Utara
Karyawan Gudang / Logistik Dokter Perawat Petugas Kebersihan Supir Total (Jobloker, 2011) Total gaji pegawai selama 3 bulan
12 2 4 11 6 178
Rp2.500.000 Rp6.000.000 Rp2.000.000 Rp1.100.000 Rp1.500.000
Rp30.000.000 Rp12.000.000 Rp8.000.000 Rp12.100.000 Rp9.000.000 Rp590.600.000
= 3 × Rp. 590.600.000,= Rp 1.771.800.000,-
B. Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 20 dari gaji pegawai = 0,2 Rp. 590.600.000,= Rp. 118,120,000,C. Biaya Pemasaran Diperkirakan 20 dari gaji pegawai = 0,2 Rp. 590.600.000,= Rp. 118,120,000,-
D. Pajak Bumi dan Bangunan Dasar perhitungan Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) mengacu kepada UndangUndang RI No. 20 Tahun 2000 Jo UU No. 21 Tahun 1997 tentang Bea Perolehan Hak atas Tanah dan Bangunan sebagai berikut:
Yang menjadi objek pajak adalah perolehan hak atas tanah dan atas bangunan (Pasal 2 ayat 1 UU No.20/00).
Dasar pengenaan pajak adalah Nilai Perolehan Objek Pajak (Pasal 6 ayat 1 UU No.20/00).
Tarif pajak ditetapkan sebesar 5% (Pasal 5 UU No.21/97).
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak ditetapkan sebesar Rp. 30.000.000,(Pasal 7 ayat 1 UU No.21/97).
Besarnya pajak yang terutang dihitung dengan cara mengalikkan tarif pajak dengan Nilai Perolehan Objek Kena Pajak (Pasal 8 ayat 2 UU No.21/97).
Maka berdasarkan penjelasan di atas, perhitungan PBB ditetapkan sebagai berikut : Wajib Pajak Pabrik Pembuatan gas Hidrogen Nilai Perolehan Objek Pajak Tanah
Rp. 8.194.725.000,-
Universitas Sumatera Utara
Bangunan
Rp. 18,480,000,000,-
Total NJOP
Rp
26.674.725.000,-
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak
Rp.
30.000.000,-
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak
Rp
26.644.725.000,-
Pajak yang Terutang (5% × NPOPKP)
Rp
1.332.236.250,-
–
Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas No. 1 2 3 4
Jenis Biaya Gaji Pegawai Administrasi Umum Pemasaran Pajak Bumi dan Bangunan Total
Jumlah (Rp) Rp. 1.771.800.000,00 Rp. 118,120,000,00 Rp. 118,120,000,00 Rp. 1.332.236.250,00 Rp 3.340.276.250,00
E. Biaya Start – Up Diperkirakan 12 dari Modal Investasi Tetap (Timmerhaus et al, 2004). = 0,12 Rp 254.773.980.339,- = Rp. 30.572.877.640,68,E.2.3 Piutang Dagang PD
IP HPT 12
dimana:
PD
= piutang dagang
IP
= jangka waktu kredit yang diberikan (1 bulan)
HPT
= hasil penjualan tahunan
Penjualan : Harga jual gas Hidrogen = Rp. 19000 /kg
(Spath, P. & Friends, 2005)
Produksi gas Hidrogen = 4.292,929kg/jam Hasil penjualan gas Hidrogen tahunan = 4.292,929kg/jam 24jam/hari 330 hari/thn Rp.19000,= Rp. 645.999.955.920,1 Piutang Dagang = Rp. 645.999.955.920,12 = Rp. 53.833.329.660,-
Universitas Sumatera Utara
Perincian modal kerja dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja No. 1 2 3 4
Biaya Bahan baku proses dan utilitas Kas Start up Piutang Dagang Total
Total Modal Investasi
Jumlah (Rp) Rp. 492.233.174.400,Rp. 3.340.276.250,Rp. 30.572.877.640,Rp. 53.833.329.660,Rp. 579.979.657.950,-
= Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = Rp 277.924.671.454,- + Rp 579.979.657.950,= Rp. 877.803.218.363,-
Modal ini berasal dari: = 60 dari total modal investasi
- Modal sendiri
= 0,6 Rp. 877.803.218.363,= Rp. 526.681.931.018,- Pinjaman dari Bank
= 40 dari total modal investasi
= 0,4 Rp. 918.712.410.863,= Rp. 351.121.287.345,E.3 Biaya Produksi Total E.3.1 Biaya Tetap (Fixed Cost = FC) A. Gaji Tetap Karyawan Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tetap tiap bulan ditambah 2 bulan gaji yang diberikan sebagai tunjangan, sehingga (P) Gaji total
= (12 + 2) Rp. 590.600.000,= Rp. 8.268.400.000,-
B. Bunga Pinjaman Bank Bunga pinjaman bank adalah 15 % dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2012). Bunga bank (Q)
= 0,15 Rp. 351.121.287.345,= Rp. 52.668.193.102,-
Universitas Sumatera Utara
C. Depresiasi dan Amortisasi Pengeluaran untuk memperoleh harta berwujud yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun harus dibebankan sebagai biaya untuk mendapatkan, menagih, dan memelihara penghasilan melalui penyusutan (Rusdji, 2004). Pada perancangan pabrik ini, dipakai metode garis lurus atau straight line method. Dasar penyusutan menggunakan masa manfaat dan tarif penyusutan sesuai dengan Undang-undang Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Pasal 11 ayat 6 dapat dilihat pada tabel E.11.
Tabel LE.9 Aturan depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Kelompok Harta
Masa
Tarif
Berwujud
(tahun)
(%)
4
25
Beberapa Jenis Harta
I. Bukan Bangunan 1.Kelompok 1
Mesin kantor, perlengkapan, alat perangkat/ tools industri.
2. Kelompok 2
8
12,5
Mobil, truk kerja
3. Kelompok 3
16
6,25
Mesin industri kimia, mesin industri mesin
20
5
II. Bangunan Permanen
Bangunan sarana dan penunjang
(Waluyo, 2000 dan Rusdji, 2004)
Depresiasi dihitung dengan metode garis lurus dengan harga akhir nol. D
PL n
dimana: D
= depresiasi per tahun
P
= harga awal peralatan
L
= harga akhir peralatan
n
= umur peralatan (tahun)
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.10 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UURI No. 17 Tahun 2000 Komponen Bangunan Peralatan proses dan utilitas Instrumentrasi dan pengendalian proses Perpipaan Instalasi listrik Insulasi Inventaris kantor Perlengkapan keamanan dan kebakaran Sarana transportasi TOTAL
Biaya (Rp) Rp16.975.000.000 Rp88.525.997.013
Umur (tahun) 25 16
Depresiasi (Rp) Rp679.000.000,00 Rp5.532.874.813
Rp16.558.819.585 Rp19.743.207.967 Rp6.368.776.764 Rp35.028.272.199 Rp3.184.388.382
5 5 5 5 5
Rp3.311.763.917 Rp3.948.641.593 Rp1.273.755.352 Rp7.005.654.439 Rp636.877.676
Rp3.184.388.382 Rp5.158.000.000
5 8
Rp636.877.676 Rp644.750.000 Rp23.670.195. 469
Semua modal investasi tetap langsung (MITL) kecuali tanah mengalami penyusutan yang disebut depresiasi, sedangkan modal investasi tetap tidak langsung (MITTL) juga mengalami penyusutan yang disebut amortisasi. Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan, menagih, dan memelihara penghasilan dapat dihitung dengan amortisasi dengan menerapkan taat azas (UURI Pasal 11 ayat 1 No. Tahun 2000). Para Wajib Pajak menggunakan tarif amortisasi untuk harta tidak berwujud dengan menggunakan masa manfaat kelompok masa 4 (empat) tahun sesuai pendekatan prakiraan harta tak berwujud yang dimaksud (Rusdji, 2004). Untuk masa 4 tahun, maka biaya amortisasi adalah 25 dari MITTL. sehingga : Biaya amortisasi
= 0,25 Rp. 74.093.479.899,-
= Rp. 18.523.369.970,Total biaya depresiasi dan amortisasi (R) = Rp 23.670.195. 469,- + Rp. 18.523.369.970,= Rp. 42.193.565.440,Biaya Tetap Perawatan 1. Perawatan mesin dan alat-alat proses Perawatan mesin dan peralatan dalam industri proses berkisar 2 sampai 20%, diambil 8% dari harga peralatan terpasang pabrik (Timmerhaus et al, 2004). Biaya perawatan mesin
= 0,08 Rp. 85.824.947.550,= Rp. 6.865.995.804,-
Universitas Sumatera Utara
2. Perawatan bangunan Diperkirakan 10 dari harga bangunan (Timmerhaus et al, 2004). = 0,1 Rp 16.975.000.000,-
Perawatan bangunan
= Rp. 1.697.500.000,3. Perawatan kendaraan Diperkirakan 10 dari harga kendaraan (Timmerhaus et al, 2004). = 0,1 Rp. 5.158.000.000,-
Perawatan kenderaan
= Rp. 515.800.0004. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10 dari harga instrumentasi dan alat kontrol (Timmerhaus et al, 2004). = 0,1 Rp. 16.053.587.312,-
Perawatan instrumen
= Rp. 1.605.358.731,2,5. Perawatan perpipaan Diperkirakan 10 dari harga perpipaan (Timmerhaus et al, 2004). = 0,1 Rp. Rp19.140.815.641,-
Perawatan perpipaan
= Rp. 1.914.081.564,1,6. Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10 dari harga instalasi listrik (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan listrik
= 0.1 Rp. 6.174.456.658,3,= Rp. 617.445.665,83,-
7. Perawatan insulasi Diperkirakan 10 dari harga insulasi (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan insulasi
= 0,1 Rp. 33.959.511.621,= Rp 3.395.951.162,1,-
8. Perawatan inventaris kantor Diperkirakan 10 dari harga inventaris kantor (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan inventaris kantor = 0,1 Rp 3.087.228.329,= Rp. 308.722.832,9,9. Perawatan perlengkapan kebakaran Diperkirakan 10 dari harga perlengkapan kebakaran (Timmerhaus et al, 2004). Perawatan perlengkapan kebakaran = 0,1 Rp 3.087.228.329,= Rp. 308.722.832,9,-
Universitas Sumatera Utara
Total biaya perawatan (S)
= Rp. 17.229.578.590,-
D. Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Biaya tambahan industri ini diperkirakan 20 dari modal investasi tetap (Timmerhaus et al, 2004). Plant Overhead Cost (T)
= 0,2 × Rp. 254.773.980.339,= Rp. 50.954.796.070,-
E. Biaya Administrasi Umum Biaya administrasi umum selama 3 bulan adalah Rp. 118,120,000,Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U) = 4 Rp. 118,120,000,= Rp. 472.480.000,F. Biaya Pemasaran dan Distribusi Biaya pemasaran selama 3 bulan adalah Rp. 118,120,000,Biaya pemasaran selama 1 tahun
= 4 Rp. 118,120,000,= Rp. 472.480.000,-
Biaya distribusi diperkirakan 50 % dari biaya pemasaran, sehingga : Biaya distribusi
= 0,5 Rp. 472.480.000,= Rp 236.240.000,-
Biaya pemasaran dan distribusi (V) = Rp 708.720.000,G. Biaya Laboratorium, Penelitan dan Pengembangan Diperkirakan 5 dari biaya tambahan industri (Timmerhaus et al, 2004). Biaya laboratorium (W)
= 0,05 Rp. 50.954.796.070,= Rp 2.547.739.804,-
H. Hak Paten dan Royalti Diperkirakan 1% dari modal investasi tetap (Timmerhaus et al, 2004). Biaya hak paten dan royalti (X) = 0,01 Rp. 254.773.980.339,= Rp 2.547.739.803,-
Universitas Sumatera Utara
I. Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap langsung (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia-AAJI, 2007). = 0,0031 Rp. 180.680.500.439,= Rp. 560.109.551,2. Biaya asuransi karyawan Premi asuransi
= Rp. 375.000,-/tenaga kerja (Asuransi Jiwa Bersama
Bumiputera, 2008) Maka biaya asuransi karyawan = 178 orang Rp. 375.000,-/orang = Rp. 66.750.000,Total biaya asuransi (Y)
= Rp. 626.859.551,-
J. Pajak Bumi dan Bangunan Pajak Bumi dan Bangunan (Z) adalah Rp. 1.332.236.250,Total Biaya Tetap = P + Q + R + S + T + U +V + W + X + Y + Z = Rp. 182.004.860.200,-
Universitas Sumatera Utara
E.3.2 Biaya Variabel A. Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 90 hari adalah = Rp. 533.142.366.900,-
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun = Rp. 492.233.174.400,- x 330
90
= Rp. 1.804.854.972.800,B. Biaya Variabel Tambahan 1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 10 dari biaya variabel bahan baku Biaya perawatan lingkungan
= 0,1 Rp. 1.804.854.972.800,-
=
Rp. 180.485.497.280,2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 1 dari biaya variabel bahan baku = 0,01 Rp. 1.804.854.972.800,-
Biaya variabel pemasaran
= Rp 18.048.549.728,Total biaya variabel tambahan
= Rp. 198.534.047.008,-
C. Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 5 dari biaya variabel tambahan = 0,05 Rp. 198.534.047.008,= Rp. 9.926.702.350,Total biaya variabel Total biaya produksi
= Rp. 208.460.749.358,= Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp. 182.004.860.200,- + Rp. 208.460.749.358,= Rp. 383.638.522.205,-
Universitas Sumatera Utara
E.4 Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan E.4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto) Laba atas penjualan = total penjualan – total biaya produksi = Rp. 645.999.955.920,- – Rp. 383.638.522.205,= Rp. 262.361.433.715,Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5% dari keuntungan perusahaan = 0,005 × Rp. 262.361.433.715,= Rp. 1.311.807.169,Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UU RI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = Rp. 262.361.433.715,- – Rp. 1.311.807.169,= Rp. 261.049.626.546,E.4.2 Pajak Penghasilan Berdasarkan UURI Nomor 36 Tahun 2008, Tentang Perubahan Keempat atas Undang-undang Nomor 7 Tahun 1983 Tentang Pajak Penghasilan, maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah : 25 % x Rp. 261.049.626.546,-
= Rp. 65.262.406.640,-
Total PPh
= Rp. 65.262.406.640,-
E.4.3 Laba setelah pajak Laba setelah pajak
= laba sebelum pajak – PPh = Rp. 261.049.626.546,- – Rp. 65.262.406.640,= Rp. 195.787.219.906,-
Universitas Sumatera Utara
E.5 Analisa Aspek Ekonomi A. Profit Margin (PM) PM =
Laba sebelum pajak 100 total penjualan
PM =
Rp. 261.049.626.546,x 100% Rp. 645.999.955.920,-
= 40,41 % B. Break Even Point (BEP) BEP
=
Biaya Tetap 100 Total Penjualan Biaya Variabel
BEP
=
Rp.182.004.860.200,x 100% Rp. 645.999.955.920,- Rp.208.460.749.358,-
BEP
= 41,59 %
Kapasitas produksi pada titik BEP
= 41,59 % 34.000 ton/tahun = 14.140,60 ton/tahun
Nilai penjualan pada titik BEP
= 41,59 % Rp 645.999.955.920,= Rp. 268.671.381.700,-
C. Return on Investment (ROI) ROI
=
ROI = ROI
Laba setelah pajak 100 Total modal investasi
Rp.195.787.219.906,x 100% Rp 877.803.218.363,-
= 22,22 %
D. Pay Out Time (POT) 1 1 tahun ROI
POT
=
POT
= 4,504 tahun
Universitas Sumatera Utara
E. Return on Network (RON) RON =
Laba setelah pajak 100 Modal sendiri
RON =
Rp.195.787.219.906,x 100 % Rp. 526.681.931.018,-
RON = 37,17 %
F. Internal Rate of Return (IRR) Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “Cash Flow”. Untuk memperoleh cash flow diambil ketentuan sebagai berikut: - Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 tiap tahun - Masa pembangunan disebut tahun ke nol - Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun - Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10 - Cash flow adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan. Dari Tabel LE.12, diperoleh nilai IRR = 29,799 %
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.11 Data Perhitungan BEP % Kapasitas
Biaya tetap
Biaya variabel
Total biaya produksi
Penjualan
0
182,004,860,200
0
182,004,860,200
0
10
182,004,860,200
20,846,074,936
202,850,935,136
64,599,995,592
20
182,004,860,200
41,692,149,872
223,697,010,072
129,199,991,184
30
182,004,860,200
62,538,224,808
244,543,085,008
193,799,986,776
40
182,004,860,200
83,384,299,743
265,389,159,943
258,399,982,368
50
182,004,860,200
104,230,374,679
286,235,234,879
322,999,977,960
60
182,004,860,200
125,076,449,615
307,081,309,815
387,599,973,552
70
182,004,860,200
145,922,524,551
327,927,384,751
452,199,969,144
80
182,004,860,200
166,768,599,487
348,773,459,687
516,799,964,736
90
182,004,860,200
187,614,674,423
369,619,534,623
581,399,960,328
100
182,004,860,200
208,460,749,358
390,465,609,558
645,999,955,920
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE.12 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) Thn
Laba sebelum pajak
Pajak
Laba sesudah pajak
Depresiasi
0
-
-
-
-
Net cash flow
P/F pada I = 29.79 % 1.00000
(877,803,218,364) 1
PV pad I = 29.79
(877,803,21 0.77048
261,049,626,546
78,297,387,964
182,752,238,582
42,193,565,440
224,945,804,022
2
173,315,20 0.59363
287,154,589,201
86,128,876,760
201,025,712,441
42,193,565,440
243,219,277,881
3
144,382,82 0.45738
315,870,048,121
94,743,514,436
221,126,533,685
42,193,565,440
263,320,099,125
4
120,437,10 0.35240
347,457,052,933
104,219,615,880
243,237,437,053
42,193,565,440
285,431,002,493
5
100,585,69 0.27152
382,202,758,227
114,643,327,468
267,559,430,759
42,193,565,440
309,752,996,199
6
84,102,586 0.20920
420,423,034,049
126,109,410,215
294,313,623,834
42,193,565,440
336,507,189,274
7
70,395,833 0.16118
462,465,337,454
138,722,101,236
323,743,236,218
42,193,565,440
365,936,801,658
8
58,981,723 0.12419
508,711,871,200
152,596,061,360
356,115,809,840
42,193,565,440
398,309,375,280
9
49,464,163 0.09568
559,583,058,320
167,857,417,496
391,725,640,824
42,193,565,440
433,919,206,264
10
41,518,129 0.07372
615,541,364,152
184,644,909,245
430,896,454,906
42,193,565,440
473,090,020,346
34,876,384
256,430,84
IRR = 29.79 % +
Rp 256,430,848 Rp 256,430,848 Rp 20,839,226
× (29.80 % - 29.79 %)) = 29,799 %
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
View more...
Comments
