LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Transkripsi

1 LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA KapasitasProduk Basis Perhitungan SatuanOperasi Waktukerja per tahun : kg/jam : ton/tahun : 1 jamoperasi : 330 hari Kapasitasproduksi per jam : ( ) Kemurnianproduk : 99,85 % :166,663kg/ jam Denganmelakukanperhitunganalur mundurmakakapasitasproduksi dimetil eteradalah 166,663kg/jam, namadagang, rumuskimia serta kadarbahanbakudapatdilihatpadatabel LA.1 berikut: Nama Dagang Rumus Kimia Kadar BM Metanol Air Total CH 3 OH H O 99,5 % 0,5% 100 % 3 18 LA.1. Reaktor (R-101) Fungsi :Sebagaitempat terjadinya reaksi dehidrasi Metanol sehingga menghasilkan Dimetil Eter yang akan dimurnikan pada proses berikutnya. Blok diagram : CH 3 OH (3) 99,5% H O (3) 0,5 % (F 3 ) (F 4 ) Reaktor CH 3 OH (4) H O (4) CH 3 OCH 3 (4) F 4 = 166,663kg/ jam

2 Dari reaksi : CH 3 OH (l) > CH 3 OCH 3(g) + H O (g) Dimana Kondisi Operasi : Temperatur : 50 0 C Tekanan : 1 atm Konversi : 90% Neraca Massa total adalah : N in s = N out s + σ s r s = 1,.,.,.,.,.,s (reklaitis, 194) Maka : F 3 (CH3OH(3)) = F 4 (CH3OCH3) Dengan menggunakan basis perhitungan berdasarkan produksi dimetil eter 166,663kg/ jam maka diperoleh : CH 3 OH (3) masuk = 99,5% x 166,663kg/ jam =1563,13131 kg/jam = 39, kmol H O (3) masuk = 0,5% x 166,663kg/ jam = 63, kg/jam CH 3 OH (3) bereaksi = 90 % x 39, Kmol = 353, kmol CH 3 OCH 3bereaksi = ½ x 39, Kmol = 176, kmol = 816, kg/jam CH 3 OH Sisa = 39, , =39, kmol = 156, kg/jam H O bereaksi = ½ x 353, kmol = 176, kmol = 3180,04614 kg/mol H O (4) Keluar = 63, ,04614 = 343,17397 kg/jam Berdasarkan perhitungan diatas maka hasil perhitungan keseluruhan dapat dilihat dalam tabel berikut : Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (Kg/jam) Alur 3 Alur 4 CH 3 OH H O CH 3 OCH , , , , , Total 166, ,663

3 LA.. Menara Destilasi (MD 101) Fungsi : Memisahkan campuran metanol danair sebagai produk bawah dengan dimetil etersebagai produk atas. (F 5 ) CH 3 OH (4) H O (4) CH 3 OCH 3 (4) (F 4 ) MD CH 3 OCH 3 (5) Menentukan harga X f (F 8 ) CH 3 OH (8) H O (8) X f(ch3oh) = = = 0,0991 X f(ho) = 0,4549 X f(ch3och3) = 0,4460 Tabel kondisi umpan masuk MD 101 KOMPONEN Laju Alir (kg/jam) Laju Alir (kmol/jam) fraksi mol (X i ) CH 3 OH H O CH 3 OCH 3 156, , , , , ,6690 0,0991 0,4549 0,4460 TOTAL 166,66 396,1051 1,0000 Persamaan Antoine : ln Pi = A - T B C, dimana P = Bar, T = o K Dimana : A, B dan C adalah Constanta Antoine Kondisi umpan masuk MD 101 : P = 1 atm = 1,0133 bar T = 50 0 C = 33 0 K

4 Nilai bilangan Antoine KOMPONEN A B C CH 3 OH H O CH 3 OCH 3 5,0409 3, , , , ,669-33,5-198,043-30,604 (Reklaitis, 1983) Dengan menggunakan persamaan antoine maka diperoleh : Menghitung Tekanan pada DME : ln Pi CH3OCH3 B = A - T C 894,669 = 4, ( 30,604) = 0,774 bar Menghitung tekanan pada Metanol : ln Pi CH3OH = A - B T C 1581,341 = 5, (- 33.5) = 0,035 bar Menghitung tekanan pada Air : B ln Pi HO = A - T C 643,748 = ( ) =,8719bar Menentukan harga Ki K CH3OCH3 K CH3OH = 0,008 K HO =,8343 = Pi/P = 0,774 bar / 1,0133 bar = 0,763

5 Menentukanharga Y i Yi CH3OCH3 = Ki x Xi = 0,763 / 0,0991 = 0,0756 Yi CH3OH = 0,0913 Yi HO = 1,64 Hasil perhitungan dapat dilihat dalam tabel berikut : KOMPONEN Fraksi Mol (X i ) Tekanan (P i ) Kesetimbangan (K i = P i /P) Fraksi Mol (Y i = K i. X i ) CH 3 OCH 3 CH 3 OH H O 0,0991 0,4549 0,4460 0,774 0,035,8719 0,763 0,008,8343 0,0756 0,0913 1,64 TOTAL 1,0000 1,4311 Berdasarkan Metode Hengtebeck s F (out) top produk = F (in) x kemurnian produk F (out)bottom produk = F (in) x (100% - kemurnian produk) Menentukan laju alir top produk : F 5(CH3OCH3)Top = 176,6690 kmol/jam x 99,85% = 176,4040 kmol/jam = 8114,5854 kg/jam F 5(CH3OH)Top = 39,009 kmol/jam = 154,487 kg/jam F 5(HO)Top = 0,703 kmol/jam = 4,8648 kg/jam (Fogler, S. 199) Menentukan laju alir bottom produk : F 8(CH3OCH3)Bottom = 176,6690 kmol/jam x (100% - 99,85%) = 0,650 kmol/jam = 1,190 kg/jam F 8(CH3OH)Bottom = 0,0589 kmol/jam = 1,8845 kg/jam F 8(HO)Bottom = 179,9061 kmol/jam = 338,309 kg/jam Kondisi operasi di menara desatilasi (MD 101): Tekanan : 1 atm = 1,0133 bar

6 Temperatur : 50 0 C = 33 0 K Menentukanharga Y i Yi (CH3OCH3) Yi (CH3OH) = 0,1816 Yi (HO) = 0,0013 = Total Mol laju alir / Mol dimetil eter = 15,875kmol / 176,4040kmol = 0,817 MenentukanhargaPi Pi (CH3OCH3) = exp(a - B / (T + C) = exp(4, ,669 / ( ,604) =,8719 Pi (CH3OH) = 0,774 Pi (HO) = 0,035 Menentukan harga Ki K (CH3OCH3) K (CH3OH) = 0,763 K (HO) = 0,008 = Pi/P =,8719bar / 1,0133 bar =,8343 Menentukan harga Xi Xi (CH3OCH3) Xi (CH3OH) = 0,38 Xi (HO) = 0,006 = Yi/Ki = 0,817Kmol /,8343 = 0,883

7 Tabel hasil perhitungan neraca massa MD 101 top produk KOMPONEN Laju alir kmol/jam Fraksi Mol (Y i ) Tekanan (P i ) Kesetimbangan (K = Pi/P) Fraksi mol (Xi = Yi/Ki) Laju alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 CH 3 OH H O 176, ,009 0,703 0,817 0,1816 0,0013,8719 0,774 0,035,8343 0,763 0,008 0,883 0,38 0, , ,487 4,8648 TOTAL 15,875 1,0000 0, ,8788 Tabel hasil perhitungan Neraca Massa MD 101 bottom produk KOMPONEN Laju Alir kmol/jam Fraksi Mol (Xi) Tekanan (Pi) Kesetimbangan (K = Pi/P) Fraksi Mol (Yi = Xi.Ki) Laju Alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 CH 3 OH H O 0,650 0, ,9061 0,0015 0,0003 0,998,8719 0,774 0,035,8343 0,763 0,008 0,004 0,000 0,005 1,190 1, ,309 TOTAL 180,300 1,0000 0,049 35,3838 Tabel neraca massa total untuk MD 101 OUTPUT (kg/jam) KOMPONEN INPUT (Alur 5)(kg/jam) TOP (Alur 6) BOTTOM (Alur 9) CH 3 OCH 3 156, ,5854 1,190 CH 3 OH 343, ,487 1,8845 H O 816,7756 4, ,309 TOTAL 166, , , ,66

8 LA.3. CONDENSOR (CD-101) Fungsi : Memisahkanproduk atas dimetil eter pada MD-101 Gambar : CH 3 OH (5) H O (5) CH 3 OCH 3 (5) (F 5 ) (F 7 ) CD CH 3 OCH 3 (7) CH 3 OH (6) H O (6) (F 6 ) Kondisi Uap kondensor : P = 1 atm = 1,0133 bar T = 50 o C = 33 o K Neraca bahan total, dimana : V = L + D R = L o / D (Geankoplis, 1997) V = ( R + 1 ) x D ; D= 15,875 kmol R = 0,43 V = L + D = (R + 1).x D = (0,43 + 1) x 15,875 kmol = 308,7015 kmol L = R x D = 0,43 x 15,875 kmol = 9,863 kmol Menentukan laju alir uap masuk kondensor Laju Alir (CH3OCH3) = Fraksi Mol (CH3OCH3) x V = 0,817 x 308,7015 = 5,578 kmol/jam = 11603,8571 kg/jam

9 Tabel hasil perhitungan uap masuk kondensor 101 KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 CH 3 OH H O 0,817 0,1816 0,0013 5,578 56,0573 0, , ,8330 6,9566 TOTAL 1, , ,6467 Menentukan laju alir refluks kondensor Laju Alir (CH3OCH3) = Fraksi Mol (CH3OCH3) x L = 0,817 x 9,863 = 75,8537 kmol/jam = 3489,717 kg/jam Tabel hasil perhitungan aliran refluks kondensor 101 KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,817 75, ,717 CH 3 OH 0, , ,4043 H O 0,0013 0,116,0918 TOTAL 1,0000 9, ,7679 Menentukan laju alir uap keluar kondensor Laju Alir (CH3OCH3) = Fraksi Mol (CH3OCH3) x D = 0,817 x 15,875 = 176,4040 kmol/jam = 8114,5854 kg/jam

10 Tabel hasil peritungan uap keluar (destilat) kondensor KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 0, , ,5854 CH 3 OH 0, , ,487 H O 0,0013 0,703 4,8648 TOTAL 1, , ,8788 Tabel neraca massa total kondensor KOMPONEN INPUT (kg/jam) OUTPUT (kg/jam) Alur 6 REFLUKS Alur 7 UAP Alur 8 CH 3 OCH , , ,5854 CH 3 OH 1793, , ,487 H O 6,9566,0918 4,8648 TOTAL 13404, , , LA.4.REBOILER (RB-101) Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom MD-101 Gambar : CH 3 OH (9) H O (9) CH 3 OCH 3 (9) V* (F 19 9 ) CH 3 OH (8) H O (8) CH 3 OCH 3 (8) L* (F 18 8 ) (F 10 ) 0 B* CH 3 OH (10) H O (10) Kondisi Uap kondensor : P = 1 atm = 1,0133 bar T = 50 o C = 33 o K Feed masukpadakondisi bubble point atau saturated liquid feed, maka q = 1 Sehingga :

11 L* = F + L V* = V + ( q 1 ) x F (Geankoplis, 1997) Neraca Total : B* = L* - V Dimana : L* = Komponen trap out V* = Komponen vapor RB-101 F = Komponen feed MD-101 L = Komponen Refluks V = Feed CD-101 Dari perhitungan : F = 396,1051 kmol L = 9,863 kmol V = 308,7015 kmol Bahan pada feed RB- 101 (trap out), L* L* = Feed KD-01 + Refluks L = 488,9315 kmol Bahan pada Vapor RB- 101, V* V* = V + ( q 1 ) x F = 308,7015 Kmol Bahan pada Bottom RB- 101, B* B* = L* - V* = 180,3 kmol Menghitung laju alir umpan masuk reboiler 101 (L*) Laju Alir (CH3OCH3) = fraksi mol (CH3OCH3) x L* = 0,0015 x 488,9315 = 0,7189 kmol/jam = 33,0697 kg/jam Tabel perhitungan umpan reboiler -101, L*

12 KOMPONEN Fraksi mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,0015 0, ,0697 CH 3 OH 0,0003 0,1598 5,11 H O 0, , ,9507 TOTAL 1, , ,136 Menghitung laju alir refluks reboiler 101 (V*) Laju Alir (CH3OCH3) = fraksi mol (CH3OCH3) x V* = 0,0015 x 308,7015 = 0,4539 kmol/jam = 0,8796 kg/jam Tabel perhitunganrefluks Reboiler -101, V* KOMPONEN Fraksi mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,0015 0,4539 0,8796 CH 3 OH 0,0003 0,1009 3,78 H O 0, , ,6415 TOTAL 1, , ,7488 Menghitung laju alir bottom produk reboiler 101 (B*) Laju Alir (CH3OCH3) = fraksi mol (CH3OCH3) x B* = 0,0015 x 180,3 = 0,650 kmol/jam = 1,190 kg/jam Tabel perhitungan bottom produk reboiler 101, B* KOMPONEN Fraksi mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,0015 0,650 1,190 CH 3 OH 0,0003 0,0589 1,8845 H O 0, , ,309

13 TOTAL 1, ,300 35,3838 Tabel neraca massa total reboiler 101 KOMPONEN INPUT (kg/jam) Alur 9 OUTPUT (kg/jam) REFLUKS (Alur 10) BOTTOM(Alur CH 3 OCH 3 33,0697 0,8796 1,190 CH 3 OH 5,11 3,78 1,8845 H O 8784, , ,309 TOTAL 883, , , ) 883,136 LA.5. Menara Destilasi (MD 10) Fungsi : Memisahkan campuran metanol sebagai produk atas dengan air sebagai produk bawah. CH 3 OH (10) H O (10) (F 10 ) MD - 10 (F 11 ) CH 3 OH (11) (F 14 ) H O (14) Kondisi umpan masuk MD - 10 Fraksi mol (Xi) Laju Alir Laju Alir KOMPONEN (kmol/jam) (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,0015 0,650 1,190 CH 3 OH 0,0003 0,0589 1,8845 H O 0, , ,309 TOTAL 1, ,300 35,3838 Persamaan Antoine : ln Pi = A - T Dimana : A, B dan C adalah Constanta Antoine Kondisi umpan masuk MD 10 : B C, dimana P = Bar, T = o K

14 P = 1 atm = 1,0133 bar T = 70 0 C = K Nilai Bilangan Antoine KOMPONEN A B C CH 3 OH 5, ,341-33,5 H O 3, , ,043 DME 4, ,669-30,604 Dengan menggunakan persamaan antoine maka diperoleh : Menghitung Tekanan pada dimetil eter : (Reklaitis, 1983) ln Pi (CH3OCH3) = A - B T C = ( 30,604) = 3,4933bar Menghitung tekanan pada Metanol : ln Pi (CH3OH) = A - B T C = 5, (- 33.5) = 1,0994 bar Menghitung tekanan pada Air : ln Pi (HO) = A - B T C 643,748 = 3, ( ) = 0.414bar

15 Dengan menggunakan trial error untuk memperoleh data top produk : Kondisi Operasi Menara desatilasi (MD 10): Tekanan : 1 atm = 1,0133 bar Temperatur : 70 0 C = K Berdasarkan Metode Hengtebeck s F (out) top produk = F (in) x kemurnian produk F (out)bottom produk = F (in) x (100% - kemurnian produk) (Fogler, S. 199) Menentukan laju alir top produk : F 11(CH3OCH3)Top = 0,650 kmol/jam x 99,5% = 0,637 kmol/jam = 1,19 kg/jam F 11(CH3OH)Top = 0,0586 kmol/jam = 1,8750 kg/jam F 11(HO)Top = 0,8995 kmol/jam = 16,1915 kg/jam Menentukan laju alir bottom produk : F 14(CH3OCH3)Bottom = 0,650 kmol/jam x (100% - 99,5%) = 0,0013 kmol/jam = 0,0610 kg/jam F 14(CH3OH)Bottom = 0,0003 kmol/jam = 0,0094 kg/jam F 14(HO)Bottom = 179,0065 kmol/jam = 3,1176 kg/jam MenentukanhargaYi Yi (CH3OCH3) Yi (CH3OH) Yi (HO) = Total laju alir / laju alir DME = 15,875kmol / 176,4040kmol = 0,158Kmol = 0,0480Kmol = 0,736Kmol Menentukanharga Pi Pi (CH3OCH3) = exp(a - B / (T + C) = exp(4, ,669 / (343 + (-30,604))

16 = 3,4933 Pi (CH3OH) = 1,0994 Pi (HO) = 0,414 Menentukan harga Ki K (CH3OCH3) = Pi/P = 3,4933bar / 1,0133 bar = 3,4477 K (CH3OH) = 1,0850 K (HO) = 0,4088 Menentukan harga Xi Xi (CH3OCH3) = Yi/Ki = 0,158Kmol / = 0,066 Xi (CH3OH) = 0,044 Xi (HO) = 1,8010 Tabel neraca massa MD 10 top produk Laju alir Fraksi Tekanan Kesetimbangan Fraksi mol Laju alir KOMPONEN (kmol/jam) Mol (Y i ) (P i ) (K = Pi/P) (Xi = Yi/Ki) (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,637 0,158 3,4933 3,4477 0,066 1,19 CH 3 OH 0,0586 0,0480 1,0994 1,0850 0,044 1,8750 H O 0,8995 0,736 0,414 0,4088 1, ,1915 TOTAL 1,18 1,0000 1, ,1958 Tabel neraca massa MD 10 bottom produk Laju alir Fraksi Tekanan Kesetimbangan Fraksi mol Laju alir KOMPONEN (kmol/jam) Mol (Y i ) (P i ) (K = Pi/P) (Xi = Yi/Ki) (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,0013 0,0000 3,4933 3,4477 0,0000 0,0610 CH 3 OH 0,0003 0,0000 1,0994 1,0850 0,0000 0,0094

17 H O 179,0065 1,0000 0,414 0,4088 0,4088 3,1176 TOTAL 179,008 1,0000 0,4088 3,1880 Tabel neraca massa total MD - 10 KOMPONEN INPUT (kg/jam) (Alur 1) OUTPUT (kg/jam) TOP BOTTOM (Alur 13) (Alur 16) CH 3 OCH 3 1,190 1,19 0,0610 CH 3 OH 1,8845 1,8750 0,0094 H O 338,309 16,1915 3,1176 TOTAL , , ,3838 LA.6. CONDENSOR (CD-10) Fungsi : Mengembunkan produk top MD-10 Gambar : CH 3 OH (11) H O (11) (F 11 ) (F 13 ) CD CH 3 OH (13) H O (1) (F 1 ) Kondisi Uap kondenser : P = 1 atm = 1,0133 bar T = 70 o C = 343 o K Neraca bahan total, dimana : V = L + D R = L o / D (Geankoplis, 1997) V = ( R + 1 ) x D ; D= 1,18 kmol R = 15,5 V = L + D = (R + 1).x D = (15,5 + 1) x 1,18 kmol = 0,1598 kmol

18 L = R x D = 15,5 x 1,18 kmol = 18,9380 kmol Laju Alir = Fraksi Mol x V = 0,158 x 0,1598 = 4,3507 kmol/jam = 00,130 kg/jam Menentukan laju alir uap masuk kondensor - 10 Laju Alir (CH3OCH3) = Fraksi Mol (CH3OCH3) x V = 0,158 x 0,1598 = 4,3507 kmol/jam = 00,130 kg/jam Tabel hasil perhitunganlaju alir uap masuk Kondensor 10 KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,158 4, ,130 CH 3 OH 0,0480 0, ,9383 H O 0,736 14,843 67,1605 TOTAL 1,0000 0, ,308 Menentukan laju alir uap masuk kondensor - 10 Laju Alir (CH3OCH3) = Fraksi Mol (CH3OCH3) x L = 0,158 x 18,9380 = 4,0870 kmol/jam = 188,008 kg/jam Tabel hasil perhitungan laju alirrefluks Kondensor - 10 KOMPONEN Fraksi Mol Laju Alir Laju Alir

19 (Xi) (kmol/jam) (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,158 4, ,008 CH 3 OH 0,0480 0,908 9,063 H O 0,736 13,947 50,9690 TOTAL 1, , ,0350 Menentukan laju alir uap masuk kondensor - 10 Laju Alir (CH3OCH3) = Fraksi Mol (CH3OCH3) x D = 0,158 x 1,18 = 0,637 kmol/jam = 1,19 kg/jam Tabel hasil perhitungan laju alir Uap Keluar (destilat) kondensor - 10 KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,158 0,637 1,19 CH 3 OH 0,0480 0,0586 1,8750 H O 0,736 0, ,1915 TOTAL 1,0000 1,18 30,1958 Tabel neraca massa total kondensor - 10 OUTPUT (kg/jam) KOMPONEN INPUT (kg/jam) REFLUKS UAP (Alur 13) (Alur 14) (Alur 15) CH 3 OCH 3 00, ,008 1,19 CH 3 OH 30,9383 9,063 1,8750 H O 67, , ,1915 TOTAL 498, , , ,308 LA.7. REBOILER (RB-10) Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom MD-10 Gambar : CH 3 OH (15) H O (15) V* (F 15 ) 18 0 CH 3 OH (14) (F 14 ) (F 16 ) L* H O (14) H O (16) 19 B*

20 Kondisi Uap kondenser : P = 1 atm = 1,0133 bar T = 70 o C = 43 o K Feed masukpadakondisi bubble point atau saturated liquid feed, maka q = 1 Sehingga : L* = F + L V* = V + ( q 1 ) x F (Geankoplis, 1997) Neraca Total : B* = L* - V Dimana : L* = Komponen trap out V* = Komponen vapor RB-101 F = Komponen feed MD-101 L = Komponen Refluks V = Feed CD-101 Dari perhitungan : F = 180,3 kmol L = 54,1170 kmol V = 31,301 kmol Bahan pada feed RB- 101 (trap out), L* L* = Feed KD-01 + Refluks L = 180,3 Kmol + 18,9380 Kmol = 199,1679 kmol Bahan pada Vapor RB- 101, V* V* = V + ( q 1 ) x F = 0,1598 Kmol

21 Bahan pada Bottom RB- 101, B* B* = L* - V* = 199,1679-0,1598 = 179,008 kmol Menghitung laju alir umpan masuk reboiler 101 (L*) Laju Alir (CH3OCH3) = fraksi mol (CH3OCH3) x L* = 0, x 199,1679 = 0,0015 kmol/jam = 0,0678 kg/jam Tabel hasil perhitungan laju alirumpan reboiler -10, L* KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,0000 0,0015 0,0678 CH 3 OH 0,0000 0,0003 0,0105 H O 1, , ,990 TOTAL 1, , ,0684 Menghitung laju alir umpan masuk reboiler 101 (V*) Laju Alir (CH3OCH3) = fraksi mol (CH3OCH3) x V* = 0, x 0,1598 = 0,0001 kmol/jam = 0,0069 kg/jam Tabel hasil perhitungan laju alirrefluks reboiler -10, V* KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,0000 0,0001 0,0069 CH 3 OH 0,0000 0,0000 0,0011 H O 1,0000 0, ,875 TOTAL 1,0000 0, ,8805

22 Menghitung laju alir umpan masuk reboiler 101 (B*) Laju Alir (CH3OCH3) = fraksi mol (CH3OCH3) x B* = 0, x 179,008 = 0,0013 kmol/jam = 0,0610 kg/jam Tabel hasil perhitunganlaju alirbottom produk reboiler 10, B* KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH 3 OCH 3 0,0000 0,0013 0,0610 CH 3 OH 0,0000 0,0003 0,0094 H O 1, ,0065 3,1176 TOTAL 1, ,008 3,1880 Tabel neraca massa total reboiler 10 KOMPONEN INPUT (kg/jam) (Alur 16) OUTPUT (kg/jam) REFLUKS (Alur 17) CH 3 OCH 3 0,0678 0,0069 0,0610 BOTTOM (Alur 18) CH 3 OH 0,0105 0,0011 0,0094 H O 3584, ,1176 TOTAL 3585, ,8805 3, ,0684

23 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS Kapasitas : ton/tahun Operasi Pabrik : 330 hari/tahun Basis Perhitungan : 1 Jam operasi Temperatur Referensi : 5 o C = 98 0 K Satuan Panas : Kilo Joule (kj) Bahan baku : Metanol (CH 3 OH) Hasil produksi : Dimetil eter (CH 3 OCH 3 ) Panas yang dihitung pada neraca panas ini. meliputi : Panas yang dihitung apabila terjadi perubahan temperatur. Q = n.c p.δt dengan : ΔT = T - T o Q : Panas yang dihasilkan/dikeluarkan. kj. C p : Kapasitas panas. kj/kmol.k. n : Mol senyawa. kmol. T o : Temperatur referensi. 5 o C. T : Temperatur senyawa. o C. Keterangan : C. T p T T o C p dt T A BT. T o A B C 3 D T T T T T T T T 4 o CT 3 4 DT dt o Panas laten. yang dihitung apabila terdapat perubahan fase. 3 o 4 o dengan : ΔH v Q = n.δh v Q : Panas laten senyawa. kj. n : Mol senyawa. kmol. : Panas penguapan. kj/kmol.

24 Panas reaksi. untuk menghitung panas yang dihasilkan dari reaksi kimia di reaktor. ΔH R98 0 K = ΔH f produk ΔH f reaktan dengan : ΔH f = Panas pembentukan suatu senyawa pada 5 o C. kj/kmol.untuk kondisi temperatur reaksi bukan pada 5 o C. panas reaksi dihitung dengan menggunakan rumus : ΔH R = ΔH R98.15K + ncpdt n produk reak tan CpdT LB.1. Reaktor (R-101) Fungsi : Sebagaitempat terjadinya reaksi dehidrasimetanolsehinggamenghasilkandimetileter yang akandimurnikanpada proses berikutnya. CH 3 OH (F3) H O (F3) Reaktor CH 3 OH (F4) H O (F4) CH 3 OCH 3 (F4) Kondisi operasi : 50 0 C = 53 0 K Tekanan : 1 atm = Bar Dari reaksi : CH 3 OH (l) > CH 3 OCH 3(g) + H O (g) Menentukan entalpy pembentukan produk dalam reaktor 101 ΔH (CH3OH) = laju alir x Hf (CH3OH) = 39, x (-01,1667) = -7897,7647 kj/jam

25 Tabel panas pembentukan produk reaktor Komponen Laju Alir (kmol) Hv (Kj/Kmol) H produk (Kj/jam) CH 3 OH 39, , ,7647 CH 3 OCH 3 176, , ,67067 H O 180, , ,0103 Total 396, ,63395 Menentukan entalpy pembentukan reaktan dalam reaktor 101 ΔH (CH3OH) = laju alir x Hv (CH3OH) = 39, x (-01,1667) = ,647 kj/jam Q (CH3OH)(masuk) = n (CH3OH) x Cpdt = 39, x 9,00551 = 11393,40611 kj/jam Panas pembentukan Reaktan Laju Alir Hv H produk Panas masuk Komponen (kmol) (Kj/Kmol) (Kj/jam) reaktor (Q (masuk) ) CH 3 OH 39, , , ,40611 H O 3, ,87-837, , total 396, , ,09093 o H r product vi H o f i i reak tan v H o f i (Eq.9.3-1,Felder&Rousseau nd edition) o H r , (-79815,445) = Kj/jam

26 ΔH = o H r + ( i produk n H n H i ) (Eq.9.5,Felder&Rousseau nd aedition) i i reak tan = Kj + ( , ( ,445) ) = -758, Kj Menentukan panas produk dan sisa dari reaktor 101 ΔH (CH3OH) = laju alir x Cpdt (CH3OH) = 39, x 9,006 = 11393,40611 kj/jam Panas Produk dan Sisa keluar dari reaktor Laju Alir Komponen (kmol) Cpdt Q (sisa) CH 3 OH 39, , ,40611 CH 3 OCH 3 176, , , H O 180, , , Total 749, ,0794 Reaksi yang berlangsung merupakan reaksi eksoterm, sehingga memerlukan sistem air pendingin untuk menjaga temperatur yang konstan. Air pendingin yang digunakan, T in = 30 o C = 303 o K. Cp = 4,184 kj/kg o K. T out = 70 o C = 343 o K. Jumlah air yang dibutuhkan (m) Q m = w Cp. T m = 13,85515 Kg Panas air pendingin masuk Reaktor Q w in Q w in = m x Cp x ΔT = 13,85515 kg x 4,184 kj/kg.k x (303 98)K = 89, Kj

27 Panas air pendingin keluar Reaktor, Q w out Q w out = m x Cp x ΔT = 13,85515 kg x 4,184 kj/kg.k x (333 98)K = 608,64707 Kj Neraca panas total reaktor (R-101) Masuk Alur 3 (Kj/Jam) Keluar Alur 4 (Kj/jam) Q (masuk) Q (sisa) Q (reaksi) Q (w)(keluar) Q (w)(masuk) Total LB.. Cooler 1 (C-101) Fungsi : Untuk Menurunkan temperatur produk dimetil eter dari dalam reaktor Digunakan media pendingin Amonia T masuk = 53 0 K T keluar = 43 0 K Menentukan fraksi mol dari cooler 101 X (CH3OH) = Laju alir CH 3 OH / Laju alir total = 39, / 396, = 0, Menentukan Cp metanol = X (CH3OH) x Cpdt = 0, x 9,00551 =, Tabel hasil perhitungan cooler Komponen Laju Alir Fraksi Cpdt X.Cpdt (kmol) Mol (X) CH 3 OH 39, , ,00551, CH 3 OCH 3 176, , , , H O 180, , , , Total 396, , , ,

28 Cp Campuran T amonia masuk T amonia keluar Cp Ammonia = 15, Kj/Kmol.K = 48 0 K = 33 0 K = 36,3989 kj/kmol.k Massa Ammonia yang dibutuhkan dicari dengan mentrial n Ammonia, dengan patokan Q fluida panas = Q fluida dingin Q h = Hot fluid Q h H ncp.( T T ). 1 Q h = x 15, x (53-43)K = Kj Q c = Cold fluid Q c H ncp.( T T ). 1 Qc = 3, x 36,3989 x (33 48) = ,7439 Kj Neraca Panas total Cooler 1 (C 101) Q masuk Q keluar Qh Qc LB.3. Cooler (C 10) Fungsi : Untuk Menurunkan temperatur produk dari reaktor T masuk = 43 0 K T keluar = 33 0 K Menentukan fraksi mol dari cooler 10 X (CH3OH) = Laju alir CH 3 OH / Laju alir total = 39, / 396, = 0,099115

29 Menentukan Cp metanol = X (CH3OH) x Cpdt = 0, x 0, =,0478 Tabel hasil perhitungan cooler - 10 komponen Laju Alir Fraksi mol Cpdt X.Cp (kmol) (X) CH 3 OH 39, , , ,0478 CH 3 OCH 3 176, , , , H O 180, , , ,66991 Total 396, , , ,7307 Cp Campuran T amonia masuk T amonia keluar Cp Ammonia = Kj/Kmol.K = 48 0 K = 33 0 K = 36,3989 kj/kmol.k Massa Ammonia yang dibutuhkan dicari dengan mentrial n Ammonia, dengan patokan Q fluida panas = Q fluida dingin Q h = Hot fluid Q h H ncp.( T T ). 1 Qh = 396, x 13, x (43-33) = ,447 Kj Q c = Cold fluid Q c H ncp.( T T ). 1 Qc = 396, x 36,3989 x (398 33) = ,7439 Kj Neraca Panas total Cooler (C 10) Q masuk Q keluar Qh ,447 Qc ,447

30 LB.4. Menara Destilasi 1 (MD 101) Fungsi : untuk memisahkan Campuran Metanol Air produk bawah dengan Dimetil eter sebagai produk atas. Kondisi Operasi Umpan masuk menara destilasi T masuk Tekanan T reffrensi = 33 0 K = 1,0133 Bar = 98 0 K Menentukan panas umpan masuk menara destilasi 101 Q (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 39, x 11,9178 = 467,69333 kj/jam Tabel hasil perhitungan Panas umpan masuk Komponen Laju Alir Cpdt Q masuk (kmol) CH 3 OH 39, , ,69333 CH 3 OCH 3 176, , , H O 180, , , Total 396, , Menentukan panas destilat keluar menara destilasi 101 Q (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 39, x 11,9178 = 466, kj/jam Tabel hasil perhitungan panas yang keluar berupa destilat Komponen Laju Alir Cpdt Q keluar (kmol) CH 3 OH 39, , , CH 3 OCH 3 176, , ,73553 H O 0, ,998193, Total 15, ,888564

31 Menentukan panas bottom produk menara destilasi 101 Q (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 11,9178 = 0, kj/jam Tabel hasil perhitungan panasbottom produk Komponen Laju Alir Cpdt Q bottom (kmol) CH 3 OH 0, ,9178 0, CH 3 OCH 3 0, ,3466 4, H O 179, , ,93481 Total 180, , Tabel neraca panas total pada menara destilasi Q masuk Q keluar Q feed (Alur 5) 479, Q top (Alur 6) 3348, Q bottom (Alur 9) 1443, Total 479, , LB.5. Kondensor (CD 101) Fungsi : Mengkondensasikan produk dari menara destilasi Kondisi Operasi Pada Kondensor T masuk T reffrensi = 33 0 K = 98 0 K Menentukan panas umpan masuk kondensor 101 Q feed (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 56, x 11,91781 = 667, kj/jam

32 Tabel hasil perhitungan panas umpan masuk kondensor Komponen Laju Alir Cpdt Q (feed) (kmol) CH 3 OH 56, , , CH 3 OCH 3 5, , ,0141 H O 0, , , Total 308, , Menentukan panas penguapan kondensor 101 Q uap (CH3OH) = n (CH3OH) x H uap(ch3oh) = 56, x = ,69 kj/jam Tabel hasil perhitungan panas penguapan dalan kondensor Komponen Laju Alir Hv Q (laten) (kmol) CH 3 OH 56, ,69 CH 3 OCH 3 5, ,74 H O 0, ,65877 Total 308, ,08 Panas aliran masuk Kondensor = , , = ,99 kj Menentukan panas refluks keluar kondensor 101 Q refluks (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 16, x 11,91781 = 00, kj/jam Tabel hasil perhitungan panas refluks Keluar kondensor Komponen Laju Alir Cpdt Q (Refluks) (kmol) CH 3 OH 16, , , CH 3 OCH 3 75, , ,86159 H O 0, , , Total 9, ,0083

33 Menentukan panas destilat keluar kondensor 101 Q destilat (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 39, x 11,91781 = 466, kj/jam Tabel hasil perhitungan panas destilat keluar kondensor Komponen Laju Alir Cpdt Q (destilat) (kmol) CH 3 OH 39, , , CH 3 OCH 3 176, , ,73553 H O 0, , , Total 15, , Beban Panas kondensor Q CD = (Q umpan + Q Laten ) (Q destilat + Q refluks ) = ,08kj/jam Air pendingin yang digunakan, T in = 30 o C = 303 o K T out = 40 o C Cp Qcd m Cp. T m = = 4,184 J/kg o K ,08 kj 4,184 x ( ) = 17149,1kg = 313 o K Panas air pendingin masuk CD 101, Q w in Q w in = m x Cp x ΔT = 17149,1kg x 4,184 kj/kg.k x (313 98)K = ,5 kj/jam Panas air pendingin keluar CD 101, Q w out Q w out = m x Cp x ΔT = 17149,1kg x 4,184 kj/kg.k x (313 98)K

34 = ,6 kj/jam Tabel neraca panas totalkondensor (CD 101) Q masuk Q keluar Q feed ,99 Q refluks 1440,0083 Q w in ,54 Q destilat 3348, Q w out , , ,5 LB.6. Reboiler (RB 101) Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottommenara Destilasi Kondisi Operasi Reboiler T masuk T keluar = 33 0 K = 98 0 K Menentukan panas umpan masuk reboiler Q feed (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0,15975,7111 x 11, = 1, kj/jam Panas Umpan Masuk Reboiler Komponen Laju Alir Cpdt Q (feed) (kmol) CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 0, , , H O 488, , , Total 488, ,17988 Menentukan panas refluks reboiler Q refluks (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 11, = 1, kj/jam Tabel hasil perhitungan panas refluks reboiler Komponen Laju Alir CPdt Q (refluks)

35 (kmol) CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 0, , , H O 308, , ,61785 Total 308, ,8715 Menentukan panas bottom produk reboiler Q bottom (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 11, = 0, kj/jam Tabel hasil perhitungan panas bottom produkreboiler Komponen Laju Alir CPdt Q (Keluar) (kmol)kmol CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 0, , , H O 179, , ,93481 Total 180, , Panas yang disuplai reboiler (Q RB ) = ,08 kj Persamaan Overall Neraca Panas Reboiler : Q Umpan + Q RB = Q Liquid + Q Bottom Panas liquid masuk ke Menara Destilasi : Q Liquid = Q Umpan + Q RB Q Bottom = 3917,17988 kj ,08 kj 1433, kj = ,31 kj/jam Sebagai media pemanas digunakan saturated steam dengan temperatur 110 o C Dari tabel steam, untuk saturated steam pada T = 110 o C diperoleh data : Entalpi liquid jenuh, H L = 51,13 kj/kg Entalpi uap jenuh, H V = 609,6 kj/kg Panas laten, λ = 358,47 kj/kg Jumlah steam yang dibutuhkan :

36 m Q RB = ,08 kj 358,47Kj / kg = 37736,9475kg Panas yang dibawa oleh steam masuk (Q s-in ) Q s-in = m x H V = 37736,9475kg x 609,6 kj/kg = ,78 kj/jam Panas yang dibawa oleh steam keluar (Q s-out ) Q s-out = m x H L = 37736,9475kg x 51,13 kj/kg = ,701kj/jam Tabel neraca panas total reboiler Q in Q out Q feed 3917,17988 Q keluar 1443, Q s in ,78 Q Liquid ,31 Q s out ,701 Total , ,96 LB.7. Heater (E - 10) Fungsi : Memanaskan Umpan yang akan disuplai ke menara destilasi Kondisi Operasi Heater T T Reffrensi Q feed (Metanol) = 33 0 K = 98 0 K = n x Cpdt = 0, x 11, = 0, kj

37 Menentukan panas umpan masuk heater - 10 Q feed (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 11, = 0, kj/jam Tabel hasil perhitungan panas umpan masukheater - 10 Komponen Laju Alir Cpdt Q (feed) (kmol) CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 0, , , H O 179, , ,93481 Total 180, , Panas Umpan keluar dari heater T = K T reffrensi = 98 0 K Menentukan panas umpan keluar heater - 10 Q keluar (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 13, = 0, kj/jam Tabel hasil perhitungan umpan keluar heater - 10 Komponen Laju Alir Cpdt Q (keluar) (kmol) CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 0, , , H O 179, , , Total 180, , Panas yang diberikan steam, Qs : Qs = Q keluar Q masuk = (1446, ,951113) kj =, kj Sebagai media pemanas digunakan saturated steam dengan temperatur 110 o C Dari tabel steam, untuk saturated steam pada T = 110 o C diperoleh data : Entalpi liquid jenuh, H L = 334,91 kj/kg

38 Entalpi uap jenuh, H V Panas laten, λ = 643,7 kj/kg = 308,79 kj/kg Jumlah steam yang dibutuhkan : m Q s = 1046, kg Panas yang dibawa oleh steam masuk (Q s-in ) Q s-in = m x H V = 1046, kg x 643,7 kj/kg = ,8 kj Panas yang dibawa oleh steam keluar (Q s-out ) Q s-out = m x H L = 1046, kg x 334,91 kj/kg = 35069,5355 kj Tabel neraca panas total pada heater - 10 Q masuk Q keluar Q feed 1443, Q keluar 1446, Q s in ,8 Q s out , , ,31 LB.8. Menara Destilasi (MD 10) Fungsi : untuk memisahkan Campuran Metanol Air produk bawah dengan Dimetil eter sebagai produk atas. Kondisi Operasi Umpan masuk menara desrilasi T masuk Tekanan T reffrensi = K = 1,0133 Bar = 98 0 K Menentukan panas umpan masuk menara destilasi - 10 Q feed(ch3oh = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 13, = 0, kj/jam Tabel hasil perhitungan panas umpan masuk menara destilasi - 10

39 Komponen Laju Alir Cpdt Q (feed) (kmol) CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 0, , , H O 179, , , Total 180, , Menentukan panas destilat keluar menara destilasi - 10 Q destilat(ch3oh) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 13, = 0, kj/jam Tabel hasil perhitungan panasdestilat keluar menara destilasi - 10 Komponen Laju Alir Cpdt Q (destilat) (kmol) CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 0, , , H O 0, , , Total 1, , Menentukan panas yang terkondensasi menara destilasi - 10 Q terkondensasi (CH3OH) = n (CH3OH) x H uap(ch3oh) = 0, x ,81 = ,849kj/jam Tabel hasil perhitungan panas terkondensasi menara destilasi - 10 Komponen Laju Alir Hv Q (terkondensasi) (kmol) CH 3 OH 0, , ,849 CH 3 OCH 3 4, , ,5641 H O 14, , ,143 Total 0, ,555 Menentukan panas bottom produk menara destilasi - 10 Q bottom(ch3oh) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 13, = 0, kj/jam

40 Tabel hasil perhitungan panas bottom produk menara destilasi - 10 Komponen Laju Alir Cpdt Q( bottom) (kmol) CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 0, , , H O 179, , , Total 179, ,7686 Persamaan overall neraca panas menara destilasi (MD - 10) : Q Umpan Masuk + Q RB = Q Destilat + Q Bottom + Q kondensor Q RB = Q Destilat + Q Bottom + Q Kondensor Q Umpan Masuk = 1, kj ,7686 kj ,555 kj 1446, kj = ,56 kj Tabel neraca panas total menara destilasi (MD 10) Q masuk Q keluar Q feed 1446, Q destilat 1, Q RB ,555 Q buttom 1433,7686 Q kondensor ,555 total 19815, ,711 LB.9. Kondensor (CD 10) Fungsi : Mengkondensasikan produk dari menara destilasi Kondisi Operasi Pada Kondensor T masuk T reffrensi = K = 98 0 K Menentukan panas umpan masuk kondensor - 10 Q feed(ch3oh) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 13, = 13, kj/jam

41 Tabel hasil perhitungan panas umpan masuk kondensor - 10 Komponen Laju Alir Cpdt Q feed (kmol) CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 4, , , H O 14, , , Total 0, ,49333 Menentukan panas penguapan kondensor - 10 Q penguapan(ch3oh) = n (CH3OH) x H uap(ch3oh) = 0, x ,81 = ,849kj/jam Tabel hasli perhitungan panas penguapan dalan kondensor- 10 Komponen Laju Alir Hv Q laten (kmol) CH 3 OH 0, , ,849 CH 3 OCH 3 4, , ,5641 H O 14, , ,143 Total 0, ,555 Panas aliran masuk Kondensor = , ,49333 = ,048 kj Menentukan panas refluks kondensor - 10 Q refluks(ch3oh) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 13, = 1, kj/jam Tabel hasil perhitungan panas refluks keluar kondensor - 10 Komponen Laju Alir Cpdt Q refluks (kmol) CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 4, , , H O 13, , , Total 18, ,

42 Menentukan panas destilat kondensor - 10 Q destilat(ch3oh) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 13, = 0, kj/jam Tabel hasil perhitungan panas destilat keluar kondensor - 10 Komponen Laju Alir Cpdt Q destilat (kmol) CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 0, , , H O 0, , , Total 1, , Beban Panas kondensor Q CD = (Q feed + Q Laten ) (Q destilat + Q refluks ) = (196769,555 kj ,555Kj) (1, kj + 19, kj = kj/jam Air pendingin yang digunakan, T in = 30 o C = 303 o K T out = 50 o C Cp Qcd m Cp. T m = = 4,184 J/kg o K kj 4,184 x (33-303) = 65,06kg = 33 o K Panas air pendingin masuk CD 0, Q w in Q w in = m x Cp x ΔT = 65,06kg x 4,184 kj/kg.k x (303 98)K = 54919,389 kj/jam Panas air pendingin keluar CD 0, Q w out Q w out = m x Cp x ΔT = 65,06kg x 4,184 kj/kg.k x (33 98)K = ,94 kj

43 Tabel neraca panas total kondensor - 10 Q masuk Q keluar Q feed Q refluks Q Win Q destilat Q Wout LB.10. Reboiler (RB 10) Fungsi : Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottommenara Destilasi Kondisi Operasi Reboiler T masuk T keluar = K = 98 0 K Menentukan panas umpan masuk reboiler - 10 Q feed (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 13,60764 = 0, kj/jam Tabel hasil perhitungan panas umpan masuk reboiler - 10 Komponen Laju Alir CPdt Q feed (kmol) CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 0, , , H O 199, , ,03174 Total 199, ,3185 Menentukan panas refluks reboiler - 10 Q refluks (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 3,31606E-05 x 13,60764 = 0, kj/jam

44 Tabel hasil perhitungan panas refluks reboiler - 10 Komponen Laju Alir CPdt Q refluks (kmol) CH 3 OH 3,31606E-05 13, , CH 3 OCH 3 0, , , H O 0, , , Total 0, ,46935 Menentukan panas bottom produk reboiler - 10 Q bottom (CH3OH) = n (CH3OH) x Cpdt (CH3OH) = 0, x 13,60764 = 0, kj/jam Tabel hasilperhitungan panas bottom produkreboiler - 10 Komponen Laju Alir CPdt Q bottom (kmol) CH 3 OH 0, , , CH 3 OCH 3 0, , , H O 179, , , Total 179, ,7686 Panas yang disuplai reboiler (Q RB ) = ,555 kj Persamaan Overall Neraca Panas Reboiler : Q feed + Q RB = Q Liquid + Q Bottom Panas liquid masuk ke Menara Destilasi : Q Liquid = Q Umpan + Q RB Q Bottom = 1595,3185 kj ,555 kj 1433,7686 kj = ,04 kj/jam Sebagai media pemanas digunakan saturated steam dengan temperatur 110 o C Dari tabel steam, untuk saturated steam pada T = 110 o C diperoleh data : Entalpi liquid jenuh, H L = 334,91 kj/kg Entalpi uap jenuh, H V = 634,7 kj/kg Panas laten, λ = 308,79 kj/kg Jumlah steam yang dibutuhkan :

45 m Q RB = ,555 kj 308,79Kj / kg = 951, kg Panas yang dibawa oleh steam masuk (Q s-in ) Q s-in = m x H V = 951, kg x 634,7 kj/kg = ,019 kj/jam Panas yang dibawa oleh steam keluar (Q s-out ) Q s-out = m x H L = 951, kg x 334,91 kj/kg = ,4636kj/jam Tabel neraca panas total reboiler -10 Q in Q out Q feed 1595,3185 Q keluar 1433,7686 Qs in ,019 Q Liquid ,04 Qs out ,4636 Total 51705, ,51 LB.11. Cooler 3 (C 103) Fungsi : Untuk Menurunkan temperatur produk dari reaktor T masuk = K T keluar = 33 0 K Menentukan fraksi mol dari cooler 101 X (CH3OH) = Laju alir CH 3 OH / Laju alir total = 0, / 179, = 1,64489E-06 Menentukan Cp metanol = X (CH3OH) x Cpdt

46 = 1,64489E-06 x 13, =,383E-05 Komponen Laju Alir Fraksi mol (X) Cpdt X.Cpdt (kmol) CH 3 OH 0, ,64489E-06 13, ,383E-05 CH 3 OCH 3 0, ,40E-06 16, , H O 179, , , , Total 179, , , Cp Campuran T Air masuk T Air keluar Cp Air = 8, Kj/Kmol.K = K = 33 0 K = 4,1840 kj/kmol.k Massa Air yang dibutuhkan dicari dengan menterial Air, dengan patokan Q fluida panas = Q fluida dingin Q h = Hot fluid Q h H ncp.( T T ). 1 Qh = 179, x 8, x (343-33) = 57350,51441 kj/jam Q c = Cold fluid Q c H ncp.( T T ). 1 Qc = 57350,51441 x 4,1840 x (33 303) = 57350,51441 kj/jam Neraca Panas total Cooler 3 (C 103) Q masuk Q keluar Qh 57350,51441 Qc 57350,51441 LAMPIRAN C

47 PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT 1. Tangki Penyimpanan 1.1 Tangki Penyimpanan Dimetil Eter T-101 : Menyimpan dimetil eter untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Low Alloys Steel SA 0 B Bentuk : Silinder Horizontal dengan penutup torrispherical dished head Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah : 1 unit T - 10 *) Perhitungan untuk T-101 Kondisi operasi : Tekanan = 11 atm Temperatur = 30 C = 303 o K Laju alir massa = 9373,87887kg/jam Densitas = 677kg/m 3 Kondisi = Cair Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor kelonggaran = 0 % Perhitungan: a. Volume tangki Kapasitas tangki,v g =9969,65518m 3 Volume Spherical, V t = (1 + 0,) x 9969,65518m 3 = 11963,1186m 3 b. Volume Tutup dan Shell

48 Direncanakan : H/D = 4/3 = 1,33 L/D = 3/1 = 3 Volume Tutup, Vh = [0,0778 D 3 () (H/D) (1,5-H/D)] (Walas,010) = [0,0778 D 3 () (01,33) (1,5-1,33)] = 0,090 D 3 Φ = Arc Cos (1-1,6) (Walas,010) = 4,486 rad π 1 4 π Volume Shell = D L sin π 1 4 π = D L 4,486 sin 4,486 = 0,6736 D L Karena L = 3 D ; maka Volume Shell = 0,6736 (3) D =,007D 3 Volume Tutup + Shell = 0,09 D 3 +,007 D 3 =,119 D 3 c. Diameter (D) dan Tinggi Tangki Diameter, D = ,1186,119 = 17,83m Jari-jari, r = 1,0565 m Tinggi Shell = 3,7744m Tinggi Tutup = 1,0564m Tinggi Total = 5,8873m d. Tebal Shell dan Head dan Bottom Allowable Stress, SA = 150 psi = ,5863 kpa Joint Efficiency, E = 0,80 Corrotion Factor, Ca = 0,15 in/thn = 0,00138 m/thn P Operasi = 1atm = 101,35 kpa

49 Faktor kelonggaran = 0, Umur = 10 Tahun P hidrostatik = 11849,9986kPa P design = 151,09984kPa Tebal Shell, P. R t C S. E 0,6. P (peters, 1991) P. R t S. E 0,6. P C t = 0,03177 m = 1,510 in Tebal shell standar yang digunakan = in (Brownell, 1959) r/l = 0,01975 L = D = 7,69 m 1/ 3 L/r M = 4 3 (1/ 0,01975) = 4 1/ =,589 m PLM Tebal head = +Ca n SE - 0, P = 0,05970m =,3504 in (Walas, 1988) (Walas, 1988) Tebal headstandar yang digunakan =,5 in (Brownell, 1959) 1. Tangki Penyimpanan Metanol 1. T-10 : Menyimpan Metanol untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-85 Grade C Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah : 1 unit

50 T T *) Perhitungan untuk T-10 Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm Temperatur = 30 C Laju alir massa = 166,663kg/jam Densitas = 791,5 kg/m 3 Kebutuhan perancangan = 15 hari Faktor keamanan = 10 % Perhitungan: a. Volume tangki 166,663kg/jam x 15 hari x 4 jam/hari Volume larutan,v l = 3 791,5 kg / m = 574,83581m 3 Volume tangki, V s = (574,83581 x 0,1) +574,83581m 3 = 6317,119394m 3 b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan : Tinggi shell : diameter (H s : D = 3 : ) Tinggi head : diameter (H h : D = 1 : 4) - Volume shell tangki ( V s ) V s 3 = 8 D D i = 8 3 Vs x 3 D =,0561 m 1/ 3

51 - Volume tutup tangki (V h ) V h = 3 4 D - Volume tangki (V) V = 1403,8030 m 3 (Walas,1988) = V s + V h = 6317, ,8030 = 7019,009m 3 - Tinggi tangki (H) H s = 3/D = (3/) x,0561 = 6,589m c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = 17,5060m H h = 1 1 D 17,5060 = 4,3765m 4 4 H t (Tinggi tangki) = H s + H h = 35,0119 m d. Tebal shell tangki 574,83581 m Tinggi cairan dalam tangki = ,0418 m P Hidrostatik P 0 Faktor kelonggaran = 5 % P design = x g x l = 79,9536kPa =,769atm = Tekanan operasi = 1 atm = (1 + 0,05) x (,769atm + 1 atm) = 3,9511 atm D = 17,5060m r = 8,7530m Joint efficiency (E) = 0,85 (Brownell,1959) 3 x 44,113m = 36,0918m

52 Allowable stress (S) = 93,97 atm (Brownell,1959) Faktor korosi = 0,0003 cm Tebal shell tangki: P. R t C (Peters, 1991) S. E 0,6. P t = 0,0374 m = 3,7448cm Tebal shell standar yang digunakan =,5 in (Brownell, 1959) e. Tebal tutup tangki P. D t C (Peters, 1991) S. E 0,. P t = 0,0374 m = 3,7369 cm Tebal tutupstandar yang digunakan =,5 in (Brownell,1959). Reaktor 101 Fungsi : Sebagaitempat terjadinya reaksi dehidrasimetanolsehinggamenghasilkan Tipe : Multi Tubular Reaktor CH 3 OH (F3) H O (F3) F3 Reaktor F4 CH 3 OH (F4) H O (F4) CH 3 OCH 3 (F4) Kondisi reaktor Temperatur (T) = 50 o C = 53 K Tekanan (P) = 1 atm Konversi Acrolein = 90 % Densitas Campuran, ρ camp = 791,8 kg/m 3 Data katalis : Nama katalis : Alumina Silika (Zeolit) Porositas, φ : 0,35 Diameter katalis : 0,5 cm Bulk density katalis, b : 780 kg/m 3

53 Reaksi: CH 3 OH (g) > CH 3 OCH 3(g) + H O (g) A B + C.1.Laju Reaksi Konstanta kecepatan reaksi (k) dicari dengan persamaan Arhenius : k = A. e -E/RT A A B N kt 1 M A 1 M B k A B N kt 1 M A 1 M B. e -E/RT (.34 Levenspiel) dimana : N = Bilangan Avogadro = 6, K = Konstanta Boltzman = 1, CH 3 OH = 3 kg/kmol Air = 18 kg/kmol C = 4,418 A = 4, cm B = 3,433 A = 3, cm E = Energi Aktivasi E = 6,310 kkal/mol R = 0,000 kkal/mol. K T = 50 o C = 53 K -E/RT = -(6,310 kkal/mol/(0,000 kkal/mol.k x 53 K) = -6,071 e -E/RT =,306 x 10-3 Maka: k = 4, , , (3.14).(1,3 x10 ).(53).. x 0, k = 0,31176 cm /mol.s k = 0,31176 x 10-4 m /kmol.s F AO = kmol/jam = 0,1091 kmol/s F BO = 3,5073kmol / jam = 0,0010 kmol/s

54 Laju Alir Massa (W) Perhitungan : - Volumetrik Flowrate Q W camp = 166,663 kg / jam 166,663 Q 791,8 = 15,9463m 3 / jam = 0,0044 m 3 /s - Konsentrasi Metanol C AO = - Konsentasi Air C BO = F AO 0,1091 = = 4,600 kmol / m 3 Q 0,0044 F BO 0,0010 = = 0,199kmol / m 3 Q 0,0044 Untuk mencari r A CH 3 OH adalah reaksi orde satu maka digunakan persamaan : -r A = k CAO = 3,9 x Tinggi Head Reaktor H s = ¼ Ds = ¼ (1,9037) = 0,4759 m.3. Tinggi Reaktor H R = L T + H S =,8 m + 0,4759 m = 3,759 m.4.volume Head Reaktor, V HR V HR = 1.. Ds 4 3 = 1,8051 m 3

55 .5. Volume Total Reaktor, V R V R = V T1 + V T + V HR = 0,007 m 3 + 1,145 m 3 + (1,8051 m 3 ) = 4,7375 m 3.6. Tebal dinding reactor, t Asumsi : tebal dinding reaktor = tebal dinding headnya. t = P. D + Cc (Peters, tabel 4 hal 570) SE - 0, P j D = Diameter Reactor = 1,3501 m P = Tekanan Design = 1atm S = Working Stress Maximum = psia E j = Welding Joint Efficiency = 85 % Cc = Korosi yang diizinkan = 0,0003m 1 x 1,3501 t = 0, 0003 (x93,3x0,85) (0,x1,3501) = 0,0105m = 10,5447 mm Diameter luar kolom, OD = Ds + t = 1,3501 m + ( x 0,0105) m = 1,371 m.7. Menghitung jumlah tube Dalam perancangan ini digunakan orifice / diameter gelembungdengan spesifikasi: - Diameter luar tube (OD) = 3/4 in - Jenis tube = 10 BWG - Pitch (P T ) = 1 in triangular pitch - Panjang tube (L) = 9,1864 ft Dari Tabel 8, hal, 840,Kern, 1965,diperoleh U D = , faktor pengotor (R d ) = 0,003 Luas permukaan untuk perpindahan panas,

56 A. L / 4 3,14x9, ,454 ft 4 Luas permukaan luar (a) = 0,0104 ft /ft (Tabel 11, Kern) Jumlah tube, N A 66,454 ft t 693, 399 buah " La 9,1864ft0,0104ft /ft Dari Tabel 9, hal 84, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 694tube dengan ID shell1,38 in..8. Menentukan Volume Reaktor, V TR Volume satu tube reaktor, V T 1 VT. ID. LT 4 1 x 3,14 x 0,0351 m 4 3 0,007 m Volume Tube Reaktor, V TR x,3160 m V TR = V T x N T = 0,007m 3 x 694tube = 1,874 m 3 Faktor keamanan 0% Maka volume tube rektor (V TR ) adalah: V TR = 0, x 1,874 m 3 = 0,3748 m 3.9. Menentukan Volume dan Berat Katalis Reaktor Menghitung Volume Katalis : V (1 φ) k V TR dimana : φ = 0,35 V k = (1 0,35) 0,3748m 3 = 0,436m 3 Menghitung Berat Katalis : Densitas katalis = 780 kg/m 3 Wk = ρ K.VK

57 = (780 kg/m 3 ).( 0,436 m 3 ) = 190,045 kg.10. Residence Time, V Q TR T 3 0,3748 m 3 0,0044 m / s = 84,65 s = 1,4104 menit 3. MENARA DISTILASI 101 (MD 101) Fungsi : Memisahkan produk dimetil eter dari campuran metanol dan air Tipe : Sieve Tray Tower Gambar : A. kondisi operasi. Kondisi operasi menara destilasi 101: FEED P = 1 atm = 1,0133 bar T = 50 o C = 33 o K Menentukan nilai Xi Xi (CH3OH) = laju alir (CH3OH) / laju alir total = 39, / 396,

58 = 0,0991 Menentukan nilai Ki Ki (CH3OH) = Pi (CH3OH) / P (CH3OH) = 0,774 /1,0133 = 0,763 Menentukan nilai fraksi mol Yi Yi (CH3OH) = Xi (CH3OH) x Ki (CH3OH) = 0,0991 x 0,763 = 0,0756 Untuk hasil perhitungan CH 3 OCH 3 dan H O dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel hasil perhitungan kondisi umpan pada menara destilasi Komponen Tekanan (pi) Laju alir (kmol) Fraksi mol (xi) Kesetimbangan (ki) Fraksi mol (yi = xi.ki) CH 3 OH 0,774 39, ,0991 0,763 0,0756 CH 3 OCH 3, , ,4460,834 1,641 H O 0, , ,4549 0,008 0,0913 Total 396, ,0000 1,4310 TOP P= 1atm = 1,0133 bar T = 50 o C = 33 o K Menentukan nilai fraksi mol Zi Zi (CH3OH) Menentukan nilai Xi Xi (CH3OH) = laju alir (CH3OH) / laju alir total = 39,009/15,875 = 0,1816 = Zi (CH3OH) / Ki (CH3OH) = 0,1816 / 0,763 = 0,38 Untuk hasil perhitungan CH 3 OCH 3 dan H O dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

59 Tabel hasil perhitungan top produk menara destilasi Laju alir (kmol) Fraksi mol (Zi) Kesetimbangan (Ki = Pi/P) Fraksi mol (xi = Zi / Ki) Komponen CH 3 OH 39,009 0,1816 0,763 0,38 CH 3 OCH 3 176,4040 0,817,834 0,883 H O 0,703 0, ,008 0,006 Total 15,875 1,0000 0,538 BOTTOM P = 1 atm T = 50 o C = 1,0133 bar = 33 o K Menentukan nilai fraksi mol Xi Xi (CH3OH) = laju alir (CH3OH) / laju alir total = 0,0589/ 180,300 = 0,0003 Menentukan nilai Zi Zi (CH3OH) = Xi (CH3OH) x Ki (CH3OH) = 0,0003 x 0,763 = 0,000 Untuk hasil perhitungan CH 3 OCH 3 dan H O dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel hasil perhitungan bottom produk menara destilasi Laju alir (kmol/jam) Fraksi mol (Xi) Kesetimbangan (Ki = Pi/P) Fraksi mol (Yi = Xi. Ki) Komponen CH 3 OH 0,0589 0,0003 0,763 0,000 CH 3 OCH 3 0,650 0,0015,834 0,004 H O 179,9061 0,998 0,008 0,005 Total 180,300 1,0000 0,049 B. Desain Kolom Destilasi a. Menentukan Relatif Volatilitas, α Komponen kunci : Light Key : air

60 Heavy Key K K HK : Metanol LK (Ludwig,E.q 8.13) α D = K LK / K HK = 3,7960 α B = K LK / K HK Avg = 3,7180 top bottom (Ludwig,E.q 8.11) = 3,7570 b. Menentukan Stage Minimum Dengan menggunakan metode Fenske ( R. Van Wingkle;eg : ; p 36) N N M M Log Log N 4,8965 M X / X x X / X LK HK D Log ( Avg ) HK 0,9999 / 0, x 0,01793/ D LK Log (6,7803) Karena menggunakan reboiler maka N m = 3,8965 c. Mencari Refluks Ratio Minimum R R R m m m 1 B 1 X d LK 1 X d LK 1 X F LK X F LK 1 0,817 3, ,817 3, , ,4460 0,148 d. Teoritical Tray Pada Actual reflux Methode Gilliland Diketahui : Rm = 0,148 Nm = 3,8965 Untuk menentukan jumlah plate toritis digunakan korelasi gilliland sehingga didapat nilai R = 0,43 dan N teoritis = 8, = 8 O Conneil s correlation Dimana: μa = Viskositas liquid molar rata-rata,ns/m B

61 αa = Relatif Volatility rata-rata LK Eo = 49,745 % = 50 % e. Actual Stage N actual = N actual = Nteoritis Eo 8 0,5 = 16 = (stage reboiler) = 17 f. Menentukan Feed Location. Feed location ditentukan dengan menggunakan metode Kirkbride. m Log = p X LK B X B X HK 0,06 Log (Coulson vol.6 Eq 11.6) D X LK F HK D m Log = p 180,300 0, ,06 Log 15,875 0,0991 0,0015 0, m Log = 1,0430 p m p = 1,0430 m = 6,349 p N = m + p (RE.Treyball, p.311) 17 = 6,349 p + p p =,313 m = 17 -,313 = 14,6868 = 15 Dari perhitungan diketahui : m (Rectifying section ) = 15 tray p (Striping section ) = 3 tray Jadi Feed masuk pada stage ke dari puncak kolom destilasi.

62 C. Desain kolom bagian atas (Rectifying section) a. Data fisik untuk rectifying section D = 3348,8886kg/jam = 0,930kg/s L = R. D = 0,43 (3348,8886 kg/jam) = 1440,01 kg/jam = 0,4000 kg/s V = L + D = 1440,01kg/jam ,8886kg/jam = 4788,9106 kg/jam = 1,3303kg/s Tabel data fisik menara destilasi -10 Data Fisik Vapour Liquid Mass Flow rate (kg/det) Density (kg/m 3 ) Volumetric Flow rate (m 3 /det) 1,3303 6,8800 0,01 0, ,6000 0,0004 Surface tention (N/m) 0,5954 b. Diameter kolom - Liquid Vapour Flow Factor (F LV ) F LV = L V W W V L (J M.Couldson. Eq.11.8) F LV = 1440,01 kg / jam 4788,9106 kg / jam 6,88 998,6 = 0, Ditentukan tray spacing = 0,3 m - Dari figure 11.7 buku Chemical Engineering, vol. 6, 1. JM. Couldson didapat nilai konstanta K 1 = 0,060 - Koreksi untuk tegangan permukaan

63 0, K 1 * = K1 0 0, 0,5954 = 0, = 0,097 - Kecepatan Flooding (u f ) u f = K * L V 1 (J M.Couldson. Eq.11.81) V = 0,097 ( 998,6 6,88) 6,88 = 0,1146 m/s - Desain untuk 85 % flooding pada maksimum flow rate ( u ) u = 0,85. u f (J M.Couldson. p.47) = 0,85. 0,1146 m/s = 0,0974 m/s - Maksimum volumetric flow rate (Uv maks) Uv maks = = V.3600 V 4788,9106 kg / jam 3 6,88kg / m.3600 (J M.Couldson. p.47) = 0,01 m 3 /s - Net area yang dibutuhkan (An) U An = V maks u (J M.Couldson. p.47) = 3 0,01 m / s 0,0974 m/ s = 0,17 m - Cross section area dengan 1 % downcormer area (Ac) Ac = An 1 0,1 (J M.Couldson. p.47)

64 = 0,17 m = 0,468 m 1 0,1 - Diameter kolom (Dc) Dc = = 4 Ac 3,14 4(0,468) m ) 3,14 (J M.Couldson. p.47) c. Desain plate = 0,5607 m - Diameter kolom (Dc) = 0,5607 m - Luas area kolom (Ac) Ac = = Dc.3,14 4 (0,5607 ) 4 = 0,468 m - Downcomer area (Ad).3,14 (J M.Couldson. p.473) Ad = persen downcomer x Ac (J M.Couldson. p.473) - Net area (An) An = 0,1 (0,468 m ) = 0,096 m = Ac Ad - Active area (Aa) = 0,468 m 0,096 m = 0,17 m Aa = Ac Ad (J M.Couldson. p.473) = 0,468 m (0,096 m ) = 0,1875 m - Hole area (Ah) ditetapkan 10% dari Aa sebagai trial pertama Ah = 10 %. Aa = 0,0188m

65 - Nilai weir length (Iw) ditentukan dari figure 11.31, JM. Couldson ed 6 Ad Ordinat = x100 Ac Absisca = Sehingga : I w Dc Iw = Dc. 0,76 = 0,7105 m. 0,76 = 0,5400 m 0,096 = x 100 = 1 0,468 = 0,76 - Maks vol liquid rate = L/ρ L = 0,0004 m 3 /s Dari figure 11.8 untuk nilai maks vol liquid rate= 0,0006 m 3 /s digunakan reverse flow. - Penentuan nilai weir height (hw), hole diameter (dh), dan plate thickness, (nilai ini sama untuk kolom atas dan kolom bawah) Weir height (hw) = 50 mm ((J M.Couldson. p.571) Hole diameter (dh) = 5 mm ((J M.Couldson. p.573) Plate thickness = 5 mm ((J M.Couldson. p.573) d. Pengecekan Check weeping - Maximum liquid rate (Lm,max) L Lm,max = 3600 = = 0,4000 kg/s - Minimum liqiud rate (Lm,min) 1440,01 kg / jam (J.M.Couldson. p.473) 3600 Minimum liquid rate pada 70 % liquid turn down ratio Lm,min = 0,7 Lm, max (J.M.Couldson. p.473) = 0,7 (0,4000 kg/s) = 0,800 kg/s - Weir liquid crest (how)

66 how = how,maks = Lm 750 l Iw 3 Lm, maks 750 l Iw (J.M.Couldson. Eq.11.85) 3 = 0,4000 kg / det ,6 kg / m x 0,461 = 7,1971 mm liquid 3 how,min = Lm,min 750 l Iw 3 = Pada rate minimum hw + how 0,800 kg / det ,6 kg / m 0,461 = 5,6740 mm liquid = 50 mm + 5,6740 mm = 55,6740 mm Dari figure JM. Couldson ed 6 K = 30, - Minimum design vapour velocity (ŭh) Ŭh = = K 1 V 0,90 1 6,88 0,90 5, 4 dh 30, 5,4 5 = 1,4931 m/s - Actual minimum vapour velocity (Uv,min actual) Uv,min actual = = 3 (J.M.Couldson. Eq.11.84) 0,7 Uv maks (J.M.Couldson..Eq.11.84) Ah 0,7 0,0340 0,0301 = 0,7896 m/s - Jadi minimum operating rate harus berada diatas nilai weep point.

67 Plate pressure drop - Jumlah maksimum vapour yang melewati holes (Ǚh) Ǚh = Uv,maks Ah = 1,18 m/s - Dari figure JM. Couldson ed 6, untuk : Platethicness holediameter = 1 (J.M.Couldson..p.473) Ah Ap Ah = Aa = 0,1 Ah x 100 = 10 Ap Sehingga didapat nilai Orifice coeficient (Co) = 0,84 - Dry plate drop (hd) Uh hd = 51 Co - Residual head (hr) = 5,791 mm liquid 1,5.10 hr = = L 3 3 1, ,6 - Total pressure drop (ht) V (J.M.Couldson..Eq.11.88) L (J.M.Couldson..Eq.11.89) = 1,5175 mm liqiud ht = hd + (hw + how) + hr (J.M.Couldson..p.474) = 75,5057 mm liquid Asumsi pressure drop 100 mm liquid per plate, sehingga ht = 75,5057 mm dapat diterima. Downcomer liquid backup - Downcomer pressure loss (hap) hap = hw (10 mm) (J.M.Couldson..p.577)

68 = = 40 mm - Area under apron (Aap) Aap = hap. Iw (J.M.Couldson..p.474) = 40 x ,461 m = 0,0170 m Karena nilai Aap lebih kecil dari nilai Ad (0,096 m ), maka nilai Aap yang digunakan pada perhitungan head loss di downcomer (hdc) - Head loss in the downcomer (hdc) Lm,max hdc = 166 L Aap = 0, ,6. 0,0170 (J.M.Couldson..Eq.11.9) = 0,0917 mm - Back up di downcomer (hb) hb = (hw + how) + ht + hdc (J.M.Couldson..p.474) = 13,7945 mm = 0,138 m hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/ (plate spacing + weir height)/ = 0,175 m, Ketentuan bahwa nilai hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/, telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.474) Check resident time (tr) Ad hdc L tr = (J.M.Couldson..Eq.11.95) Lm, maks 0,096 0, ,6 = 0,4000 = 9,8171 s Ketentuan bahwa nilai tr harus lebih besar dari 3 s, telah terpenuhi.

69 Check Entrainment - Persen flooding actual. u v = = Uvmaks An 0,0340 0,3487 = 0,0974 m/s (J.M.Couldson..p.474) uv % flooding = x100 (J.M.Couldson..p.474) u f 0,0974 = x 100 0,1146 = 85% - Untuk nilai F LV = 0,0651 dari figure 11.9 JM. Couldson ed 6 Didapat nilai ψ = 0,05 Ketentuan bahwa nilai ψ harus lebih kecil dari 1, telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.475) e. Trial plate layout Digunakan plate type cartridge, dengan 50 mm unperforted strip mengelilingi pinggir plate dan 50 mm wide calming zones. Iw 0,461 - Dari figure 11.3 JM. Couldson ed 6 pada = = 0,76 Dc 0, 5607 Di dapat nilai θ C = 10 O - Sudut subtended antara pinggir plate dengan unperforated strip (θ) θ = θ C (J.M.Couldson..p.475) = = 78 O - Mean length, unperforated edge strips (Lm) Dc hw x3,14 (J.M.Couldson..p.475) 180 Lm = 3 = 0, x 10 = 0,6949 m 78 x 3,14 180

70 - Area of unperforated edge strip (Aup) Aup = hw. Lm (J.M.Couldson..p.475) = 50 x ,6949 = 0,0347 m - Mean length of calming zone (Lcz) C Lcz = ( Dchw)sin 3 10 = (0, x 10 ) sin = 0,3969 m - Area of calming zone (Acz) (J.M.Couldson..p.475) Acz = ( Lcz. hw) (J.M.Couldson..p.475) = (0, ) = 0,0397 m - Total area perforated (Ap) Ap = Aa (Aup + Acz) (J.M.Couldson..p.475) = 0,1875 (0, ,0397) = 0,1131 m Dari figure JM. Couldson ed 6 di dapat nilai Ip/dh =,6 untuk nilai Ah/Ap = 0, Jumlah holes Area untuk 1 hole (Aoh) Aoh = = dh 3,14 4 (50x10 3, = 0, m Jumlah holes = = Ah Aoh ) 0,0188 0, = 955,653 = 956holes (J.M.Couldson..p.475) (J.M.Couldson..p.475)

71 f. Ketebalan minimum kolom bagian atas. Ketebalan dinding bagian head, t head t = P. Da C. S. E 0,. P j Ketebalan dinding bagian silinder, t silinder t = P. ri C S. E 0,6. P j c c ( Peter Tabel.4 Hal 537) ( Peter Tabel.4 Hal 537) Dimana : P = Tekanan Design = 1 atm D = Diameter tanki = 0,5607 m r i = Jari-jari tanki = 0,803 m S = Tekanan kerja yang diinginkan = 93,97 atm C c = Korosi yang diinginkan = 0,0 m E j = Efisien pengelasan = 0,85 a = 1 atm x 0,5607 m t head = 0,0 m.(93,97 atm x0,85) 0, x1 atm = 0,004 m =,04 cm 1atm x 0,803 m t silinder = 0,0 m (93,97 atm x 0,85) 0,6 x1atm Sehingga : = 0,004 m =,04 cm OD = ID + t silinder = 0,5607 m + (0,004 m) = 0,6014 m D. Desain kolom bagian bawah (Striping section) a. Data fisik untuk rectifying section F = 1443,9511 kg/jam = 0,4011 kg/s L* = F + L

72 = 883,973 kg/jam = 1,0 kg/s V* = V + ( q 1 ) x F = 4788,9106 kg/jam = 1,3303 kg/s Tabel data fisik menara destilasi Data Fisik Vapour Liquid Mass Flow rate (kg/det) Density (Kg/m 3 ) Volumetric Flow rate (m 3 /det) 1, ,0500 0,0391 1,0 1015,0000 0,001 Surface tention (N/m) 0,191 b. Diameter kolom - Liquid Vapour Flow Factor (F LV ) F LV = L V W W V L (J M.Couldson. Eq.11.8) F LV = 437,943 kg / kg / jam jam 34, = 0, Ditentuakan tray spacing = 0,3 m - Dari figure 11.7 buku Chemical Engineering, vol. 6, JM. Couldson didapat nilai konstanta K 1 = 0,054 - Koreksi untuk tegangan permukaan 0, K 1 * = K1 0 0, 0,191 = 0, = 0,019 - Kecepatan Flooding (u f ) u f = K * L V 1 (J M.Couldson. Eq.11.81) V

73 = 0, ,05 34,05 = 0,1175 m/s - Desain untuk 85 % flooding pada maksimum flow rate ( u ) u = 0,85. u f (J M.Couldson. p.47) = 0,85. 0,1175 m/s = 0,0999 m/s - Maksimum volumetric flow rate (Uv maks) Uv maks = V.3600 V = 0,0391 m 3 /s - Net area yang dibutuhkan (An) U An = V maks u (J M.Couldson. p.47) (J M.Couldson. p.47) = 0,3911 m - Cross section area dengan 1 % downcormer area (Ac) Ac = An 1 0,1 = 0,4445m - Diameter kolom (Dc) (J M.Couldson. p.47) Dc = 4 Ac 3,14 (J M.Couldson. p.47) c. Desain plate = 0,755 m - Diameter kolom (Dc) = 0,755 m - Luas area kolom (Ac) Ac = Dc.3,14 4 = 0,4445 m - Downcomer area (Ad) (J M.Couldson. p.473) Ad = persen downcomer x Ac (J M.Couldson. p.473)

74 - Net area (An) An = 0,1 (0,4445 m ) = 0,0533 m = Ac Ad - Active area (Aa) = 0,4445 m 0,0533 m = 0,3911 m Aa = Ac Ad (J M.Couldson. p.473) = 0,4445 m (0,0533 m ) = 0,3378 m - Hole area (Ah) ditetapkan 10% dari Aa sebagai trial pertama Ah = 10 %. Aa = 0,0338 m - Nilai weir length (Iw) ditentukan dari figure 11.31, JM. Couldson ed 6 Sehingga : Ad Ordinat = x100 Ac Absisca = I w Dc Iw = Dc. 0,76 = 0,755 m. 0,76 = 0,5719 m = 1 = 0,76 - Maks vol liquid rate = L/ρ L = 0,001 m 3 /s Dari figure 11.8 untuk nilai maks vol liquid rate= 0,001 digunakan reverse flow. - Penentuan nilai weir height (hw), hole diameter (dh), dan plate thickness, (nilai ini sama untuk kolom atas dan kolom bawah) Weir height (hw) = 50 mm (J M.Couldson. p.571) Hole diameter (dh) = 5 mm (J M.Couldson. p.573) Plate thickness = 5 mm (J M.Couldson. p.573)

75 d. Pengecekan Check weeping - Maximum liquid rate (Lm,max) L Lm,max = 3600 = 437, = 1,0 kg/det - Minimum liqiud rate (Lm,min) (J.M.Couldson. p.473) Minimum liquid rate pada 70 % liquid turn down ratio Lm,min = 0,7 x Lm, max (J.M.Couldson. p.473) = 0,7 (1,0 kg/det) = 0,8415 kg/det - Weir liquid crest (how) how = Lm 750 l Iw 3 (J.M.Couldson. Eq.11.85) how,maks = how,min = Pada rate minimum hw + how Lm, maks 750 l Iw 3 = 1,1863 mm liquid Lm,min 750 l Iw 3 = 9,6073 mm liquid = 50 mm + 9,6073 mm = 59,6073 mm Dari figure JM. Couldson ed 6 K = 30,3 - Minimum design vapour velocity (ŭh) Ŭh = K 1 0,90 5, 4 =,046m/s V dh (J.M.Couldson. Eq.11.84)

76 - Actual minimum vapour velocity (Uv,min actual) Uv,min actual = 0,7 Uv maks (J.M.Couldson..Eq.11.84) Ah = 0,8096 m/s - Jadi minimum operating rate harus berada diatas nilai weep point. Plate pressure drop - Jumlah maksimum vapour yang melewati holes (Ǚh) Ǚh = Uv,maks Ah = 1,1566 m/s - Dari figure JM. Couldson ed 6, untuk : Platethicness holediameter = 1 (J.M.Couldson..p.473) Ah Ap Ah = Aa = 0,1 Ah x 100 = 10 Ap Sehingga didapat nilai Orifice coeficient (Co) = 0,84 - Dry plate drop (hd) Uh hd = 51 Co - Residual head (hr) 1,5.10 hr = = 3,434 mm liquid L - Total pressure drop (ht) 3 = 1,3153 mm liqiud V (J.M.Couldson..Eq.11.88) L (J.M.Couldson..Eq.11.89) ht = hd + (hw + how) + hr (J.M.Couldson..p.474) = 77,7450 mm liquid Ketentuan bahwa nilai ht harus lebih kecil dari 100 mm liquid telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.474)

77 Downcomer liquid backup - Downcomer pressure loss (hap) hap = hw 10 mm (J.M.Couldson..p.477) = = 40 mm - Area under apron (Aap) Aap = hap. Iw (J.M.Couldson..p.474) = 0,090 m Karena nilai Aap lebih kecil dari nilai Ad (0,0856 m ), maka nilai Aap yang digunakan pada perhitungan head loss di downcomer (hdc) - Head loss in the downcomer (hdc) Lm,max hdc = 166 L Aap (J.M.Couldson..Eq.11.9) = 0,4451 mm - Back up di downcomer (hb) hb = (hw + how) + ht + hdc (J.M.Couldson..p.474) = 140,3763 mm = 0,1404 m hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/ (plate spacing + weir height)/ = 0,175 m, Ketentuan bahwa nilai hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/, telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.474) Check resident time (tr) Ad hdc L tr = Lm, maks =6,31 s Nilai tr lebih besar dari 3 s. (J.M.Couldson..Eq.11.95) Check Entrainment - Persen flooding actual.

78 u v = Uvmaks An = 0,0999 m/s uv % flooding = x100 u f (J.M.Couldson..p.474 (J.M.Couldson..p.474) = 85% - Untuk nilai F LV = 0,1344 dari figure 11.9 JM. Couldson ed 6 Didapat nilai ψ = 0,05 Ketentuan bahwa nilai ψ harus lebih kecil dari 1, telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.475) e. Trial plate layout Digunakanplate type cartridge, dengan 50 mm unperforted strip mengelilingi pinggir plate dan 50 mm wide calming zones. Iw - Dari figure 11.3 JM. Couldson ed 6 pada = 0,76 Dc Di dapat nilai θ C = 10 O - Sudut subtended antara pinggir plate dengan unperforated strip (θ) θ = θ C (J.M.Couldson..p.475) = = 78 O - Mean length, unperforated edge strips (Lm) Dc hw x3,14 (J.M.Couldson..p.475) 180 Lm = = 0,9558 m - Area of unperforated edge strip (Aup) Aup = hw. Lm (J.M.Couldson..p.475) = 50 x ,9558 m = 0,0478 m - Mean length of calming zone (Lcz) C Lcz = ( Dchw)sin = 0,5381 m (J.M.Couldson..p.475)

79 - Area of calming zone (Acz) Acz = ( Lcz. hw) (J.M.Couldson..p.475) = (0,5381 x ) = 0,0538 m - Total area perforated (Ap) Ap = Aa (Aup + Acz) (J.M.Couldson..p.475) = 0,36 m Dari figure JM. Couldson ed 6 di dapat nilai Ip/dh =,6 untuk nilai Ah/Ap = 0, Jumlah holes Area untuk 1 hole (Aoh) Aoh = = dh 3,14 4 (5x10 3, ) = 0, m Jumlah holes = Ah Aoh = 171,77 = 17 holes (J.M.Couldson..p.475) (J.M.Couldson..p.475) f. Ketebalan minimum kolom bagian bawah. Ketebalan dinding bagian head, t head t = P. Da C. S. E 0,. P j Ketebalan dinding bagian silinder, t silinder t = P. ri C S. E 0,6. P j c c ( Peter Tabel.4 Hal 537) ( Peter Tabel.4 Hal 537) Dimana : P = Tekanan Design = 1 atm D = Diameter tanki = 0,755 m r i = Jari-jari tanki = 0,376 m S = Tekanan kerja yang diinginkan= 93,6 atm

80 C c = Korosi yang diinginkan = 0,0 m E j = Efisien pengelasan = 0,85 A= 1 atm x 0,755 m t head = 0,0 m.(93,6 atm x0,85) 0, x 1 atm = 0,00475 m =,0475cm 1atm x 0,755 m t silinder = 0,0 m (93,6atm x 0,85) 0,6 x0,755atm Sehingga : = 0,00475 m =,0475 cm OD = ID + t silinder = 0,755 m + (0,00475 m) = 0,7934 m g. Efisiensi Tray Perhitungan Efisiensi Tray menggunakan Van Winkle s Correlation E mv = 0,07. (Dg) 0,14. (Sc) 0,5. (Re) 0,08 Dimana : µ L = 9,64 x 10-3 N.s/m µ V = 1, x 10 - N.s/m D LK = = h w 13 1,173x10.. M. 0,6 V m 0.5. T 13 1,173x ,015 1, x10. (0,074) = 50 mm FA (Fractional Area) = Ah / Ac = 0,076 u V σ L 0.5 0,6.33 = 6,8 x 10-8 = Superficial vapour velocity = 0,0868 m/s = 0,4073 N/m Dg = L = 486,779 L. uv Sc = L p L. DLK = 15,5339

81 h Re = w. uv. pv = 37,633 L. FA E mv = 0,07 x (486,779) 0,14 x (19,607) 0,5 x (37,633) 0,08 = 0,9394 = 93,94% h. Tinggi tangki H = [N 1.Tray spacing1 + (N + 1). Tray spacing] / E mv = [(15. 0,3) + (3 + 1). 0,3] / 0,9394 = 5,748 m He = tinggi tutup ellipsoidal = ¼ x ID = 0,1881 m Ht = H +. He = 5,748 m +. (0,1881 m) = 6,144 m 4. REBOILER-01 (RB- 101) Fungsi : Menguapkan kembali bottom product MD- 101 Tipe : Kettle Reboiler Gambar : Vapor ke KD - 01 Steam in Steam out Bottom KD - 01 in Bottom KD - 01 Out Fluida Panas : Saturated Steam W = 37736,948 kg/jam = 83019,8454 lb/jam T 1 T = 110 o C = 30 o F = 110 o C = 30 o F Fluida Dingin : Bottom Product KD-01 w = 883,136 kg/jam = 19410,8918 lb/jam

82 t 1 t = 50 o C = 1 o F = 50 o C = 1 o F Perhitungan: a. Beban Panas RB-01 Q = ,9610 kj/jam = ,0345 Btu/jam b. LMTD Fluida Panas Fluida Dingin ( o F) ( o F) Selisih 30 Suhu tinggi Suhu rendah Selisih 0 0 LMTD = Isothermal Boiling Point LMTD = 108 o F c. Tc = 30 o F tc = 1 o F dimana: tc = ta - Asumsi U D = 00 Btu/hr.ft. o F A = 4318,0348ft Jumlah tube, Nt = 1073,7374 Pada tabel 9 Kern, jumlah tube yang memenuhi adalah Rencana Klasifikasi Tube Side Length OD = 15 ft = 1 in BWG = 16 Pitch Pass = 8 = 1,5 in a = 0,618ft /ft Tube Bundle Tube bundle diameter = do Nt Ki 1 ni

83 Shell Side Tabel 1.4 Coulson, Ki = 0,0365dan Ni =,6750 Tube bundle diameter = 1 in x ,0365 1,85 = 37,9985 in Digunakan shell tipe K (kettle type reboiler)1 in circular bundle dalam 33 in shell ID HOT FLUID: Tube Side, Bottom ProductMD-101 a. Flow Area, at a t = 0,77 in at = Nt.a t/144n = 0,114ft b. Laju Alir Massa, Gt Gt = w/at = ,8887lb/hr.ft c. Pada tc = 500 o F μ = 0,0186 cp = 0,0450 lb/ft.hr D = 0,87 in = 0,075 ft Ret = D.Gt/μ = ,160 L/D = 06,8966 d. J H = 800 (Fig.4 Kern) e. Prandl Number k = 0,06 Btu/hr.ft. o F c = 0,4745 Btu/lb. o F 1 3 c Pr = k = 1 3 0,4757 0,045 0,06 = 0, k c f. hi = J H D k w 0,14 = 45,0585 Btu/hr.ft. o F g. hio = hi x ID/OD = 13,009 Btu/hr.ft. o F

84 COLD FLUID: Shell Side, Saturated Steam a. Asumsi ho = 75Btu/hr.ft. o F hio b. tw = tc + (Tc tc) hio ho = 401,6311 o F (Δt)w = tw - tc = 79,6311 o F Dari gambar Kern, hv > 300, maka dipakai ho 300 c. Clean Overall Coefficient, Uc hioho Uc = = 14,6301 Btu/hr.ft. o F hio ho d. Dirt Factor, Rd Rd = U U C C U U D D = 0,000 hr.ft. o F/Btu PRESSURE DROP HOT FLUID: Tube Side, Saturated Steam Ret = ,160 ƒ = 0,0001 ft /in (Fig.6 Kern) Gt = ,8887 lb/hrft ΔPt = fgt Ln 10 5,10 Ds t = 1,6345 Psi V /g = 0,008 (Fig.7 Kern) S = 0,77 ΔPr = (4n/s)(V /g) = 0,3408 Psi ΔP T = ΔPt + ΔPr = 1,9753 Psi COLD FLUID : Shell Side, Bottom Produk KD-01 Res = 6140,3673 f = 0,004 Fig 9, Kern

85 s =1,059 Gs = 14458,5300 lb/hr.ft Ds = 0,0593 ft a. Number of crosses, N + 1 = 1 L/D = 15 b. ΔPs fgs Ds( N 1) = 10 5,10 Des = 0,4695 Psi Tabel hasil perhitungan reboiler SUMMARY hio = 13,009 h outside ho = 44,460 U C = 14,6301 U D = 199,990 Rd Calculated = 0,000 1,9753 psi Calculated ΔP, Psi 0,378 psi 10 psi Allowable ΔP, Psi 10 psi 5. Condensor (CD- 101) Fungsi : Tempat mengkondensasikan top produk MD Type : Shell And Tube Heat Exchanger. Bahan : Carbon Steel Gambar : Fluida Panas : Top produk MD W 1 = 13404,6467 kg/jam = 9490,8 lb/jam T 1 = 50 o C = 1 o F T = 50 o C = 1 o F Fluida Dingin : Air pendingin W 1 = 17149,1176 kg/jam = ,0587 lb/jam t 1 = 30 o C = 86 o F

86 t = 40 o C = 104 o F Perhitungan berdasarkan Process Heat Transfer, Kern. a. Beban Panas CD- 101 Q = ,5313 kj/hr = ,5535Btu/hr b. Menghitung T Fluida Panas Fluida Dingin Selisih 1 Temp. Tinggi Temp. Rendah Tc dan tc LMTD ( T) = ( T - T 1 ) / ln ( T / T 1 ) (Pers. 5.14, Kern) Tc = 1 o F tc = 95 o F T = 5, Trial U D = Asumsi U D = 100 Btu/ jam FT o F (Tabel 8, Kern) A = Q / U D. T = 48689,893ft. Karena A > 00 ft, maka digunakan Shell & Tube Heat Exchanger dengan spesifikasi sebagai berikut : Dari Tabel 10, Kern : Panjang Tube (L) = 17 ft OD BWG = 16 Pass = 4 = 1 in = 0,083 ft Tube sheet = in, triangular pitch a = 0,618 ft c. Jumlah Tube

87 a. Jumlah Tube N t A '' L.a = 51 tube b. Ambil N t pada tabel 9 Kern yang mendekati, sesuai dengan ukuran tube yang telah dipilih, N t = 51 d. Data Spesifikasi Karena U D mendekati asumsi, maka dari tabel 9 Kern diperoleh data sebagai berikut : 1. Tube side : N t = 51 P T = 1,5 in = 0,104 ft C. Shell Side : Tube Passes = 4 = (P T OD tube) = (1,5 in 1 in) = 0,5 in = 0,01 ft Tube OD = 1 in = 0,083 ft ID = 39 in (table 9, Kern) Baffle space (B) = 7,8inch Pass = 1 e. Tube Side : Air Pendingin 1. Flow area, a t a ' t = 0,77 ft a t N t.a't n = 4,351 ft. Laju alir massa, G t G t w a t = ,5131lb/jam ft 3. Bilangan Reynold, R et

88 Pada, t c = 95 o F = 0,6514 cp = 1,5759 lb / ft hr De = ID = 0,87 in = 0,075 ft R et G t. D e = , Dari gambar 4, Kern hal. 834 Pada, R et = ,609 L/D jh = 1000 = 34,488 didapat 5. Prandl Number, P r P r = Cp. k P r = 4,3618 k C p = 0,3649 Btu/jam.ft. o F = 1,01 Btu/lb. o F h i = jh k D..Cp k 1/ 3 = 8183,530Btu/jam.ft. o F (Pers. 6.15, Kern) h io = h i (ID/OD) (Pers. 6.9, Kern) = 7119,4301Btu/jam.ft. o F f. Shell Side : Top produk MD Pada T c = 1 o F B = 7,8 in C = 0,5 in Luas area laluan, a s a s = IDxC" xb 144 xp t a s = 0,45ft 1. Laju alir, G s

89 G s = W a s G s = 69799,3439 lb/jam ft. Bilangan Reynold, R es Pada, T c = 1 o F = 1, x 10 - cp =,95 x 10 - lb / ft hr De = 0,7118 in = 0,0593 ft R es 3. Prandl Number, P r G. s D e R es = 14076,9676 j H = 50 ( Fig.8 Kern ) P r = k C p Cp. k = 1,45 x 10 - Btu/jam.ft. o F = 0,5085Btu/lb. o F P r = 1, Koefisien perpindahan panas, h o h o = jh (k/d) (c/k) 1/3 = 61,898 Btu/hr.ft o F 5. Clean Overall Coefficient, U c U c 6. Koreksi U D g. Pressure Drop 1. Tube Side h h io io.ho h o = 61,3646 Btu/jam ft. o F 1 1/U D Rd Uc = 0,01 Btu/jam ft. o F U D = 100 Btu/jam ft. o F Untuk R et = ,609 f = 0,0001 (Fig 6, Kern)

90 s = 0,9986 P f.g t 5,.10 G t t 10.L.n.D.s. = 1,8958psi = ,5131lb/ft jam Maka, dari Fig. 7 Kern hal. 837 didapat : V /g = 0,3 t P r 4.n s v x ' g = 4,8067 psi P T = P t + P r = 6,706 psi. Shell side Faktor friksi Re = 14076,9676 f = 0,0001 (Fig.9, Kern) Number of cross, (N+1) N + 1 = 1 L / B = 6,1538 Ds = ID/1 = 3,500 ft s = 0,9986 ΔPs f Gs Di ( N 1) = 10 5, x10 xde Ss = 0,0161 psi

91 Tabel hasil perhitungan kondensor SUMMARY ho = 61,898 h outside hio = 7119,4301 U C = 61,3646 U D = 100 1,8958 psi Calculated ΔP, Psi 0,00161 psi 10 psi Allowable ΔP, Psi 10 psi 6. MENARA DISTILASI 10 (MD 10) Fungsi : Memisahkan Metanol dari campuran Air Tipe : Sieve Tray Tower Gambar : a. Menentukan kondisi operasi. Dengan Trial and Error, didapatkan kondisi operasi ; FEED P = 1 atm = 1,0133 bar T = 70 o C = 343 o K Menentukan nilai Xi Xi (CH3OH) = laju alir (CH3OH) / laju alir total = 0, / 180,9958 = 0,0003 Menentukan nilai Ki

92 Ki (CH3OH) = Pi (CH3OH) / P (CH3OH) = 1,0994 / 1,0133 = 1,0850 Menentukan nilai fraksi mol Yi Yi (CH3OH) = Xi (CH3OH) x Ki (CH3OH) = 0,0003 x 1,0850 = 0,0004 Untuk hasil perhitungan CH 3 OCH 3 dan H O dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel hasil perhitungan kondisi umpan pada menara destilasi Komponen Teknan (Pi) Laju alir (kmo) Fraksi mol Kesetimbangan Fraksi mol (xi) (ki) (yi = xi.ki) CH 3 OH 1,0994 0, ,0003 1,0850 0,0004 CH 3 OCH 3 3,4933 0, ,0015 3,4475 0,0051 H O 0, , ,998 0,4088 0,4080 Total 180,9958 1,0000 0,4135 TOP P = 1atm = 1,0133 bar T = 70 o C = 343 o K Menentukan nilai Zi Zi (CH3OH) = laju alir (CH3OH) / laju alir total = 0,0586/ 1,18 = 0,0480 Menentukan nilai fraksi mol Yi Yi (CH3OH) = Zi (CH3OH) / Ki (CH3OH) = 0,0480 / 1,0850 = 0,044 Untuk hasil perhitungan CH 3 OCH 3 dan H O dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

93 Tabel hasil perhitungan kondisi top produk pada menara destilasi Laju alir Fraksi Kesetimbangan Fraksi mol Komponen (kmol) mol (Zi) (Ki = Pi/P) (Yi = Zi/Ki) CH 3 OH 0,0586 0,0480 1,0850 0,044 CH 3 OCH 3 0,637 0,158 3,4475 0,066 H O 0,8995 0,736 0,4088 1,8010 Total 1,18 1,0000 1,9079 BOTTOM P = 1 atm T = 70 o C = 1,0133 bar = 343 o K Menentukan nilai Xi Xi (CH3OH) = laju alir (CH3OH) / laju alir total = 0,0003/ 179,008 = 0, Menentukan nilai fraksi mol Yi Yi (CH3OH) = Xi (CH3OH) / Ki (CH3OH) = 0, / 1,0850 = 0,00006 Untuk hasil perhitungan CH 3 OCH 3 dan H O dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel hasil perhitungan kondisi bottom produk pada menara destilasi Laju alir Fraksi Kesetimbangan Fraksi mol Komponen (kmol) mol (xi) (Ki = Pi/P) (Yi = Xi. Ki) CH 3 OH 0,0003 0,0000 1,0850 0,0000 CH 3 OCH 3 0,0013 0,0000 3,4475 0,0000 H O 179,0065 1,0000 0,4088 0,4088 Total 179,008 1,0000 0,4088 b. Desain Kolom Destilasi a. Menentukan Relatif Volatilitas, α Komponen kunci : Light Key : Metanol Heavy Key : Dimetil Eter

94 K K LK (Ludwig,E.q 8.13) HK α D = K LK / K HK = 3,1775 α B = K LK / K HK Avg = 3,1775 top bottom (Ludwig,E.q 8.11) = 3,163 b. Menentukan Stage Minimum Dengan menggunakan metode Fenske ( R. Van Wingkle;eg : ; p 36) N N M Log M Log N,618 M X / X x X / X LK HK D Log ( Avg ) HK 0.158/ 0,0480 x 0, / 0, D Log (3,163) Karena menggunakan reboiler maka N m = 1,618 LK B B c. Mencari Refluks Ratio Minimum R R R m m m 1 1 X d LK 1 X d LK 1 X F LK X F LK 1 0,158 3, ,158 3, , ,015 66,796 d. Teoritical Tray Pada Actual reflux Methode Gilliland Diketahui : Rm = 66,796 Nm = 1,618 Untuk menentukan jumlah plate toritis digunakan korelasi gilliland sehingga didapat nilai R = 15,5 dan N teoritis = 10 O Conneil s correlation Eo = 51- [3,5 x log (µa x αa)]

95 Dimana: μa = Viskositas liquid molar rata-rata,ns/m αa e. Actual Stage Eo = 53 % N actual = N actual = Relatif Volatility rata-rata LK = Nteoritis Eo 10 0,53 = 19 = (stage reboiler) = 0 f. Menentukan Feed Location. Feed location ditentukan dengan menggunakan metode Kirkbride. m Log = p X LK B X B X HK 0,06 Log (Coulson vol.6 Eq 11.6)) D X LK F HK D m Log = -1, p m p = 0,0106 m = 0,0106 p N = m + p (RE.Treyball, p.311) 0 = 0,0106 p + p p = 19 m = 1 Dari perhitungan diketahui : m (Rectifying section ) = 1 tray p (Striping section ) = 19 tray Jadi Feed masuk dari puncak kolom destilasi.

96 c. Desain kolom bagian atas (Rectifying section) a. Data fisik untuk rectifying section D L V = 30,1958 kg/jam = 0,0084 kg/s = R. D = 15,5 (30,1958 kg/jam) = 468,0350 kg/jam = 0,1300 kg/s = L + D = 468,308 kg/jam + 30,1958 kg/jam = 743,586kg/jam = 0,1384 kg/s Tabel data fisik menara destilasi -10 Data Fisik Vapour Liquid Mass Flow rate (kg/det) Density (kg/m 3 ) Volumetric Flow rate (m 3 /det) 0, ,7700 0,0088 Surface tention (N/m) 0,008 0, ,0000 0,0001 b. Diameter kolom a. Liquid Vapour Flow Factor (F LV ) F LV = L V W W V L (J M.Couldson. Eq.11.8) = 0,1150 b. Ditentuakan tray spacing = 0,3 m c. Dari figure 11.7 buku Chemical Engineering, vol. 6, 1. JM. Couldson didapat nilai konstanta K 1 = 0,056 d. Koreksi untuk tegangan permukaan 0, K 1 * = K1 0 0,008 0, = 0, 056 0

97 = 0,014 e. Kecepatan Flooding (u f ) u f = K * L V 1 (J M.Couldson. Eq.11.81) V = 0,0560 ( ,77) 15,77 = 0,1149m/s f. Desain untuk 85 % flooding pada maksimum flow rate ( u ) u = 0,85. u f (J M.Couldson. p.47) = 0,85. 0,1149m/s = 0,0976 m/s g. Maksimum volumetric flow rate (Uv maks) Uv maks = = V.3600 V 498,308 kg / jam 3 15,77kg / m.3600 (J M.Couldson. p.47) = m 3 /s h. Net area yang dibutuhkan (An) U An = V maks u (J M.Couldson. p.47) = m / s 0,0976 m/ s = 0,0899 m i. Cross section area dengan 1 % downcormer area (Ac) Ac = An 1 0,1 (J M.Couldson. p.47) = 0,0899 m = 0,101 m 1 0,1 j. Diameter kolom (Dc) Dc = 4 Ac 3,14 (J M.Couldson. p.47)

98 = 4(0,101 m ) 3,14 d. Desain plate = 0,3607 m a. Diameter kolom (Dc) = 0,3607 m b. Luas area kolom (Ac) Ac = = Dc. 3,14 4 (0,3607) (3.14) 4 = 0,101 m c. Downcomer area (Ad) (J M.Couldson. p.473) Ad = persen downcomer x Ac (J M.Couldson. p.473) = 0,1 (0,101 m ) = 0,013 m d. Net area (An) An = Ac Ad = 0,101m 0,013 m = 0,0899 m e. Active area (Aa) Aa = Ac Ad (J M.Couldson. p.473) = 0,101m (0,013 m ) = 0,0776 m f. Hole area (Ah) ditetapkan 10% dari Aa sebagai trial pertama Ah = 10 %. Aa = 0,0078m g. Nilai weir length (Iw) ditentukan dari figure 11.31, JM. Couldson ed 6 Ad Ordinat = x100 Ac Absisca = Sehingga : I w Dc Iw = Dc. 0,76 0,013 = x 100 = 1 0,101 = 0,76

99 e. Pengecekan = 0,3607 m. 0,76 = 0,741 m Maks vol liquid rate = L/ρ L = 0,0001 m 3 /s Dari figure 11.8 untuk nilai maks vol liquid rate= 0,0001 m 3 /s digunakan reverse plate. h. Penentuan nilai weir height (hw), hole diameter (dh), dan plate thickness, (nilai ini sama untuk kolom atas dan kolom bawah) Weir height (hw) = 50 mm (J M.Couldson. p.571) Hole diameter (dh) = 5 mm (J M.Couldson. p.573) Plate thickness = 5 mm (J M.Couldson. p.573) Check weeping - Maximum liquid rate (Lm,max) L Lm,max = 3600 = = 0,1300 kg/s - Minimum liqiud rate (Lm,min) 468,0350 kg / jam (J.M.Couldson. p.473) 3600 Minimum liquid rate pada 70 % liquid turn down ratio Lm,min = 0,7 Lm, max (J.M.Couldson. p.473) = 0,7 (0,1300 kg/s) = 0,0910 kg/s - Weir liquid crest (how) how = how,maks = Lm 750 l Iw 3 Lm, maks 750 l Iw (J.M.Couldson. Eq.11.85) 3 = 0,1300 kg /det / 0,741 kg m x = 4,4094 mm liquid 3

100 how,min = Lm,min 750 l Iw 3 = Pada rate minimum hw + how 0,0910 kg /det / 0,741 kg m = 3,4763 mm liquid = 50 mm + 3,976 mm = 53,4763 mm Dari figure JM. Couldson ed 6 K = 30, - Minimum design vapour velocity (ŭh) Ŭh = = K 1 V 0, ,77 0,90 5, 4 dh 30, 5,4 5 =,9815 m/s - Actual minimum vapour velocity (Uv,min actual) Uv,min actual = = 3 (J.M.Couldson. Eq.11.84) 0,7 Uv maks (J.M.Couldson..Eq.11.84) Ah 0,7 0,0131 0,0116 = 0,7914 m/s - Jadi minimum operating rate harus berada diatas nilai weep point. - Plate pressure drop - Jumlah maksimum vapour yang melewati holes (Ǚh) Ǚh = Uv,maks Ah = 1,1305m/s - Dari figure JM. Couldson ed 6, untuk : Platethicness holediameter = 1 (J.M.Couldson..p.473)

101 Ah Ap Ah = Aa = 0,1 Ah x 100 = 10 Ap Sehingga didapat nilai Orifice coeficient (Co) = 0,84 - Dry plate drop (hd) Uh hd = 51 Co - Residual head (hr) 1,5.10 hr = = 1,3848 mm liquid = L 3 3 1, Total pressure drop (ht) = 11,881 mm liqiud V (J.M.Couldson..Eq.11.88) L (J.M.Couldson..Eq.11.89) ht = hd + (hw + how) + hr (J.M.Couldson..p.474) = 67,6764 mm liquid Asumsi pressure drop 100 mm liquid per plate, sehingga ht = 67,6764 mm dapat diterima. Downcomer liquid backup - Downcomer pressure loss (hap) hap = hw (10 mm) (J.M.Couldson..p.577) = = 40 mm - Area under apron (Aap) Aap = hap. Iw (J.M.Couldson..p.474) = 40 x ,0400 m = 0,0110 m Karena nilai Aap lebih kecil dari nilai Ad (0,0110 m ), maka nilai Aap yang digunakan pada perhitungan head loss di downcomer (hdc) - Head loss in the downcomer (hdc)

102 Lm, max hdc = 166 L Aap = 0, ,0110 (J.M.Couldson..Eq.11.9) = 0,011 mm - Back up di downcomer (hb) hb = (hw + how) + ht + hdc (J.M.Couldson..p.474) = 1,069 mm = 0,11 m hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/ (plate spacing + weir height)/ = 0,175 m, Ketentuan bahwa nilai hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/, telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.474) Check resident time (tr) tr = = Ad hdc L (J.M.Couldson..Eq.11.95) Lm, maks 0,013 0, ,1300 = 1,1104 s Ketentuan bahwa nilai tr harus lebih besar dari 3 s, telah terpenuhi. Check Entrainment - Persen flooding actual. u v = = Uv maks An 0,0088 0,0899 = 0,0976 m/s (J.M.Couldson..p.474) uv % flooding = x100 (J.M.Couldson..p.474) u f

103 f. Trial plate layout 0,0976 = x 100 0,1149 = 85% - Untuk nilai F LV = 0,1150 dari figure 11.9 JM. Couldson ed 6 Didapat nilai ψ = 0,033 Ketentuan bahwa nilai ψ harus lebih kecil dari 1, telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.475) Digunakan plate type cartridge, dengan 50 mm unperforted strip mengelilingi pinggir plate dan 50 mm wide calming zones. Iw 0, Dari figure 11.3 JM. Couldson ed 6 pada = = 0,76 Dc 0,4407 Di dapat nilai θ C = 10 O - Sudut subtended antara pinggir plate dengan unperforated strip (θ) θ = θ C (J.M.Couldson..p.475) = = 78 O - Mean length, unperforated edge strips (Lm) Dc hw x3,14 (J.M.Couldson..p.475) 180 Lm = 3 = 0, x 10 = 0,48m 78 x 3, Area of unperforated edge strip (Aup) Aup = hw. Lm (J.M.Couldson..p.475) = 50 x ,48 = 0,011 m - Mean length of calming zone (Lcz) C Lcz = ( Dchw)sin 3 10 = (0, x 10 ) sin = 0,380 m (J.M.Couldson..p.475)

104 - Area of calming zone (Acz) Acz = ( Lcz. hw) (J.M.Couldson..p.475) = (0, ) = 0,038 m - Total area perforated (Ap) Ap = Aa (Aup + Acz) (J.M.Couldson..p.475) = 0,0776 (0,011+ 0,038) = 0,037 m Dari figure JM. Couldson ed 6 di dapat nilai Ip/dh =,5 untuk nilai Ah/Ap = 0,375 - Jumlah holes Area untuk 1 hole (Aoh) Aoh = = dh 3,14 4 (50x10 3, = 0, m Jumlah holes = = Ah Aoh ) 0,0078 0, = 395,5495 = 396 holes (J.M.Couldson..p.475) (J.M.Couldson..p.475) g. Ketebalan minimum kolom bagian atas. a. Ketebalan dinding bagian head, t head t = P. Da C. S. E 0,. P j Ketebalan dinding bagian silinder, t silinder t = P. ri C S. E 0,6. P j c c ( Peter Tabel.4 Hal 537) ( Peter Tabel.4 Hal 537) Dimana : P = Tekanan Design = 1 atm

105 D = Diameter tanki = 0,3607 m r i = Jari-jari tanki = 0,1804m S = Tekanan kerja yang diinginkan = 93,97 atm C c = Korosi yang diinginkan = 0,0 m E j = Efisien pengelasan = 0,85 a = t head 1 atm x 0,3607 m = 0,0 m.(93,97 atmx0,85) 0, x1 atm = 0,00 m =,08 cm 1atm x 0,3607 m t silinder = 0,0 m (93,97 atm x 0,85) 0,6 x1atm Sehingga : = 0,0078 m =,078cm OD = ID + t silinder = 0,3607 m + (0,0078m) = 0,401m b. Data fisik untuk rectifying section F = 3,1880 kg/jam = 0,8951 kg/s L* = F + L = kg/jam = 1,051 kg/s V* = V + ( q 1 ) x F = 498,308 kg/jam = 0,1384 kg/s Tabel data fisik menara destilasi -10 Data Fisik Vapour Liquid Mass Flow rate (kg/det) Density (kg/m 3 ) Volumetric Flow rate (m 3 /det) 0, ,7000 0,0094 1, ,0000 0,0018 Surface tention (N/m) 0,007

106 c. Diameter kolom d. Liquid Vapour Flow Factor (F LV ) F LV = L V W W V L (J M.Couldson. Eq.11.8) F LV = 691,4110 kg / jam 498,308 kg / jam 14, = 1,6346 e. Ditentuakan tray spacing = 0,3 m f. Dari figure 11.7 buku Chemical Engineering, vol. 6,. JM. Couldson didapat nilai konstanta K 1 = 0,03 g. Koreksi untuk tegangan permukaan 0, K 1 * = K1 0 0, 0,007 = 0, 04 0 = 0,0076 h. Kecepatan Flooding (u f ) u f = K * L V 1 (J M.Couldson. Eq.11.81) V = 0, ,7 14,7 = 0,0639 m/s i. Desain untuk 85 % flooding pada maksimum flow rate ( u ) u = 0,85. u f (J M.Couldson. p.47) = 0,85. 0,0639 m/s = 0,0544 m/s j. Maksimum volumetric flow rate (Uv maks) Uv maks = V.3600 V = 0,0094 m 3 /s k. Net area yang dibutuhkan (An) (J M.Couldson. p.47)

107 U An = V maks u (J M.Couldson. p.47) = 0,173 m l. Cross section area dengan 1 % downcormer area (Ac) Ac = An 1 0,1 = 0,1968 m m. Diameter kolom (Dc) (J M.Couldson. p.47) Dc = 4 Ac 3,14 (J M.Couldson. p.47) n. Desain plate = 0,5007 m o. Diameter kolom (Dc) = 0,5007 m p. Luas area kolom (Ac) Ac = Dc.3,14 4 = 0,1968 m q. Downcomer area (Ad) (J M.Couldson. p.473) Ad = persen downcomer x Ac (J M.Couldson. p.473) r. Net area (An) An s. Active area (Aa) = 0,1 (0,1968 m ) = 0,036 m = Ac Ad = 0,1968 m 0,036 m = 0,173 m Aa = Ac Ad (J M.Couldson. p.473) = 0,1968 m (0,036 m ) = 0,1496 m t. Hole area (Ah) ditetapkan 10% dari Aa sebagai trial pertama Ah = 10 %. Aa = 0,0150 m

108 u. Nilai weir length (Iw) ditentukan dari figure 11.31, JM. Couldson ed 6 Sehingga : Ad Ordinat = x100 Ac Absisca = I w Dc Iw = Dc. 0,76 = 0,5007m. 0,76 = 0,3806 m = 1 = 0,76 a. Maks vol liquid rate = L/ρ L = 0,0018 Dari figure 11.8 untuk nilai maks vol liquid rate= 0,0018 digunakan reverse flow. v. Penentuan nilai weir height (hw), hole diameter (dh), dan plate thickness, (nilai ini sama untuk kolom atas dan kolom bawah) Weir height (hw) = 50 mm (J M.Couldson. p.571) Hole diameter (dh) = 5 mm (J M.Couldson. p.573) Plate thickness = 5 mm (J M.Couldson. p.573) w. Pengecekan Check weeping - Maximum liquid rate (Lm,max) L Lm,max = 3600 = 1,901 kg/det - Minimum liqiud rate (Lm,min) (J.M.Couldson. p.473) Minimum liquid rate pada 70 % liquid turn down ratio Lm,min = 0,7 x Lm, max (J.M.Couldson. p.473) = 0,7 (1,901 kg/det) = 1,3441 kg/det - Weir liquid crest (how) how = Lm 750 l Iw 3 (J.M.Couldson. Eq.11.85)

109 how,maks = how,min = Pada rate minimum hw + how Lm, maks 750 l Iw 3 = 1,357 mm liquid Lm,min 750 l Iw 3 = 16,7417 mm liquid = 50 mm + 16,7417 mm = 60,7417mm Dari figure JM. Couldson ed 6 K = 30,3 - Minimum design vapour velocity (ŭh) Ŭh = K 1 0,90 5, 4 = 3,114m/s V dh - Actual minimum vapour velocity (Uv,min actual) Uv,min actual = (J.M.Couldson. Eq.11.84) 0,7 Uv maks (J.M.Couldson..Eq.11.84) Ah = 0,4406 m/s - Jadi minimum operating rate harus berada diatas nilai weep point. Plate pressure drop - Jumlah maksimum vapour yang melewati holes (Ǚh) Ǚh = Uv,maks Ah = 0,694 m/s - Dari figure JM. Couldson ed 6, untuk : Platethicness holediameter = 1 (J.M.Couldson..p.473) Ah Ap Ah = Aa = 0,1 Ah x 100 = 10 Ap

110 Sehingga didapat nilai Orifice coeficient (Co) = 0,84 - Dry plate drop (hd) Uh hd = 51 Co = 0,3974 mm liquid - Residual head (hr) 1,5.10 hr = L 3 V (J.M.Couldson..Eq.11.88) L (J.M.Couldson..Eq.11.89) = 11,8036 mm liqiud - Total pressure drop (ht) ht = hd + (hw + how) + hr (J.M.Couldson..p.474) = 83,4367 mm liquid Ketentuan bahwa nilai ht harus lebih kecil dari 100 mm liquid telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.474) Downcomer liquid backup - Downcomer pressure loss (hap) hap = hw 10 mm (J.M.Couldson..p.477) = = 40 mm - Area under apron (Aap) Aap = hap. Iw (J.M.Couldson..p.474) = 0,015 m Karena nilai Aap lebih kecil dari nilai Ad (0,035 m ), maka nilai Aap yang digunakan pada perhitungan head loss di downcomer (hdc) - Head loss in the downcomer (hdc) Lm,max hdc = 166 L Aap =,3551 mm - Back up di downcomer (hb) (J.M.Couldson..Eq.11.9)

111 hb = (hw + how) + ht + hdc (J.M.Couldson..p.474) Check resident time (tr) = 157,075 mm = 0,1570 m Ad hdc L tr = (J.M.Couldson..Eq.11.95) Lm, maks =,0456 s Nilai tr Mendekti 3 s jadi memenuhi. Check Entrainment - Persen flooding actual. u v = Uvmaks An = 0,0544 m/s uv % flooding = x100 u f = 85 (J.M.Couldson..p.474) (J.M.Couldson..p.474) - Untuk nilai F LV = 0,6747 dari figure 11.9 JM. Couldson ed 6 Didapat nilai ψ = 0,00 Ketentuan bahwa nilai ψ harus lebih kecil dari 1, telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.475) h. Trial plate layout Digunakan plate type cartridge, dengan 50 mm unperforted strip mengelilingi pinggir plate dan 50 mm wide calming zones. Iw - Dari figure 11.3 JM. Couldson ed 6 pada = 0,76 Dc Di dapat nilai θ C = 10 O - Sudut subtended antara pinggir plate dengan unperforated strip (θ) θ = θ C (J.M.Couldson..p.475) = = 78 O - Mean length, unperforated edge strips (Lm)

112 Dc hw x3,14 (J.M.Couldson..p.475) 180 Lm = = 0,6133 m - Area of unperforated edge strip (Aup) Aup = hw. Lm (J.M.Couldson..p.475) = 50 x ,6133 m = 0,0307 m - Mean length of calming zone (Lcz) Lcz C = ( Dchw)sin (J.M.Couldson..p.475) = 0,3453 m - Area of calming zone (Acz) Acz = ( Lcz. hw) (J.M.Couldson..p.475) = (0,3453 x ) = 0,0345 m - Total area perforated (Ap) Ap = Aa (Aup + Acz) (J.M.Couldson..p.475) = 0,844 m Dari figure JM. Couldson ed 6 di dapat nilai Ip/dh =,5 untuk nilai Ah/Ap = 0,177 - Jumlah holes Area untuk 1 hole (Aoh) Aoh = = dh 3,14 4 (5x10 3, = 0, m Jumlah holes = Ah Aoh ) = 76,400 = 763 holes (J.M.Couldson..p.475) (J.M.Couldson..p.475)

113 a. Ketebalan minimum kolom bagian bawah. Ketebalan dinding bagian head, t head t = P. Da C. S. E 0,. P j Ketebalan dinding bagian silinder, t silinder t = P. ri C S. E 0,6. P j c c ( Peter Tabel.4 Hal 537) ( Peter Tabel.4 Hal 537) Dimana : P = Tekanan Design = 1atm D = Diameter tanki = 0,5007 m r i = Jari-jari tanki = 0,504 m S = Tekanan kerja yang diinginkan = 93,6 atm C c = Korosi yang diinginkan = 0,0 m E j = Efisien pengelasan = 0,85 a = t head 1 atm x 0,5007 m = 0,0 m.(93,6 atm x0,85) 0, x1 atm = 0,005 m =,0468cm 1atm x0,5007 m t silinder = 0,0 m (93,6atm x 0,85) 0,6 x1atm Sehingga : = 0,005 m =,0468cm OD = ID + t silinder = 0,5007m + (0,005m) = 1,356m b. Efisiensi Tray Perhitungan Efisiensi Tray menggunakan Van Winkle s Correlation E mv = 0,07. (Dg) 0,14. (Sc) 0,5. (Re) 0,08 Dimana : µ L = 0,857 N.s/m

114 µ V = 0,0083 N.s/m D LK = = h w 13 1,173x10.. M. 0,6 V m 13 1,173x10. 1 = 50 mm 0.5. T 60,056 0, (0,074) FA (Fractional Area) = Ah / Ac = 0,076 u V σ L 0.5 0,6.380,15 = 1,79 x 10-7 = Superficial vapour velocity = 0,0436 m/s = 0,007N/m Dg = L L. uv = 1,6647 Sc = L p L. DLK = 1515,8408 Re = h w. uv. pv L. FA = 1,581 E mv = 0,07. (,61) 0,14. (1,6647) 0,5. (1515,8408) 0,08 = 0,4866 = 48,66% c. Tinggi tangki H = [N 1.Tray spacing1 + (N + 1). Tray spacing] / E mv = [(1. 0,3) + (19 + 1). 0,3] / 0,4866 = 1,9466 m He = tinggi tutup ellipsoidal = ¼ x ID = 0,15 m Ht = H +. He = 1,9466m +. (0,15 m) = 13,1969m

115 10. REBOILER-10 (RB-10) Fungsi : Menguapkan kembali keluaran bottom MD - 10 Tipe: Kettle Reboiler Gambar : Steam in Steam out Fluida Panas : Saturated steam Flowrate, W1 = 951,4809Kg/jam = 097,6538 lb/hr T1 = 110 o C = 30 o F T = 110 o C = 30 o F Fluida Dingin : Produk bottom KD - 0 Flowrate, W = 3585,0684 Kg/jam = 7903,7136 lb/hr t 1 = 70 o C = 158 o F t = 70 o C = 158 o F Perhitungan design sesuai dengan literatur pada Donald Q. Kern (1965). a. Beban Panas H - 01 Q = 51705,508kJ/jam = ,5605Btu/hr b.lmtd Fluida Panas ( o F) Fluida Dingin ( o F) Selisih 30 (T 1 ) 30 (T ) Suhu Tinggi (t h ) Suhu Rendah (t c ) 158 (t ) 158 (t 1 ) 7 7 selisih 0 0 c. Temperatur rata-rata T c = T avg = 0,5 (30+ 30) = 176 o F t c = t avg = 0,5 ( ) = 158 o F Penentuan tipe Heater : Asumsi UD = 00 Btu/hr.ft.F Q A U t D

116 385714,5605 A 00 7 A = 165,6746 ft Karena A < 00 ft, maka dipilih jenis Double Pipe Heat Exchanger (Geankoplis,1997) Dari Tabel.10 Kern didapat spesifikasi data : a. Rencana Klasifikasi Data Pipa Annulus Inner Pipe IPS (in) 1,5 SN OD (in),38 1,9 ID (in),067 1,610 a (ft /ft) 0,6 0,498 Hot Fluid : Annulus a. Flow Area, a a D =,067 inch = 0,173 ft D 1 = 1,9 inch = 0,1583 ft a a = (D D 1 ) 4 = 4 (0,173 0,1583 ) = 0,0036 ft Equivalent Diameter D D De = 1 D 1 0,173 0,1583 = = 0,091ft 0,1583 b. Kecepatan Massa, Ga Ga = W/a a = 097,6538 0,0036 = 58088,576lb/hr.ft

117 Pada T= 176 o F k c k μ = 0,0186 lb/ft.hr Rea = De.Ga/μ 0,091x374941,4801 = 0,0186 = ,4801 J H = 350 (Fig. 4,Kern) c 1 3 = 0,07 Btu/hr.ft ( o F/ft) = 0,475 Btu/lb. o F 0,475x0,0186 = 0,07 = 0,9808 c. Koefisien perpindahan panas k c ho = J H k De w 0,07 = 350 x 0,091 Cold Fluid: Inner Pipe 0,14 x 0,9808 x 1 = 67,8311 Btu/hr.ft. o F a. Flow Area, a p D = 1,61 Inch = 0,134 ft a p = 4 D = 4 (0,134) = 0,0141 ft b. Kecepatan Massa, Gp Gp = w/a p = 7903,7136 0,0141 = ,3637lb/hr.ft

118 Pada 158 o F μ = 1,0689 lb/ft.hr Rep = D.Gp/μ = J H = 170 k c k c 1 3 0,134 x ,3637 1,0689 = 7005,9860 = 0,0810 Btu/hr.ft ( o F/ft) = 0,581 Btu/lb. o F 0,581 x1,06898 = 0,0810 = 1,9717 c. Koefisien Perpindahan Panas k c hi = J H k De w = 170 x 0,0810 0,134 0,14 x 1,9717 x 1 = 0,3866 Btu/hr.ft. o F Koreksi hi pada permukaan OD hio = h i x ID/OD = 0,3866 x (1,610/1,90) Btu/hr.ft. o F = 171,4960 Btu/hr.ft. o F d. Clean Overall Coefficient, U C hioho U C = hio ho 171, ,8311 = 171, ,8311 = 104,5507 Btu/hr.ft. o F

119 e. Design Overall Coefficient, U D 1 1 Rd U U (6.10) D C Rd diasumsikan 0,003 1 U D U D 1 98,469 0,003 = 79,587Btu/hr.ft. o F f. Required Surface A = U = D Q t , = 165,476ft Dari tabel 11 Kern, untuk 1,5-in IPS standard pipe, external surface/foot length= 0,498 ft. Required length = 416,3316 0,498 =836,007ft Diambil panjang 1 hairpin = 0 ft, maka jumlah hairpin yang dibutuhkan = 1 g. Dirt Factor, Rd Actually Length =0 x (84 x ) = 3360 ft Actually surface = 3360 x 0,498 ft U D = Rd = , ,5 x 7 = 1673,800 ft = 79,095Btu/hr.ft. o F U U C C U U D D = 0,0031hr.ft. o F/Btu PRESSURE DROP Hot Fluid: Annulus a. De = (D D 1 )...(6.4)

120 = (0,173-0,1583) ft = 0,0139 ft Rea= De.Ga/μ = ,4801 f = 0,64 0,0035 (Rea') 0,4 = 0,0047 ρ = 6,5 lb/ft 3 b. ΔFa = c.va = 4 fga L g De = 7,9338ft Ga 3600 =,5815fps V d. Fl = jumlah hairpin x g e. Δpa = = 0,3104 ( FaFl) 144 = 1,588Psi Cold Fluid: Inner Pipe a. Rep = 7005,9860 0,64 ƒ = 0,0035 (Re p) = 0,0059 ρ = 65 lb/ft 3 b. ΔFp = 4 fgp L g D = 3,1335 ft c.δpp = Fp. 144 = 1,4144Psi 0,4

121 Tabel hasil reboiler - 10 SUMMARY Ho = 67,8311 h outside hio = 171,4960 Uc = 104,5507 U D = RD calculated = 0,0047 RD required = 0,0030 1,588 P Calculated (psi) 1, ,000 P Allowable (psi) 10, CONDENSOR-10 (CD-10) Fungsi : Tempat mengkondensasikan produk top MD-10 Tipe : Double Pipe Heat Exchanger Gambar : Fluida Panas : Top Produk KD-0 W = 498,308kg/jam = 1096,1077 lb/jam T 1 = 70 o C = 158 o F T = 70 o C = 158 o F Fluida Dingin : Air Pendingin W = 65,06 kg/jam = 57754,4577lb/jam t 1 = 30 o C = 86 o F t = 60 o C = 140 o F Perhitungan: b. Beban Panas C-01 Q = ,437 kj/jam = ,7863Btu/jam

122 c. LMTD Fluida Panas Fluida Dingin ( o F) ( o F) Selisih 158 Suhu tinggi Suhu rendah 86 7 Selisih t t1 LMTD = = 38,958 o F ln ( t / t1) d. Tc = 158 o F ; tc = 133 o F i. Asumsi U D = 100 Btu/hr.ft. o F ,7863 A = = 667,6948ft 6038,958 Karena A> 00 ft, maka dipilih HE jenis Double Pipe Heat Exchanger. ii. Rencana Klasifikasi Data Pipa Outer Pipe Inner Pipe IPS (in) 4 3 SN OD (in) 4,5 3,5 ID (in) 4,06 3,068 a (ft /ft) 1,178 0,917 Cold Fluid (air) : Annulus a. Flow Area, a a D = 4,06/1 = 0,3355 ft D 1 = 3,5/1 = 0,917 ft a a = (D D 1 ) (Pers. 6.3) 4 = 4 (0,3355 0,917 ) = 0,016 ft

123 Equivalent Diameter, De D D 0,3355 0,917 1 De = D 0,917 1 = = 0,0943ft b. Kecepatan Massa, Ga Ga = W/a a = 1096,1077 /0,016 = 5079,0948lb/hr.ft c. Reynold number, Re Pada T avg = 104 o F μ = 0,6514lb/hr ft Rea = De.Ga/μ 0, ,0948 = = 3036,9 0,6514 J H = 17 d. k = 0,3649 Btu/hr.ft ( o F/ft) c = 0,906 Btu/lb. o F (Fig. 4, Kern) 1 3 k e. ho = J c H k De w = 87,491 Btu/hr.ft. o F 0,14 Hot Fluid : Inner Pipe a. Flow Area, a p D = 3,068 in/1 = 0,557 ft a p = 4 D = 4 (0,557) = 0,0513 ft b. Kecepatan Massa, Gp Gp = w/a p = ,3678 lb/hr ft c. Reynold number, Re Pada Tavg = 158 o F μ = 0,1936 lb/ft.hr

124 Rep = D.Gp/μ = ,378 d. J H = 10 (Fig. 4, Kern) e. k = 0,104 Btu/hr.ft ( o F/ft) cp = 0,5 Btu/lb. o F 1 3 k f. hi = J c H k De w = 4,736 Btu/hr.ft. o F 0,14 g. Koreksi hi pada permukaan OD hio = hi x ID/OD = 37,4503 Btu/hr.ft. o F h. Clean Overall Coefficient, U C hio xho U C = = 6,031 Btu/hr.ft. o F hio ho i. Design Overall Coefficient, U D 1 1 Rd U U (Pers. 6.10) D C Rd ditentukan 0,00 untuk masa service 1 tahun 1 U D U D 1 6,031 0,00 = 4,898 Btu/hr.ft. o F j. Required Length A = Q = 681,6950ft UD. t Dari tabel 11 Kern, untuk 3-in IPS standard pipe, external surface/foot length = 0,917 ft Required length = 681,6950 = 94,40ft 0,917 Diambil panjang 1 harpin = 0 ft Jumlah harpin yang dibutuhkan = Maka dipakai 147 harpin 0 ft Actual Length= 147 x 0 ft 94,40 = 146,11 0

125 = 940 ft Actual Surface = L x a = 940 ft x 0,917 ft /ft = 695,9800ft k. Actual Design Coefficient, U D Q U D = A. t = 4,7663Btu/hr.ft. o F l. Dirt Factor, Rd Rd = U U C C U U D D PRESSURE DROP = 0,00 hr.ft. o F/Btu Cold Fluid : Annulus a. De = (D D 1 ) = 0,0438ft Rea = 141,3343 0,64 0,0035 ƒ = 0,4 (Rea) (Pers. 3.47b) = 0,0160 ρ = 61,9 lb/ft 3 b. Fa = c. Va = 4 fga L g De = 3,4473 ft G = 0,79ft/s 3600 V Fl = 3 x = 0,1185 ft g Pa = ( Fa Fl) 144 = 1,5333 psi

126 Hot Fluid: Inner Pipe i. Rep = ,378 0,64 ƒ = 0,0035 (Pers. 3.47b) 0,4 (Re p) = 0,0053 ρ = 0,648lb/ft 3 4 fgp L 1. ΔFp= g D = 569,0337 ft Fp. Pp = 144 =,5401 psi Tabel hasil kondensor - 10 SUMMARY ho = 4,736 h outside hio = 37,4503 U C = 6,031 U D = 4,898 Rd Calculated = 0,004 Rd Required = 0,00 1,5333 psi Calculated ΔP, Psi,5401 psi 10 psi Allowable ΔP, Psi 10 psi 14. Kompresor (K-101) Fungsi : Mengalirkan dan menaikan tekanan feed sebelum masuk R-101. Type : Centrifugal Kompressor Bahan : Carbon steel Gambar : CH 3 OH (F) CH 3 OH (F3) a. Kondisi Operasi : Kondisi masuk, P i = 1 atm = 116,8 lbf/ft Temperatur masuk, T = 30 C Kondisi keluar, P o = 1 atm

127 Massa flow rate, W = 166,6 kg/jam b. Rasio Kompresi Rc = (P o / P i ) = (1 / 1) = 1 c. Laju alir gas masuk ρ = 791,8 kg/m 3 volume gas yang masuk, Q Q = W / = 15,9468m 3 / jam q in = 9,38565ft 3 /menit Faktor keamanan = 10 % q in = 1,1 x 9,38565ft 3 /menit = 10,3419ft 3 /menit d. Power yang dibutuhkan : k 1/ k PW = 0,0643 kt Q 1 P Pers.8.30Mc Cabe 1 50( k 1) dimana : P1 k = 1,05 PW = 193,0171 Hp. Effisiensi motor = 80 % Power yang dibutuhkan = 193,0171 Hp / 0,8 = 41,714 Hp 4 Hp e. Menentukan temperatur keluar kompressor T out = T in x (Po/Pi) (k-1)/k = 11, o C f. Menentukan jumlah pendingin yang dibutuhkan :

128 Panas yang dibawa aliran : Q input K-01 Q Output K-01 = 114,09093 kj/kmol = 6108, kj/kmol Q serap = Q input K-01 - Q Output K-01 Jumlah air pendingin : = 5314,08349 kj/mol T = 11,679 o C = 394,679K T 1 = 30 o C = 303 K Cp Air m = m = 4, kj/kg.k Q Cp(T T ) = 13, kg/jam POMPA-101 (P-101) Fungsi Tipe Jenis Bahan konstruksi Gambar : : Untuk mengalirkan bahan baku metanol : Centrifugal Pump : Pompa sentrifugal : Commercial Steel Discharge Suction P-01 Perhitungan untuk P-101 Kondisi operasi : Temperatur = 30 0 C Laju alir massa (F) = 4, kg/5 menit = 0,3099 lbm/s Densitas () = 791,8 kg/m 3 = 49,4305 lbm/ft 3 Viskositas () = 0,5 cp = 0,004 lbm/ft.s Laju alir volumetrik (Q) = = 0, ft 3 /s Desainpompa:

129 Di,opt = 3,9 (Q) 0,45 () 0,13 (Peters et.al., 004) = 0, in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1983, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 4 in Schedule number : 40 Diameter Dalam (ID) : 0,6 in = 0,05183 ft Diameter Luar (OD) : 0,84 in = 0,07 ft Inside sectional area : 0,0011 ft Kecepatan linear, v = Q/A = =, ft/s v ID Bilangan Reynold : N Re = = 1916,41558 (Laminar) Untuk pipa commercial steel, harga = 0, (Geankoplis, 1983) Pada N Re = 1916,41558 dan /OD = = 0,0091 Dari Fig Geankoplis,1983 diperoleh harga f = 0,008 Instalasi pipa: A v 1 Sharp edge entrance= h c = 0,55 1 A 1 g = 0,8933ft.lbf/lbm v elbow 90 = h f = n.kf.. v 1 check valve = h f = n.kf.. g c = 1, ft.lbf/lbm g c = 0, ft.lbf/lbm A1 1 Sharp edge exit = h ex = 0,55 1 A v.. = 3,369153ft.lbf/lbm panjang pipa total: L = 5,47308ft.lbf/lbm g c

130 Faktor gesekan, F = = 0, Tinggi pemompaan, z = 30 ft -W s = = 39, ft.lbf/lbm Daya pompa, P = Q x p x Wf = 49, lb ft/detik Efisiensi pompa = 80% (Peters et.al., 004) daya actual motor, Pm = Maka dipilih pompa dengan tenaga 0,1 hp Analog perhitungan dapat dilihat pada P-101, sehingga dapat diperoleh : Pompa D Daya Laju Alir ID V Faktor Daya optimum Standar (kg/menit) (in) (ft/s) Gesekan (hp) (in) (hp) P-101 4,0875 0,66 0,6,9654 0,5574 0,076 0,1 P-10 0,5036 0,1858 0,6 0,1773 0, ,0016 0,1 19. COOLER (C-101) Fungsi : Menurunkan temperatur produkreactor-101 (R-101). Tipe : Double Pipe Heat Exchanger Gambar : Fluida Panas : Produk R-01 W = 166,66 kg/jam = 7836,1111lb/jam T 1 =50 o C = 48 o F T = 150 o C = 30 o F Fluida Dingin : Amonia w = 3810,350 kg/jam = 8400,3781lb/jam t 1 = -5 o C = -13 o F

131 t = 50 o C = 1 o F Perhitungan: e. Beban Panas C-101 Q = ,7439 kj/jam = ,5361Btu/jam f. LMTD Fluida Panas ( o F) Fluida Dingin ( o F) Selisih 48 Temp. Tinggi Temp. Rendah LMTD t t1 = ln ( t / t1) = 156,47 o F 180 R 1, S 135 0,77 48( 13) F T = 0,99 (Fig.18, Kern) Δt = 0,99 x 156,47 = 154,8585 o F i. Asumsi U D = 100 Btu/hr.ft. o F Q1 A = UD. T ) = 86,9558ft Karena A < 00 ft, maka digunakan Double Pipe Heat Exchanger ii. Rencana Klasifikasi Data Pipa Outer Pipe Inner Pipe IPS (in) 6 4 SN OD (in) 6,650 4,5 ID (in) 6,0650 4,060 a (ft/ft) 1,7340 1,1780 Hot Fluid : Annulus

132 f. Flow Area, a a D = 4,50/1 = 0,551ft D 1 = 4,06/1 = 0,3750ft a a = (D D 1 ) (Pers. 6.3) 4 = 4 (0,551 0,3750 ) = 0,189 ft Equivalent Diameter, De D D 0,551 0, De = D 0,3750 g. Kecepatan Massa, Ga 1 = = 0,4378ft Ga = W/a a = 15994,3757lb/hr.ft h. Reynold number, Re Pada T avg = 39 o F μ = 0,033 lb/hr ft Rea = De.Ga/μ = 85145,6761 J H = 1000 i. k = 0,0188 Btu/hr.ft ( o F/ft) cp = 0,76Btu/lb. o F (Fig. 4, Kern) 1 3 k j. ho = J c H k De w = 0,9718 Btu/hr.ft. o F 0,14 Cold Fluid : Inner Pipe j. Flow Area, a p D = 4,060in/1 = 0,3355ft a p = 4 D = 4 (0,3355) = 0,0884 ft k. Kecepatan Massa, Gp

133 Gp = w/a p = 95070,1394 lb/hr ft l. Reynold number, Re Pada Tavg = 54,5 o F μ = 0,0076 lb/ft.hr Rep = D.Gp/μ = ,003 m. J H = 1000 (Fig. 4, Kern) n. k = 0,0137 Btu/hr.ft ( o F/ft) cp = 0,009Btu/lb. o F 1 3 k c o. hi = J H k De w = 5,3554 Btu/hr.ft. o F 0,14 p. Koreksi hi pada permukaan OD hio = hi x ID/OD = 4,907 Btu/hr.ft. o F q. Clean Overall Coefficient, U C hio xho U C = =,5595 Btu/hr.ft. o F hio ho r. Design Overall Coefficient, U D 1 1 Rd U U (Pers. 6.10) D C Rd ditentukan 0,00 untuk masa service 1 tahun 1 U D 1,5595 0,00 U D =,5465 Btu/hr.ft. o F j. Required Length A = Q = 3414,7087ft U. t Dari tabel 11 Kern, untuk 6-in IPS standard pipe, external surface/foot length = 1,1780 ft D Required length =898,7341ft Diambil panjang 1 harpin = 0 ft

134 Jumlah harpin yang dibutuhkan = Maka dipakai 145 harpin 0 ft Actual Length = 145 x 0 ft = 900 ft Actual Surface = L x a = 900 ft x 1,1780 ft /ft = 3416,ft m. Actual Design Coefficient, U D Q U D = A. t =,545Btu/hr.ft. o F n. Dirt Factor, Rd Rd = U U C C U U D D = 0,00 hr.ft. o F/Btu 898,7341 = 144, PRESSURE DROP Hot Fluid : Annulus a. De = (D D 1 ) = 0,1771ft Rea = ,907 ƒ = 0,64 0,0035 (Pers. 3.47b) 0,4 ( ,907) = 0,0043 ρ = 51,4 lb/ft 33 d. Va = G = 0,5154ft/s 3600 V Fl = 3 x = 0,0398 g Pa = ( Fa Fl) 144 = 0,0157 psi

135 Cold Fluid: Inner Pipe i. Rep = ,003 ƒ 0,64 = 0,0035 0,4 (Re p) (Pers. 3.47b) = 0,0041 ρ = 5,340 lb/ft fgp L ΔFp= g D = 65,9841 ft Pp= Fp. 144 =,4396 psi Tabel hasil perhitungan cooler SUMMARY ho = 0,9718 h outside hio = 4,907 U C =,5595 U D =,5465 Rd Calculated = 0,00 Rd Required = 0,000 0,0157 psi Calculated ΔP, Psi,4396 psi 10 psi Allowable ΔP, Psi 10 psi Dengan mengguakan perhitungan yang sama maka dapat diperoleh : COOLER-10 Tabel hasil perhitungan cooler - 10 SUMMARY 0,9718 Ho hio 4,907 U C =,5595 U D =,5465 Rd Calculated = 0,0049 Rd Required = 0,000 0,018 Calculated ΔP, Psi, psi Allowable ΔP, Psi 10 psi

136 COOLER -103 Tabel hasil perhitungan cooler SUMMARY 0,9718 Ho hio 4,907 U C =,5595 U D =,5465 Rd Calculated = 0,001 Rd Required = 0,000 0,150 Calculated ΔP, Psi, psi Allowable ΔP, Psi 10 psi 0. HEATER (H-101) Fungsi : Menaikkan temperatur feed dari MD 101 ke MD Type : Shell And Tube Heat Exchanger. Bahan : Carbon Steel Gambar : Fluida Panas : Steam W 1 = 1046,9366 kg/jam = 303,605 lb/jam T 1 = 110 o C = 30 o F T = 110 o C = 30 o F Fluida Dingin : Feed Reaktor - 01 W 1 = 455,44771 kg/jam = 5401, lb/jam t 1 = 30 o C = 86 o F t =60 o C = 140 o F

137 Perhitungan berdasarkan Process Heat Transfer, D. Q. Kern. a) Beban Panas H-01 Q = 76930,311 kj/hr = 6699,187 Btu/hr b) Menghitung T Fluida Panas Fluida Dingin Selisih 30 suhu tinggi suhu rendah selisih LMTD ( T) = ( T - T 1 ) / ln ( T / T 1 ) (Pers. 5.14, Kern) T c) Tc dan tc Tc tc = 114,89 o F = 30 o F = 113 o F g. Trial U D = h. Asumsi U D = 150 Btu/ jam FT o F (Tabel 8, Kern) A = Q / U D. T = 15,185ft i. Karena A < 00 ft, maka digunakan Shell & Tube Heat Exchanger dengan spesifikasi sebagai berikut : Dari Tabel 10, Kern : Panjang Tube (L) = 14 ft OD BWG = 16 Pass = 4 = 1 in = 0,083 ft Tube sheet = in, triangular pitch a = 0,618 ft

138 d) Koreksi U D j. Jumlah Tube N t A '' L.a = 41,509 tube k. Ambil N t pada tabel 9 Kern yang mendekati, sesuai dengan ukuran tube yang telah dipilih, N t = 4 l. Koreksi U D A = N t. L. a = 153,9384 ft U D e) Data Spesifikasi Q A. T = 148,890 Btu/jam ft. o F Karena U D mendekati asumsi, maka dari tabel 9 Kern diperoleh data sebagai berikut : m. Tube side : n. Shell Side : N t = 4 P T = 1,5 in = 0,104 ft C Tube Passes = 4 = (P T OD tube) = (1,5 in 1 in) = 0,5 in = 0,01 ft Tube OD = 1 in = 0,083 ft ID = 13,5 in (table 9, Kern) Baffle space (B) =,65 inch Pass = f) Tube Side : Cold Fluid o. Flow area, a t a ' t = 0,77 in a t N t.a't n = 0,1455 ft

139 p. Laju alir massa, G t G t w a t q. Bilangan Reynold, R et Pada, t c = 37133,0778 lb/jam ft = 158 o F = 1,0180 cp =,467 lb / ft hr De = ID = 0,87 in = 0,075 ft R et G t. D e = 1093,15 r. Dari gambar 4, Kern hal. 834 Pada, R et = 1093,15 L/D jh = 35 s. Prandl Number, P r P r = k C p = 193, didapat Cp. k = 0,090Btu/jam.ft. o F = 1,003 Btu/lb. o F P r = 6,8493 h i = jh k D..Cp k 1/ 3 = 131,544 Btu/jam.ft. o F (Pers. 6.15d, Kern) h io = h i (ID/OD) (Pers. 6.9, Kern) = 114,4419 Btu/jam.ft. o F g) Shell Side : Hot Fluid t. Pada T c = 158 o F B =,65 in C = 0,5 in Luas area laluan, a s

140 a s = IDxC" xb 144 xp t a s = 0,0488 ft u. Laju alir, G s G s = W a s G s = 479,5498 lb/jam ft v. Bilangan Reynold, R et Pada, T c = 158 o F = 0,4004 cp = 0,9690 lb / ft hr De = 0,7118 in = 0,0593 ft R es G. s D e R es = 891,155 j H = 10 ( Fig.8 Kern ) w. Prandl Number, P r P r = k C p Cp. k = 1,0010 Btu/jam.ft. o F = 0,964Btu/lb. o F P r = 0,9316 x. Koefisien perpindahan panas, h o h o = jh (k/d) (c/k) 1/3 = 164,8594 Btu/hr.ft o F y. Clean Overall Coefficient, U c U c h h io io.ho h z. Dirt Factor Coefficient, R d R d o = 67,5501 Btu/jam ft. o F Uc - Ud U.U c = 0,005 d

141 h) Pressure Drop aa. bb. Tube Side Untuk R et = 1093,1491 f = 0,0007 (Fig 6, Kern) s = 1 P t G t f.g 5,.10 t 10.L.n.D.s. = 0, psi = 37133,0778 lb/ft jam Maka, dari Fig. 7 Kern hal. 837 didapat : V /g = 0,007 P r P T Shell side Faktor friksi 4.n s v x ' g = 0,11 psi = P t + P r = (0, ,11) psi = 0,168343psi Re = 891,15531 t f = 0,004 (Fig.9, Kern) Number of cross, (N+1) N + 1 Ds = 1 L / B = 63,396 = ID/1 = 1,104 ft s = 0,998 ΔPs = f Gs Di ( N 1) 10 5, x10 xd S e s = 0, psi

142 Tabel hasil perhitungan heater SUMMARY ho = 164,854 h outside hio = 114,4419 U C = 67,5501 U D = 49,9189 Rd Calculated = 0,005 Rd Required = 0, ,163 psi 10 psi Calculated ΔP, Psi Allowable ΔP, Psi 0,01 psi 10 psi ACCUMULATOR-101 (ACC-101) Fungsi : Tempat menampung sementara kondensat produk dari CD-101. Jumlah : 1 buah Bentuk : Silinder horizontal dengan ujung ellipsoidal. Bahan : Carbon Steel Gambar : input ACC - 01 output Data-data design : Tekanan (P) : 1 atm Temperatur (T) : 50 O C Laju Alir (W) : 13404,6467 kg/jam Densitas () : 677 kg/m 3 Residence Time : 10 menit

143 PERHITUNGAN 1. Kapasitas Accumulator, V t ( w) ( t) (4 jam/ hari) Volume liquid = = 3,3 m 3 Faktor keamanan : 10 % Kapasitas Tangki, V t = 1,1 x 3,3 m 3 V t = 3,63 m 3. Diameter Accumulator, D T Tipe tanki yang digunakan adalah silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal. Volume silinder, Vs Dimana, H = tinggi silinder = 3/ D V S = ( / 4) D H = ( / 4) D (3/ D) V S = (3 / 8) D 3 D = [V S / ] 1/3 = [3,63 / 3,14] 1/3 = 1,019 m Volume Silinder, Vs Vs =.(D) 3 Vs = 3,3505 m 3 Volume ellipsoidal head Ve = ( x D 3 ) / 4 = 0,1396 m 3 Volume Accumulator, V T V T = V S + V e V T = (3,3505+ ( x 0,1396) m 3 V T = 3,697 m 3 Panjang Accumulator, L L = 4. D L =,0437 m

144 Panjang Ellipsoidal, h H = ¼. D H = 0,555 m Panjang Accumulator Total, Lt Lt = L + H Lt =,5546 m 3. Tebal Dinding Accumulator, t T t T ( S P x r x E ) (0,6 x P) j C P = Tekanan Design = 1atm D = Diameter = 1,019m S = Working Stress Allowable = 93,97 atm E j = Welding Joint Efficiency = 0,85 C = Tebal Korosi yang diizinkan = 0,0003 m t T 1 x0,3730 (93,97 x 0,85) = 0,0010 m 0,0003 (0,6 x 1) Tebal Ellipsoidal head, t H t H ( S x P x D E ) (0, j x P) C t H 1 x0,7459 (93,97 x 0,85) (0, x 1) 0,0003 = 0,0010 m Diameter Luar Vessel, OD OD = ID + t = 1,019 m + (0,0010) = 1,038 m SUMMARY Tipe Silinder horizontal Diameter Vessel 1,038 m Panjang Vessel,5546 m Tebal Dinding 0,0010 m.accumulator-10 (ACC-10)

145 Fungsi Jumlah Bentuk Bahan : Tempat menampung sementara kondensat produk dari CD-10. : 1 buah : Silinder horizontal dengan ujung ellipsoidal. : Carbon Steel Gambar : input ACC - 0 output Data-data design : PERHITUNGAN Tekanan (P) : 1 atm Temperatur (T) : 70 O C Laju Alir (W) : 498,308 kg/jam Densitas () : 791,8 kg/m 3 Residence Time : 10 menit 1. Kapasitas Accumulator, V t ( w) ( t) (4 jam/ hari) Volume liquid = = 0,1049 m 3 Faktor keamanan : 10 % Kapasitas Tangki, V t = 1,1 x 0,1181m 3 V t = 0,54 m 3. Diameter Accumulator, D T Tipe tanki yang digunakan adalah silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal. Volume silinder, Vs Dimana, H = tinggi silinder = 3/ D V S = ( / 4) D H = ( / 4) D (3/ D) V S = (3 / 8) D 3 D = [V S / )] 1/3

146 = [0,1154 / 3,14] 1/3 = 0,337 m Volume Silinder, Vs Vs =.(D) 3 Vs = 0,1065 m 3 Volume ellipsoidal head Ve = ( x D 3 ) / 4 = 0,0044 m 3 Volume Accumulator, V T V T = V S + V e V T = (0, ( x 0,0044) m 3 V T = 0,1153 m 3 Panjang Accumulator, L L = 4. D L = 0,6473 m Panjang Ellipsoidal, h H = ¼. D H = 0,0809 m Panjang Accumulator Total, Lt Lt = L + H Lt = 0,809 m 3. Tebal Dinding Accumulator, t T t T ( S P x r x E ) (0,6 x P) j C P = Tekanan Design (1 atm) = 1atm D = Diameter = 0,337 m S = Working Stress Allowable = 93,97 atm E j = Welding Joint Efficiency = 0,85 C = Tebal Korosi yang diizinkan = 0,0003 m t T 1 x 0,1684 (93,97 x 0,85) 0,0003 (0,6 x 1)

147 = 0,0005m Tebal Ellipsoidal head, t H t H ( S x P x D E ) (0, j x P) C t H 1 x 3368 (93,97 x 0,85) (0, x 1) 0,0003 = 0,0005m Diameter Luar Vessel, OD OD = ID + t = 0,337m + (0,0005) = 0,347 m Tipe Diameter Vessel Panjang Vessel Tebal Dinding SUMMARY Silinder horizontal 0,347 m 0,809 m 0,0005m

148 LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI UTILITAS 1. Screening (SC) Fungsi : menyaring partikel-partikel padat yang besar Jenis : bar screen Jumlah : 1 Bahan konstruksi : stainless steel Kondisi operasi: - Temperatur = 30 C - Densitas air () = 995,68 kg/m 3 (Geankoplis, 1997) Laju alir massa (F) = 03837,7848 kg/jam 03837,7848 kg/jam x 1 jam / 3600 s Laju alir volume (Q) = = 0,0569m 3 /s 3 995,68 kg/m Dari tabel 5.1 Physical Chemical Treatment of Water and Wastewater Ukuran bar: - Lebar bar = 5 mm - Tebal bar = 0 mm - Bar clear spacing = 0 mm - Slope = 30 Direncanakan ukuran screening: Panjang screen = m Lebar screen = m Misalkan, jumlah bar = x Maka, 0x + 0 (x + 1) = x = 1980 x = 49,5 50 buah Luas bukaan (A ) = 0(50 + 1) (000) = mm =,04 m Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan C d = 0,4 dan 30% screen tersumbat.

149 Q Head loss (h) = 3 g Cd A = 0, m dari air = 0,5057 mm dari air 0,0569 (9,8)(0,4) (,04) = Gambar LD-1: Sketsa sebagian bar screen, satuan mm (dilihat dari atas). Pompa Utilitas Ada beberapa pompa utilitas, yaitu : 1. PU-01 : memompa air dari sungai ke bak pengendap. PU-0 : memompa air dari bak pengendap ke clarifier 3. PU-03 : memompa alum dari tangki pelarutan alum ke clarifier 4. PU-04 : memompa soda abu dari tangki pelarutan soda abu ke clarifier 5. PU-05 : memompa air dari clarifier ke sand filter 6. PU-06 : memompa air dari sand filter ke tangki utilitas 1 7. PU-07 : memompa air dari tangki utilitas 1 ke kation exchanger 8. PU-08 : memompa air dari tangki utilitas 1 ke cooling tower 9. PU-09 : memompa air dari tangki utilitas 1 ke tangki utilitas 10. PU-10 : memompa Nacl dari tangki pelarutan NaCl ke kationexchanger 11. PU-11 : memompa air dari kation exchanger ke anion exchanger 1. PU-1 : memompa NaOH dari tangki pelarutan NaOH ke anion exchanger 13. PU-13 : memompa air dari anion exchanger ke dearator 14. PU-14 : memompa kaporit dari tangki pelarutan kaporit ke tangki utilitas 15. PU-15 : memompa air dari tangki utilitas ke distribusi domestik

150 16. PU-16 : memompa air pendingin dari menara pendingin ke unit 17. PU-17 : memompa air dari dearator ke ketel uap 18. PU-18 : memompa bahan bakar dari tangki bakar bakar ke ketel uap 19. PU-19 :memompa bahan bakar dari tangki bahan bakar ke generator Jenis : pompa sentrifugal Jumlah : 1 Bahan konstruksi : commercial steel *) Perhitungan untuk PU-01 Kondisi operasi : Tekanan masuk = 101,35 kpa = 116,740 lbf/ft Tekanan keluar = 101,35 kpa = 116,740 lbf/ft Temperatur = 30 0 C Laju alir bahan masuk = 03837,7848 kg/jam = 14,899 lb/detik Densitas ; = 995,68 kg/m 3 = 6,1586lb/ft 3 Viskositas, = 0,8007cp = 0,0005lbm/ft detik Laju alir volumetrik; Q F 14,899 lb/detik = = =,008 ft 3 /detik 3 6,1586 lb/ft Diameter optimum ID op = 0,363 (Q) 0,45 ( ) 0,13 ID op = 0,363(,008 ft 3 /detik) 0,45 (6,1586lb/ft 3 ) 0,13 = 8 in Dipilih pipa 8 in schedule40 dengan data data sebagai berikut: Diameter Luar; OD = 8,67 in = 0,7189 ft Diameter dalam; ID = 7,981 in = 0,6651 ft Luas penampang; A = 50 in = 0,3 ft (Kern,1950) Kecepatan laju alir; v 3 Q,008 ft /detik = = = 6,368 ft/detik A 0,3 ft Bilangan Reynold, N Re x ID x v = = 3 6,158 lb/ft x 0,6651 ft x6,368 ft / detik 0,0005 lbm/ft.det ik

151 Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus = 47916,0764 > 100 aliran turbulen f = 0,0045 (Geankoplis, 1993) L 1 = 30 ft 1 buah gate valve fully open L/D = 13 3 buah elbow standar 90 o L/D = 30 L = 1 x 13 x 0,6651 = 8,457 ft L 3 = 3 x 30 x 0,6651 = 59,8551 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = L 4 = 0,5 x x 0,6651 = 7,3156 ft Pembesaran mendadak,k = 0,5; L/D = 7 L 5 = 0,5 x 7 x 0,6651 ft = 8,9783 ft L = 114,7947 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; F = 4 fv L gcd F = 0,4695 ft lbf/lbm Tinggi pemompaan Z Dari persamaan Bernauli; = 30 ft P v g Z V dp F Wf gc gc P1 Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v gc = 0 Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka (Sandler,1987) P P1 V dp = 0 Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = Z g gc F Kerja pompa; Wf = Z g gc F

152 = 38,0869 ft lbf/lbm Daya pompa; P = Q x x Wf Efesiensi pompa = 80% = 3803,5093 lb ft/detik/550 = 6, Hp 6, Hp Daya pompa; P = 0,8 Maka dipilih pompa dengan tenaga 9 Hp = 8,6443 Hp Analog perhitungan dapat dilihat pada PU-01, sehingga diperoleh : Pompa Laju Alir (kg/jam) Tabel LD.1 Analog Perhitungan Pompa Utilitas D opt (in) ID (in) V (ft/s) ΣF Daya (hp) Daya standar PU ,7848 6,785 7,9810 6,368 0,4695 8, ,00 PU-0 10,1919 0,1013 0,150 0,3164 0,0196 0,0008 0,10 PU-03 5,5036 0,8315 1,0490 0,0075 0,1790 0, ,10 PU ,7848 9, ,000 3,9574 0,80 14, ,00 PU ,05,518 3,0680,1416 0,0044 0,545 0,30 PU ,7848 9, ,000 3,9574 0,717, ,00 PU ,100 10,000 1,186 0,063 5,7763 6,00 PU-8 6,5478 0,079 0,150 0,1759 0,0054 0, ,10 PU ,05,518 3,0680,1416 0,0704 0,8859 0,30 PU-10 3,0935 0,057 0,150 0,086 0,0010 0, ,10 PU ,159 5,08 6,0650,7344 0,093 1,44459,00 PU-1 3,9491 0,0676 0,150 0,1314 0, , ,10 PU ,100 10,000 1,186 0,063 5,7763 6,00 PU ,4981 4,963 6,0650,419 0,0761,700 3,00 PU ,159 5,08 6,0650,7344 0,093 1,44459,00 PU ,3453 0,131 0,300 0,9349 0,1133 0, ,10 PU-17 35,9569 0,047 0,00 0,8547 0,09 0, ,10 PU ,350 1,8771 1,9390 3,1934 0,48 0,1604 0,0 PU ,885 1,7816 1,9390,8436 0,1771 0,145 0,0 (hp) 3. Bak Sedimentasi (BS) Fungsi : untuk mengendapkan lumpur yang terikut dengan air. Jumlah : 1 unit Jenis : beton kedap air

153 Data : Kondisi penyimpanan : temperatur = 30 o C tekanan = 1 atm Laju massa air (F) = 03837,7848 kg/jam = 14,880 lbm/s Densitas air = 995,68 kg/m 3 = 6,1586 lbm/ft 3 F 14,880 lb/detik Laju air volumetrik, Q = = 3 6,1586 lb/ft =,008 ft 3 /s = 0,0569 m 3 /s = 10,4943 ft 3 /min Desain Perancangan : Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif (Kawamura, 1991). Perhitungan ukuran tiap bak : Kecepatan pengendapan 0,1 mm pasir adalah (Kawamura, 1991) : 0 = 1,57 ft/min atau 8 mm/s Desain diperkirakan menggunakan spesifikasi : Kedalaman tangki 10 ft Lebar tangki ft Kecepatan aliran, v = Q 10,4943 ft 3 /min = = 6,047 ft/min 10 ft x ft A t h Desain panjang ideal bak : L = K v (Kawamura, 1991) 0 dengan : K = faktor keamanan = 1,5 h = kedalaman air efektif ( ft); diambil 10 ft. Maka : L = 1,5 (10/1,57). 6,047 = 57,5610 ft Diambil panjang bak = 58 ft = 17,6786 m Uji desain : Waktu retensi (t) : Va t Q panjangx lebar x tinggi t laju alir volumetrik

154 58 ft x ft x 10 ft 10,4943 ft / min t 3 = 9,67 menit Desain diterima,dimana t diizinkan 6 15 menit (Kawamura, 1991). Surface loading : = 7,7708 gpm/ft 10,4943 ft / min 3 58 ft x ft Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4 10 gpm/ft (Kawamura, 1991). Q A Headloss (h); bak menggunakan gate valve, full open (16 in) : h = v K g = 0, m dari air. 4. Tangki Pelarutan Ada beberapa jenis tangki pelarutan, yaitu : 1. TP-01 : tempat membuat larutan alum. TP-0 : tempat membuat larutan soda abu 3. TP-03 : tempat membuat larutan asam sulfat 4. TP-04 : tempat membuat larutan NaOH 5. TP-05 : tempat membuat larutan kaporit Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 85 grade C Jumlah : 1 *) Perhitungan untuk TP-01 Data: Kondisi pelarutan: Temperatur = 30C Tekanan = 1 atm Al (SO 4 ) 3 yang digunakan = 50 ppm Al (SO 4 ) 3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Al (SO 4 ) 3 = 10,1919 kg/jam

155 Densitas Al (SO 4 ) 3 30 = 1363 kg/m 3 = 85,0891 lb m /ft 3 (Perry, 1999) Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor keamanan = 0 Perhitungan: Ukuran Tangki 10,1919 kg/jam x 4 jam x 30 hari Volume larutan, V 1 3 0,3 x 1363 kg/m =17,9461 m 3 Volume tangki, V t = 1, 17,9461 m 3 = 1,5353 m 3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H = :3 Maka: 3 1,5353 m D 3 3,14 / 8 1/3 D =,6347 m ; H =3/(,6347) = 3,950 m Tinggi cairan dalam tangki = Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik P hid = x g x l = 43,9908 kpa Tekanan udara luar, P o = 1 atm = 101,35 kpa, 17,9461 x 3,950 = = 3,934m = 10,8049 ft 1,5353 P operasi = 43,9908 kpa + 101,35 kpa = 145,3158 kpa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, P design = (1,05) (145,3158 kpa) = 15,5816 kpa Joint efficiency = 0,85 (Brownell,1959) Allowable stress Faktor korosi = 0,0 in volumecairanx tinggisilinder volumesilinder = psia = 94458,1709 kpa (Brownell,1959)

156 = 0, m/tahun n = 10 tahun Tebal shell tangki: P.D t s = n. C SE - 1,P (15,5816 kpa)(,6347 m) = (10 x 0,0005) (94458,1709 kpa)(0,85)- 1,(15,5816 kpa) = 0,0076 m = 0,987 in Maka tebal shell yang standar yang digunakan = 1/4 in Daya Pengaduk Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh: Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x,6347 m = 0,878 m E/Da = 1 ; E = 1 x 0,878 m = 0,878 m L/Da = ¼ ; L = ¼ x 0,878 m = 0,196 m W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,878 m = 0,1756 m J/Dt = 1/1 ; J = 1/1 x,6347 m = 0,196 m dengan : 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 Al (SO 4 ) 3 30 = 6,710-4 lb m /ftdetik (Othmer, 1967) Bilangan Reynold, N Re ρ N D μ (Geankoplis, 1997) (85,0898)(1),8813 NRe -4 6,7 x 10 a

157 N Re = ,9440 N Re > , maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 3 KT.n.D P g K T = 6,3 (McCabe,1999) ,3(1put/det) (,8813 ft) (85,0898lbm/ft ) P 3,174lbm.ft/lbf.det =6,0158 hp c 5 a ρ Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak = 6,0158 hp 0,8 Dipilih daya motor standar = 8 hp = 7,5197 hp (McCabe,1999) Analog perhitungan dapat dilihat pada PU-01, sehingga diperoleh : LD. Analog Perhitungan Tangki Pelarutan Tangki (TP 01) (TP 0) (TP 03) (TP 04) (TP 05) Volume Diameter Tinggi tangki Daya Pengaduk Daya tangki (m 3 ) tangki (m) (m) (hp) Standar (hp) Tangki Klarifikasi (CL) Fungsi : Tempat pembentukan koagulan Jumlah : 1 buah Tipe : Tangki berbentuk silinder, bagian bawah bentuk konis dan tutup datar dan menggunakan pengaduk Bahan : Carbon steel (Brownell & Young,1959) Kondisi operasi : 30 o C.1atm Perhitungan: Laju alir air masuk = 03837,7848kg/jam

158 Densitas; = 995,68 kg/m 3 Laju alir volumetrik air = 03837,7848 kg/jam 3 995,68 kg/m = 04,7 m 3 /jam Laju alir alum masuk = 10,1919kg/jam Densitas alum 30%; = 1363 kg/m 3 10,1919 kg/jam Laju alir volumetrik alum = kg/m = 0,0075 m 3 /jam Laju alir soda abu masuk = 5,5036kg/jam Densitas soda abu 30%; = 137 kg/m 3 5,5036 kg/jam Laju alir volumetrik soda abu= kg/m = 0,0041 m 3 /jam Total laju alir bahan masuk = 03837, , ,5036kg/jam = 03853,4803kg/jam Laju alir volumetrik total = 04,7 + 0, ,0041 m 3 /jam = 04,7338 m 3 /jam 03853,4803 kg/jam Densitas campuran; camp = 3 04,7338 m /jam = 995,7001kg/m 3 = 6,1599lb/ft 3 Kebutuhan = 1 jam Faktor keamanan = 0% 1, 03853,4803 kg / jam Volume tangki; Vt = 3 995,7001 kg / m = 45,6806m 3 1jam Dari Metcalf & Eddy, 1984, diperoleh : Untuk clarifier tipe upflow (radial): Kedalaman air = 3-10 m Settling time = 1-3 jam

159 Dipilih : kedalaman air (H) = 4 m, waktu pengendapan = 1 jam Diambil tinggi silinder; Hs / Dt = 1 1 Volume tangki; Vt = D H 4 D = 4V H 1/ Maka, diameter clarifier= 8,8455 m Tinggi clarifier 4(45,6806 ) = (3,14)(4) = 1,5 D = 13,68 m Tekanan hidrostatis bahan, Ph = ρ x g x l Tekanan Operasi, P Faktor keamanan ; Fk = 0% Tekanan disain; Pd 1/ =8,8455 m = 995,7001 kg/m 3 x 9,8 m/det x 4 m = 39031,4450 Pa = 39,0314 kpa =101,35 kpa + 39,0314 kpa = 140,3564 kpa = 1, x 140,3564 kpa = 147,3743 kpa P x D Tebal silinder, ts = n.. C SE 1, P Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan E = Efesiensi sambungan; 85% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun 147,3743 8,8455 ts = (10) (0,00051) (94458,1709 ) (0,85)-1,(147,3743) = 0,013m =0,500 in Digunakan silinder dengan ketebalan 3/4 in Desain torka yang diperlukan untuk operasi kontinu yang diperlukan untuk pemutaran (turnable drive) : (Azad, 1976) T, ft-lb = 0,5 D LF

160 Faktor beban (Load Factor) : 30 lb/ft arm (untuk reaksi koagulasi sedimentasi ) Sehingga : T = 0,5 [(8,8455m).(3,808 ft/m) ].30 T = 6316,883ft-lb Daya Clarifier P = 0,006 D (Ulrich, 1984) dimana: P = daya yang dibutuhkan, kw Sehingga, P = 0,006 (8,8455) = 0,4695kW = 0,698Hp 6. Tangki 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-85 grade C Jumlah : 1 Data : Kondisi penyaringan : Temperatur = 30 C Tekanan = 1 atm Laju massa air = 03837,7848kg/jam Densitas air = 995,68 kg/m 3 = 6,1589 lbm/ft 3 (Geankoplis, 1997) Tangki filter dirancang untuk penampungan ¼ jam operasi. Direncanakan volume bahan penyaring =1/3 volume tangki Ukuran Tangki Filter 03837,7848 kg/jam x 0,5 jam Volume air, V a = 3 995,68 kg/m = 51,1805m 3 Faktor keamanan 0 %, volume tangki = 1, x 51,1805= 61,4167m 3 Volume total = 4/3 x 61,4167 m 3 = 81,8889m 3.Di Hs - Volume silinder tangki (Vs) = 4 Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs:Di = 4:3

161 3. Di Vs = 4 = 5,0888Di 3 Di= 3,640m; H = 4,3519m Tinggi penyaring = ¼ x 4,3519m =1,0880m Tinggi air = ¾ x 4,3519m = 3,640m Perbandingan tinggi tutup tangki dengan diameter dalam adalah 1 : 4 Tinggi tutup tangki = ¼ (3,640) = 0,8160m Tekanan hidrostatis, Pair = x g x l = 995,68 kg/m 3 x 9,8 m/det x 3,640m = 31848,619Pa = 31,8486kPa Faktor kelonggaran = 5 % Tekanan udara luar, P o = 1 atm = 101,35 kpa P operasi = 31,8486kPa + 101,35 kpa = 133,1736 kpa Maka, P design = (1,05) (133,1736kPa) = 139,833kPa Joint efficiency = 0,85 (Brownell,1959) Allowable stress = psia = 94458,1709 kpa(brownell,1959) Faktor korosi = 0,0 in = 0, m/tahun = 10 tahun Tebal shell tangki : P. D t s = n.. C SE 1, P 139,833 kpa x 3,640 m = (10)(0,000508) (94458,1709 kpa)(0,85) 1,(139,833 kpa) = 0,0079 m = 0,310 in Maka tebal shell yang standar yang digunakan = 5/16 in 7. Penukar Kation/Cation Exchanger (CE) Fungsi : Mengikat kation yang terdapat dalam air umpan ketel Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal

162 Bahan konstruksi : Carbon steel SA-83 grade C Kondisi penyimpanan : Temperatur = 30 C Tekanan = 1 atm Data : Laju massa air = 10331,05kg/jam = 6,366 lbm/detik Densitas air = 995,6800 kg/m 3 = 6,1589 lbm/ft 3 (Geankoplis,1997) Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor keamanan = 0 Ukuran Cation Exchanger Dari Tabel 1.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar kation = ft = 0,6096 m - Luas penampang penukar kation = 3,1400 ft Tinggi resin dalam cation exchanger = 18,3888ft Tinggi silinder = 1, 18,3888 ft =,0666ft Diameter tutup = diameter tangki = ft = 0,6096 m Rasio axis = : 1 1 Tinggi tutup = 0,6096 = 0,154 m = 0, 5 ft (Brownell,1959) Sehingga, tinggi cation exchanger =,0666ft + 0,5 ft =,5666 ft = 6,8784m Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik P hid = x g x l = 995,68 kg/m 3 x 9,8 m/det x6,8784 m = 67,888 kpa Tekanan udara luar, P o = 1 atm = 101,35 kpa, P operasi = 67,888kPa + 101,35 kpa = 168,6138kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, P design = (1,05) (168,6138kPa) = 177,0445 kpa Joint efficiency = 0,85 (Brownell, 1959) Allowable stress = psia = 94458,1709 kpa (Brownell, 1959)

163 Faktor korosi = 0,0 in = 0, m/tahun = 10 tahun Tebal shell tangki: P. D t s = n.. C SE 1, P 177,0445 kpa x 0,6096 m = (10)(0,0005) (94458,1709 kpa)(0,85) 1,(177,0445 kpa) = 0, m = 0,65 in Maka tebal shell yang standar yang digunakan = ¼ in 8.Penukar Anion (anion exchanger) (AE) Fungsi : Mengikat anion yang terdapat dalam air umpan ketel Bentuk : Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah elipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-85 Grade C Jumlah : 1 Kondisi operasi : Temperatur = 30 o C Tekanan = 1 atm Laju massa air = 10331,05kg/jam = 6,366lbm/detik Densitas air = 995,6800 kg/m 3 = 6,1589 lbm/ft 3 (Geankoplis,1997) Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor keamanan = 0 Ukuran Anion Exchanger Dari Tabel 1.4, The Nalco Water Handbook, diperoleh: - Diameter penukar anion = ft = 0,6096 m - Luas penampang penukar anion = 3,1400 ft Tinggi resin dalamanion exchanger = 10,45ft = 3,1776m Tinggi silinder = 1, 10,45ft= 1,510ft Diameter tutup = diameter tangki = ft = 0,6096m Rasio axis = : 1 1 Tinggi tutup = 0,6096 = 0,154 m = 0,5 ft (Brownell,1959)

164 Sehingga, tinggi anion exchanger = 1,510 ft + 0,5 ft = 13,010ft = 3,9656m Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik P hid = x g x l = 995,68 kg/m 3 x 9,8 m/det x 3,9656m = 38,7938kPa Tekanan udara luar, P o = 1 atm = 101,35 kpa, P operasi = 38,7938kPa + 101,35 kpa = 140,1188kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, P design = (1,05) (140,1188kPa) = 147,147kPa Joint efficiency = 0,85 (Brownell, 1959) Allowable stress = psia = 94458,1709 kpa (Brownell, 1959) Faktor korosi = 0,000 in = 0, m/tahun = 10 tahun Tebal shell tangki: P. D t s = n.. C SE 1, P 147,147 kpa x 0,6096 m = (10)(0,0005 ) (94458,1709 kpa)(0,85) 1,(147,147 kpa) = 0,0056 m = 0,0 in Maka tebal shell yang standar yang digunakan = ¼ in 9. Tangki Utilitas Ada beberapa tangki utilitas, yaitu : 1. TU-01 : menampung air untuk didistribusikan ke tangki utilitas dan air proses. TU-0 : menampung air untuk didistribusikan ke domestik Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon steel SA-85 grade C

165 Kondisi penyimpanan: Temperatur 8 C dan tekanan 1 atm Jumlah : 1 unit *) Perhitungan untuk TU-01 Kondisi operasi : Temperatur Laju massa air = 30 o C = 03837,7848kg/jam Densitas air = 995,68 kg/m 3 = 6,1581 lbm/ft 3 (Geankoplis, 1997) Kebutuhan perancangan= 3 jam Perhitungan : Ukuran Tangki Volume air, V a = Faktor keamanan = 0% 03837,7848 kg/jam x 3 jam 995,68 kg/m3 =614,1666m 3 Volume tangki, V t = 1, 614,1666 m 3 = 736,9999m 3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H = :3 V = 1 4 D 1 H 736,9999m 3 3 = D D 4 Maka: D = 8,5540m ; H =1,8310m Tinggi cairan dalam tangki = Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik P hid = x g x l = 995,68 kg/m 3 x 9,8 m/det x 10,695m = 104,3337 kpa volumecairan x tinggisilinder volumesilinder Tekanan udara luar, P o = 1 atm = 101,35 kpa, 614,1666 x1,8310 = =10,695m = 35,0799ft 736,9999

166 P operasi = 104,3337kPa + 101,35 kpa = 05,6587kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, P design = (1,05) (05,6587kPa) = 15,9417kPa Joint efficiency = 0,85 (Brownell,1959) Allowable stress = psia = 94458,1 kpa (Brownell,1959) Faktor korosi = 0,0 in = 0, m/tahun = 10 tahun Tebal shell tangki: P. D t s = n.. C SE 1, P 15,9417 kpa x 8,5540 m = (10)(0,0005) (94458,1709 kpa)(0,85) 1,(15,9417 kpa) = 0,0166 m = 0,6536in Maka tebal shell yang standar yang digunakan = ¾ in Analog perhitungan dapat dilihat pada TU-01, sehingga diperoleh : Tabel LD.3 Analog Perhitungan Tangki Utilitas Volume Diameter Tinggi Tebal Jumlah Tangki tangki (m 3 ) tangki (m) tangki (m) shell (in) (unit) (TU 01) 736,9999 8,5540 1,8310 0, (TU 0) 499,7471 7, ,75 0, Deaerator (DE) Fungsi : Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air umpan ketel Bentuk : Silinder horizontal dengan tutup atas dan bawah elipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-85, Grade C Jumlah : 1 Kondisi operasi : Temperatur = 90 0 C Tekanan = 1 atm Kebutuhan Perancangan: 3 jam Laju alir massa air =51655,159kg/jam

167 Densitas air () = 965,3400 kg/m 3 (Perry, 1999) Faktor keamanan = 0 Perhitungan Ukuran Tangki : Volume air, V a = 51655,159 kg/jam x 3 jam 965,3400 kg/m3 =160,593m 3 Volume tangki, V t = 1, 160,593m 3 a. Diameter dan tinggi tangki Volume tangki (V) V = Di V = 4 = 19,635m 3 Di H,direncanakan D:H = :3 4 3 D 8V D 3 1/3 Di = 5,469 m ; H = 8,038m b. Diameter dan tutup tangki Diameter tutup = diameter tangki = 5,469m Rasio axis = : 1 1 5,469 Tinggi tutup = = 1,3673m Tinggi cairan dalam tangki = Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik P hid = x g x l = 965,3400 kg/m 3 x 9,8 m/det x 4,5577m = 43,1171kPa volumecairan x diameter volumesilinder 160,593 x 5,469 = = 4,5577m 19,635

168 Tekanan udara luar, P o = 1 atm = 101,35 kpa P operasi = 43,1171kPa + 101,35 kpa = 144,441kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, P design = (1,05) (144,441kPa) = 151,6643kPa Joint efficiency = 0,85 (Brownell,1959) Allowable stress = psia = 94458,1 kpa (Brownell,1959) Faktor korosi = 0,0 in = 0, m/tahun = 10 tahun Tebal shell tangki: P. D t s = n.. C SE 1, P 151,6643 kpa x 5,469 m = (10)(0,0005 ) (94458,1709 kpa)(0,85) 1,(151,6643 kpa) = 0,0106 m = 0,4163 in Maka tebal shell yang standar yang digunakan = 1/ in 11. Ketel Uap (KU) Fungsi : Untuk menghasilkan steam untuk keperluan proses Jumlah : 1 buah Jenis : Fire tube boiler Perhitungan Uap yang digunakan = 00 o C Panas laten; = 835,7440 kkal/kg = 835,7440 Btu/jam Kebutuhan uap = 51655,159kg/jam =113880,6541Ibm/jam Daya ketel uap; P = = WxH 34,5x970,3 Luas permukaan ;A = hp x 10 = 843,1390 x , ,7440 = 843,1390hp 34,5 970,3

169 =8431,3901 ft Diambil; L = 30 ft D = 3 in,a = 0,917 ft /ft Jumlah tube; 8431,3901 Nt = = 1034 tube 30 0, Menara Pendingin Air /Water Cooling Tower (CT) Fungsi : Mendinginkan air pendingin bekas dari temperatur 50C menjadi 30C Jenis : Mechanical Draft Cooling Tower Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 53 Grade B Kondisi operasi : Suhu air masuk menara (T L ) = 50C = 1F Suhu air keluar menara (T L1 ) = 30C = 86F Temperatur bola basah (T w ) = 70F Konsentrasi air = gal/ft,mnt Laju massa air pendingin =165751,391kg/jam Densitas air (50C) = 99,500 kg/m 3 (Perry, 1999) Laju volumetrik air pendingin = ,391/99,500 = 18,66706m 3 /jam = 9606,91989gal/mnt Faktor keamanan = 0, Luas menara, A = (9606,91989gal/menit) / (,0 gal/ft. menit) =4804,959645ft Diambil performance 90% maka daya 0,03 Hp/ft Daya untuk fan = 144,1488Hp Dipakai daya fan = 145 Hp Kecepatan rata-rata udara masuk = 4-6 ft/detik diambil 5 ft/dtk Kapasitas fan yang dipakai ft 3 /dtk Densitas udara (70C) = 0,0730 lb/ft 3 (Perry, 1999)

170 L = ,51 6 = 993,6848 lb/ft.jam 4804, G = 5 ft/detik x 0,0730 lb/ft 3 = 0,3650 lb/ft.dtk = 1314 lb/ft.jam L G 993, = 0,756 Pada temperatur bola basah 70 0 C diperoleh H 1 = 34,09 BTU/lb (Perry, 1999) H = H 1 + L/G (T -T 1 ) = 34,09 + 0,756 (1-86) = 61,314Btu/lb udara kering Dari gambar 17.1 kern,1965 diperoleh Pada temperatur air masuk T = 1 0 F H = 17 Btu/lb Pada temperatur air keluar T 1 = 86 0 F H 1 = 5 Btu/lb Log Mean Enthalpy Difference : Bagian atas menara Bagian bawah menara Log mean (H - H) = : H -H = 17 61,314 = 65,6858Btu/lb : H 1 -H 1 = 5 34,0900 = 17,9100 Btu/lb 65, ,91 65,6858,3log 17,91 = 36,8054Btu/lb nd. L Tinggi tower, Z = (kern, 1965) k. a HDU = Z nd Dimana : L = liquid loading ( lb/ft jam) K x a = koefisien perpindahan panas overall (lb/ft jam(lb/lb)) Z = Tinggi tower (ft) HDU = Height of Diffusion Unit (ft) Nd = K xav L T 186 = 0,9781 H' H 36,8054 Untuk industri digunakan harga k x a = 100 lb/ft jam (lb/lb) NdL Tinggi tower, Z = ka 0, ,6848 =9,7194ft 100

171 HDU = Z Nd 9,7194 0,9781 = 9,9368 ft Lebar tower dipakai kelipatan 6 ft dari tinggi tower Maka lebar tower = 9,9368 ft + 6 ft = 15,9368 ft = 4,8576 meter 13. Tangki Bahan Bakar (TB-01) Fungsi Bentuk : Menyimpan bahan bakar Solar : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon steel SA-85, Grade C Jumlah : 1 Kondisi operasi Laju volume solar : Temperatur 30 C dan tekanan 1 atm = 796,9689L/jam = 0,4881lbm/s Densitas solar = 0,89 kg/l = 55,56 lbm/ft(perry, 1997) Kebutuhan perancangan = 3 hari Perhitungan Ukuran Tangki : Volume solar (Va) = 796,9689L/jam x 3 hari x 4 jam/hari Faktor keamanan = 0% =57391,7588L = 57,3818m 3 Volume tangki, V t = 1, 57,3818m 3 = 68,8581m 3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H = 1:1 1 V = 4 D H 68,8581m 3 1 = D 1 D ,8581m 3 = Maka: 1 D 4 3 D = 3,560m ; H =3,560 m Tinggi cairan dalam tangki = volumecairanx tinggisilinder volumesilinder Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik 57381,7588 x 3,560 = =,9383m = 9,640ft 3,560

172 P hid = x g x l = 890 kg/m 3 x 9,8 m/det x,9383m = 5,699kPa Tekanan udara luar, P o = 1 atm = 101,35 kpa, P operasi = 5,699kPa + 101,35 kpa = 16,9549kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, P design = (1,05) (10,9kPa) = 133,307kPa Joint efficiency = 0,85 (Brownell,1959) Allowable stress = psia = 94458,1 kpa (Brownell,1959) Faktor korosi = 0,0 in = 0, m/tahun = 10 tahun Tebal shell tangki: P. D t s = n.. C SE 1, P 133,307 kpa x 3,560 m = (10)(0,0005 ) (94458,1709 kpa)(0,85) 1,(133,307) = 0,0080 m = 0,315 in Maka tebal shell yang standar yang digunakan = 1/ in 14. Unit Refrigerant Fungsi : Untuk menurunkan temperatur amoniak menjadi -5 0 C Data data: Cp amoniak = 41,4 kal/kmol 0 K = 1,089 kmol / jam BM amoniak = 17 kg/kmol F amoniak = 0,55143 kg/jam Temperatur amoniak masuk = 30 0 C = 86 0 F Temperatur amoniak keluar = -5 0 C = 5 0 F Refigrant yang digunakan : HFC-1340 Perbedaan temperatur minimum = 86 5 = 81 0 F

173 93 Panas Chiler; Q = N Cp dt = (1,089) 164,365 (86 5) 5 = 16094,7687 Btu/jam Kondensor Evaporator Gambar LD-1 Diagram P-H Suhu pendinginan = 9 C (Perry, 1997, hal -89) Tekanan pendinginan = 4 bar (Perry, 1997, hal -89) Suhu kondensasi = 40 C (Perry, 1997, hal -89) Tekanan kondensasi = 10 bar (Perry, 1997, hal -89) Perhitungan: a. Net refrigerating effect RE = hg hf (Pers. 1.1, Perry, 1973) Dimana: RE = refrigerating effect, Btu/lb hg = Entalpi uap yang keluar dari chiller = 55, kj/kg hf = Entalpi cairan yang keluar dari kondensor = 31, Btu/lb (Perry, 1997, hal -89) RE = 83,9 31, = 5,7 Btu/lb b. Massa refrigerant yang disirkulasi

174 00Btu/ menit. ton m (Pers. 1., Perry, 1973) RE Btu/ lb 00Btu/ menitton. m 63,784Btu/ lb m = 3,14 lb/menit.ton c. Volume uap teoritis C.F.M./ton = m x Vg (Pers. 1.3, Perry, 1973) Dimana: Vg = volume spesifik uap yang masuk ke kompresor = 0,8 ft 3 /lb (Perry, 1973) C.F.M./ton = 3,14 lb/menit.ton x 0,8 ft 3 /lb =,575 ft 3 /menit.ton d. Panas kompresor (Q) Q = hd - hg (Pers.1.4, Perry, 1973) Dimana: hd = entalpi uap yang keluar dari kompresor : 6,09 kj/kg = 11,68 Btu/lb hg = entalpi uap yang masuk ke kompresor : 58,99 kj/kg Btu/lb = 111,35 Btu/lb (Perry, 1997, hal-89) Q = 86,4 8,7 = 3,7 Btu/lb e. Kerja kompresor (W) W = Q x m (Pers. 1.5, Perry, 1973) W = 1,33 Btu/lb x 3,14 lb/menit.ton = 4,185 Btu/menit.ton f. Daya kompresor (P) P = W / 4,4 Btu/menit P = 4,185 /4,4 = 0,1 hp/ton g. Panas kondensor Panas kondensor = RE + Q (Perry, 1973) = 63,784 Btu/lb + 1,33 Btu/lb = 65,11 Btu/lb

175 h. Cycle coefficient of performance (COP) RE COP (Pers. 1.7, Perry, 1973) Q 63,784 COP 1,33 COP = 47,96 Unit Pengolahan Limbah 15. Bak Penampungan Fungsi Bahan konstruksi : Beton kedap air Jumlah : tempat menampung buangan air sementara : 1 unit Laju volumetrik air buangan = 91,0040 kg/jam Densitas air = 995,68 kg/ m 3 Laju volumetrik = 91,0040 kg/jam 995,68 kg/ m3 = 0,950m 3 /jam Waktu penampungan air buangan = 7 hari Volume air buangan = 0,950x 7 x 4 = 155,4000m 3 155,4000 m Bak terisi 90%, maka volume bak = 0,9 Direncanakan ukuran bak sebagai berikut: - Panjang bak (p) = x lebar bak (l) - Tinggi bak (t) = lebar bak (l) Maka, Volume bak = p x l x t 71, m 3 =.l x l x l l = 4,4197m Jadi, panjang bak = x 4,4197m = 8,8394m Tinggi bak = 4,4197m Luas bak = 39,0675m 3 = 17,6667m 3

176 16. Bak Sedimentasi Awal Fungsi : Menghilangkan padatan dengan cara pengendapan Bahan konstruksi : Beton kedap air Jumlah : 1 unit Laju volumetrik air buangan = 0,950m 3 /jam Waktu tinggal air = 5 jam (Perry&Green, 1997) Volume bak (V) = 0,950 m 3 /jam x 5 jam = 4,650m 3 Bak terisi 90 % maka volume bak = 4,650 m 0,9 3 = 5,1389m 3 Direncanakan ukuran bak sebagai berikut: - panjang bak, p = lebar bak - tinggi bak, t = 1 lebar bak Maka : Volume bak = plt 5,1389 m 3 = lll l = 1,3697m Jadi, panjang bak =,7393m Lebar bak = 1,3697m Tinggi bak = 1,3697m Luas bak = 3,7519m 17. Bak Netralisasi Fungsi : Tempat menetralkan ph limbah Bahan konstruksi : Beton kedap air Jumlah : 1 unit Kebutuhan Na CO 3 untuk menetralkan ph air limbah ditentukan sebesar 0,15 mg Na CO 3 / 30 ml air limbah (Lab. Analisa FMIPA USU,1999). Jumlah air buangan = 0,950m 3 /jam = 95 liter/jam Kebutuhan Na CO 3 : = (95 liter/jam) (0,15 mg/ 0,03 liter) (1 kg/10 6 mg) = 0,0046 kg/jam Laju volumetrik air buangan = 0,950m 3 /jam Direncanakan waktu penampungan air buangan selama 1 hari.

177 Volume air buangan = 0,950m 3 /jam 1 hari 4 jam/1 hari =, m 3 Bak terisi 90 % maka volume bak =, m 0,9 Direncanakan ukuran bak sebagai berikut: - panjang bak, p = lebar bak - tinggi bak, t = 1 lebar bak Maka : Volume bak = plt 4,6667m 3 = lll l =,3104m Jadi, panjang bak = 4,609m Lebar bak =,3104m Tinggi bak =,3104m Luas bak = 10,676m 3 = 4,6667m Pengolahan Limbah dengan Sistem Activated Sludge (Lumpur Aktif) Pengolahan limbah cair pabrik ini dilakukan dengan menggunakan activated slugde (sistem lumpur aktif), mengingat cara ini dapat menghasilkan effluent denganbod yang lebih rendah (0 30 mg/l) (Perry&Green, 1997). Proses lumpur aktif merupakan proses aerobis di mana flok biologis (lumpur yang mengandung mikroorganisme) tersuspensi di dalam campuran lumpur yang mengandung O. Biasanya mikroorganisme yang digunakan merupakan kultur campuran seperti bakteri, protozoa, fungi, rotifera dan nematoda. Flok lumpur aktif ini sendiri merupakan makanan bagi mikroorganisme sehingga akan diresirkulas kembali ke tangki aerasi. Data: Laju volumetrik (Q) limbah = 0,950m3/jam = 5864,5740gal/hari Dari Tabel 5-3 (Metcalf & Eddy, 003, hal. 447) diperoleh: BOD 5 air limbah pabrik bietanol (So) = 500 mg/l Efisiensi (E) = 95 % (Metcalf & Eddy, 1991) Dari Tabel 7-9 (Metcalf & Eddy, 003, hal. 585) diperoleh: Koefisien cell yield (Y) = 0,8 mg VSS/mg BOD5 Koefisien endogenous decay (Kd) = 0,15 hari -1

178 Dari (Metcalf & Eddy, 003, hal. 586) diperoleh: Mixed Liquor Volatile Suspended Solid (X) = 100 mg/l Direncanakan: Waktu tinggal sel (θc) = 7 hari 1. Penentuan BOD Effluent (S) SoS E = 100 So (Metcalf & Eddy, 1991, hal. 59) ESo 0, S = So = 500 = 5 mg/l (BOD5 effluent (S) maksimum = 100 mg/l (Kep-51/MENLH/10/1995)). Penentuan volume aerator (Vr) cqy ( SoS) Vr = (Metcalf & Eddy, 1991, hal. 593) X(1 kd. c) = 7 hari 5864,5740 gal/hari 0,8(500 5) 100 mg/l(1 0,15.7) = 76096,436galon = 88,0585m 3 3. Penentuan Ukuran Bak Aerasi Direncanakan tinggi cairan dalam aerator = 4 m Dari Tabel 5-33 (Metcalf & Eddy, 003, hal. 448) untuk tinggi tangki = 4 m Lebar tangki = 10-0 m, dipilih panjang tangki = 0 m V = p x l x t 88,0585m3 = p x 0 m x 4 m p = 3,6007m Jadi, ukuran aeratornya sebagai berikut: Panjang = 3,6007m Lebar = 0 m Tinggi = 4 m Faktor kelonggaran = 0,5 m di atas permukaan air (Metcalf & Eddy, 1991) Maka tinggi bak menjadi = 4 + 0,5 = 4,5 m 4. Penentuan Jumlah Flok yang Diresirkulasi (Qr)

179 Bak penampung dan pengendapan Q Tangki aerasi Q+Q r X Tangki sedimentasi Q e X e Q r Q w Asumsi: Qe = Q = 5864,5740gal/hari Xe = 0,001 X = 0,001 x 100 mg/l = 0,1 mg/l Xr = 0,999 X = 0,999 x 100 mg/l = 99,9 mg/l Px = Qw x Xr (Metcalf & Eddy, 1991) Px = Yobs.Q.(S o S) (Metcalf & Eddy, 1991) Y Yobs = = 1 kd. c 0,8 =0,390 1 (0,15) (7) Px = (0,390)(5864,5740 gal/hari)(500 5)mg/l = ,7659 gal.mg/l.hari Neraca massa pada tangki sedimentasi : Akumulasi = jumlah massa masuk jumlah massa keluar 0 = (Q + Qr)X Qe Xe Qw Xr 0 = QX + QrX Q(0,001X) - Px Qr = = Q. X (0,001 X 1) Px (5864,5740 )(100)(0,0011) , = 501,08gal/hari 5. Penentuan Waktu Tinggal di Aerator (θ) Vr 76096,436 θ = = = 15,18 hari 364 jam Qr 501,08 X r X r (Metcalf & Eddy, 1991) 6. Penentuan Daya yang Dibutuhkan Type aerator yang digunakan adalah mechanical surface aerator. Dari Tabel 5-33 (Metcalf & Eddy, 003, hal. 448) untuk tinggi tangki = 4 m dengan lebar tangki = 0 m, diperlukan daya aerator sebesar 0 hp.

180 19. Tangki Sedimentasi Fungsi : mengendapkan flok biologis dari tangki aerasi dan sebagian diresirkulasi kembali ke tangki aerasi Laju volumetrik air buangan = 10876,78gal/hari = 41,1734m3/hari Diperkirakan kecepatan overflow maksimum = 33 m 3 /m hari (Perry, 1997) Waktu tinggal air = jam = 0,083 hari (Perry&Green, 1997) Volume tangki(v) = 41,1734m 3 /hari x 0,083 hari = 3,4311m 3 Luas tangki (A) = (41,1734m 3 /hari) / (33 m 3 /m hari) = 1,477m A = ¼ π D D = (4A/π) 1/ = (4 x 1,477/3,14) 1/ = 0,7947m Kedalaman tangki, H = V/A =,75 m. 0. Pompa Limbah Ada beberapa pompa limbah, yaitu : 1. PL-01: memompa cairan limbah dari bak penampungan ke bak pengendapan awal. PL-0 : memompa cairam limbah dari bak pengendapan awal ke bak netralisasi 3. PL-03 : memompa cairan limbah dari bak netralisasi ke tangki aerasi 4. PL-04 : memompa cairan limbah dari tangki aerasi ke tangki sedimentasi 5. PL-05 : memompa air resirkulasi dari tangki sedimentasi ke tangki aerasi Jenis : pompa sentrifugal Bahan konstruksi : commercial steel *) Perhitungan untuk PU-01 Kondisi operasi : Tekanan masuk = 101,35 kpa = 116,740 lbf/ft Tekanan keluar = 101,35 kpa = 116,740 lbf/ft Temperatur = 30 0 C Laju alir massa (F) = 91,0040kg/jam = 0,5640lbm/s Densitas () = 995,68 kg/m 3 = 6,1589 lbm/ft 3

181 Viskositas () = 0,8007 cp = 0,0005 lbm/ft.s 0,5640 lbm/s Laju alir volumetrik (Q) = 3 6,1589 lbm/ft Desainpompa: = 0,0091ft 3 /s Di,opt = 3,9 (Q) 0,45 () 0,13 (Timmerhaus,1991) = 3,9 (0,0091ft 3 /s) 0,45 (6,1589 lbm/ft 3 ) 0,13 = 0,8039in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1983, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 1in Schedule number : 40 Diameter Dalam (ID) : 1,0490in = 0,0874ft Diameter Luar (OD) : 1,3150in = 0,1096ft Inside sectional area : 0,006 ft 3 0,0091 ft /s Kecepatan linear, v = Q/A = 0,006ft Bilangan Reynold : N Re = v ID = 1,513 ft/s (6,1589 = lbm/ft ) (1,513ft/s)(0,0874ft) 0,0005lbm/ft.s = 157,4139 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel, harga = 0, (Geankoplis, 1983) 0, Pada N Re = ,065 dan /OD = = 0, ,0874 Dari Fig Geankoplis,1983 diperoleh harga f = 0,007 Instalasi pipa: - Panjang pipa lurus, L 1 = 0 ft - 1 buah gate valve fully open ; L/D = 13 (Appendix C a, Foust, 1980) L = 1 x 13 x 0,0874= 1,1364ft - 1 buah standard elbow 90 o ; L/D = 30 ( Appendix C a, Foust, 1980) L 3 = 1 x 30 x 0,0874=,65ft - 1 buah sharp edge entrance ; K=0,5; L/D = (Appendix C c, C d, Foust,1980)

182 L 4 = 0,5 x x 0,0874= 0,9616ft - 1 buah sharp edge exit K=0,5; L/D = 7 L 5 = 0,5 x 7 x 0,0874= 1,1801ft (Appendix C c, C d, Foust, 1980) Panjang pipa total (ΣL) = 0 + 1,1364+,65+ 0, ,1801 = 5,9006ft Faktor gesekan, F = f v L gc D Tinggi pemompaan, z = 0 ft g Static head, z gc = 0,007 1,513 5,9006 (3,174) (0,0874) = 0 ft.lbf/lbm = 0,0737 Velocity head, v gc = 0 Pressure head, P =0 -W s = g z + gc v gc + P + F = ,0737 = 0,0737ft.lbf/lbm Efisiensi pompa = 80% (Peters et.al., 004) WsQ Tenaga pompa, P = 5500,8 0,0737 0,0091 6,1589 = = 0,057 hp 5500,8 Maka dipilih pompa dengan tenaga 0,5 hp Analog perhitungan dapat dilihat pada PL-01, sehingga diperoleh : LD.4 Analog Perhitungan Pompa Limbah

183 Pompa Laju Alir (kg/jam) D optimum (in) ID (in) V (ft/s) ΣF Daya (hp) Daya standar (hp) PL 01 91,0040 0,8039 1,0490 1,513 0,0737 0,057 0,5 PL 0 91,0040 0,8039 1,0490 1,513 0,0737 0,0193 0,5 PL 03 91,0040 0,8039 1,0490 1,513 0,0886 0,0181 0,5 PL 04 91,0040 0,8039 1,0490 1,513 0,0886 0,0091 0,5 PL 05 91,0040 0,8039 1,0490 1,513 0,0886 0,014 0,5

184 LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI Dalam Pra rancangan pabrik Dimetil Eter digunakan asumsi sebagai berikut: 1. Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun.. Kapasitas maksimum adalah ton/tahun. 3. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchasedequipment delivered (Peters et.al., 004). 4. Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar dolar terhadap rupiah adalah : US$ 1 = Rp 9550,- (Analisa, Agustus 014). 1. Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment) 1.1 Modal Investasi Tetap Langsung (MITL) Biaya Tanah Lokasi Pabrik Menurut keterangan masyarakat setempat, biaya tanah pada lokasi pabrik berkisar Rp /m (Rumah.com, 014). Luas tanah seluruhnya = m Harga tanah seluruhnya = m Rp /m = Rp ,- Biaya perataan tanah diperkirakan 5 dari harga tanah seluruhnya dan biaya administrasi pembelian tanah diperkirakan 1% dari harga tanah seluruhnya (Timmerhaus, 004). Biaya perataan tanah = 0,05 x Rp ,- = Rp ,- Biaya administrasi = 0,01 x Rp ,- = Rp ,- Total biaya tanah (A) = Rp , Harga Bangunan Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya No Bangunan Luas (m ) Harga/m Total 1 Pos keamanan Parkir Taman Areal bahan baku Areal proses

185 6 Areal produk Ruang kontrol Perkantoran Unit pengembangan Bengkel Unit pengolahan air Ruang boiler Unit pembangkit listrik Laboratorium Poliklinik Unit pemadam kebakaran Gudang peralatan Kantin Tempat ibadah Unit pengolahan limbah Areal perluasan Jalan Perumahan karyawan Areal antar bangunan Total Total biaya bangunan (B) = Rp , Perincian Harga Peralatan Harga peralatan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut: m X Ix C x Cy (Timmerhaus, 004) X1 I y dimana: C x = harga alat pada tahun 014 C y X 1 X = harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia = kapasitas alat yang tersedia = kapasitas alat yang diinginkan I x = indeks harga pada tahun 014 I y m = indeks harga pada tahun yang tersedia = faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat) Untuk menentukan indeks harga pada tahun 014 digunakan metode regresi koefisien korelasi:

186 n ΣXi Yi ΣXi ΣYi n ΣX ΣX n ΣY ΣY r (Montgomery, 199) i i i i Tabel LE. Harga Indeks Marshall dan Swift No Tahun (Xi) Indeks (Yi) Xi.Yi Xi Yi Total (Sumber: Tabel 6-, Peters et.al., 004) Data: n = 14 Xi = 7937 Yi = XiYi = Xi² = Yi² = Dengan memasukkan harga hargapada Tabel LE-, maka diperoleh harga koefisien korelasi: r = (14). ( ) (7937)(14184) [(14). ( ) (7937)²] [(14)( ) (14184)² ] ½ = 0,984 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 (014)

187 X = variabel tahun ke n a, b = tetapan persamaan regresi Tetapan regresi ditentukan oleh: b n ΣX Y ΣX ΣY i i i n ΣX ΣX a i i i Yi. Xi Xi. Xi.Yi (Montgomery, 199) n. Xi ( Xi) Maka: (14)( ) (7937)(14184) b = 16, (14)( ) (7937) 3185 (14184)( ) (7937)( ) a = 358, 8 (14)( ) (7937) 3185 Sehingga persamaan regresi liniernya adalah: Y = a + b X Y = 16,80879X 358,8 Dengan demikian, harga indeks pada tahun 014 adalah: Y = 16,80879(014) 358,8 Y = 1.34,055 Perhitungan harga peralatan yang digunakan adalah harga faktor eksponsial (m) Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4, Peters et.al., 004. Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya dianggap 0,6 (Peters et.al., 004). Contoh perhitungan harga peralatan a. Tangki Pelarutan Alum [Al (SO 4 ) 3 ] (TP-01) Kapasitas tangki, X = 5689,096 m 3. Dari Gambar LE.1, diperoleh untuk harga kapasitas tangki (X 1 ) 1 m³ pada tahun 00 adalah (C y ) US$ Dari tabel 6-4, Peters et.al., 004, faktor eksponen untuk tangki adalah (m) 0,49. Indeks harga pada tahun 00 (I y ) 1103.

188 Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan.(Peters et.al., 004) Indeks harga tahun 014 (I x ) adalah 134, Maka estimasi harga tangki untuk (X ) 5689,096 galon adalah: C x = US$ , C x = Rp ,-/unit 0,49 134, Dengan cara yang sama diperoleh perkiraan harga alat lainnya yang dapat dilihat pada Tabel LE.3 untuk perkiraan peralatan proses dan Tabel LE.4 untuk perkiraan peralatan utilitas. 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