LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Transkripsi

1 LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Kapasitas produksi Basis perhitungan Satuan massa Satu tahun operasi Satu hari operasi ,00 ton/tahun 1 jam operasi kilogram 00 hari 4 jam Kapasitas produksi dalam 1 jam operasi ,00 ton 1000kg 1tahun 1hari 1 tahun ton 00hari 4 jam 1.944,4444 kg/jam Berdasarkan data produksi tersebut dan proses-proses yang berlangsung maka akan dibutuhkan data kapasitas bahan baku sebesar.48,785 kg/jam. Komposisi arang kayu dapat dilihat pada Tabel LA.1 dibawah ini Tabel LA.1 Komposisi arang kayu Komponen Kadar (%) Asumsi Kadar (%) Karbon 9 9 Air (Bahan yang menguap) Debu 0 - Hidrogen 0 -,5,5 Nitrogen 0-0, 0, Oksigen 0-0, 0, TOTAL 100 Sumber : (Partington,1961)

2 LA.1 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-101) BE-101 F 1 Arang kayu Arang kayu F 1 LA. Neraca Massa pada Roller Mill (FR-101) Arang kayu F 1 FR-101 F 1 Arang kayu LA. Neraca Massa pada Vibrating Screen (SS-101) Arang kayu F 1 F Arang kayu reject SS -101 F Arang kayu Asumsi : Efisiensi alat pada vibrating screen adalah 85%

3 Neraca massa total : F 1 F + F Neraca massa komponen : Alur 1 F 1 Arang kayu 0,9 x.48,785.68,070 kg/jam F 1 Air 0,01 x.48,785 4,878 kg/jam F 1 Debu 0,0 x.48,785 7,165 kg/jam F 1 Hidrogen 0,05 x.48,785 60,9696 kg/jam F 1 Nitrogen 0,00 x.48,785 4,8775 kg/jam F 1 Oksigen 0,00 x.48,785 7,16 kg/jam Alur F Karbon.68,070 x 0, ,8597 kg/jam F Air 4,878 x 0,85 0,796 kg/jam F Debu 7,165 x 0,85 6,1890 kg/jam F Hidrogen 60,9696 x 0,85 51,841 kg/jam F Nitrogen 4,8775 x 0,85 4,1459 kg/jam F Oksigen 7,16 x 0,85 6,189 kg/jam Alur F F 1 F F Karbon.68, , ,105 kg/jam

4 F Air 4,878-0,796,6581 kg/jam F Debu 7,165-6, ,9745 kg/jam F Hidrogen 60, ,841 9,1455 kg/jam F Nitrogen 4,8775-4,1459 0,716 kg/jam F Oksigen 7,16-6,189 1,0974 kg/jam LA.4 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-101) Arang kayu F F BC-101 Arang kayu Keterangan : F out F in F LA.5 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-10) BE-10 F Arang kayu F Arang kayu

5 LA.6 Kalsinasi ( F-101 ) Air Hidrogen Nitrogen Oksigen F 4 Arang kayu F Kalsinasi Karbon F 5 Asumsi : Efisiensi alat 100% dikarenakan semua bahan yang bersifat volatil teruap dengan sempurna, sehingga akan diperoleh karbon dengan debu pada alur 5: Neraca massa total : F F 4 + F 5 Neraca massa komponen : Alur F Karbon 1.97,8597 kg/jam F Air 0,796 kg/jam F Debu 6,1890 kg/jam F Hidrogen 51,841 kg/jam F Nitrogen 4,1459 kg/jam F Oksigen 6,189 kg/jam Alur 4 F 4 Air 0,796 x 100% 0,796 kg/jam F 4 Hidrogen 51,841 x 100% 51,841 kg/jam

6 F 4 Nitrogen 4,1459 x 100% 4,1459 kg/jam F 4 Oksigen 6,189 x 100% 6,189 kg/jam Alur 5 F 5 F - F 4 F 5 Karbon 1.97, ,8597 kg/jam F 5 Debu 6, ,1890 kg/jam F 5 Air 0,796-0,796 0 F 5 Hidrogen 51,841-51,841 0 F 5 Nitrogen 4,1459-4, F 5 Oksigen 6,189-6,189 0 LA.7 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-10) BE-10 F5 Arang kayu F5 Arang kayu

7 LA.8 Tungku Listrik (F-10) Karbon Debu F 5 Sulfur F8 Tungku Listrik Debu F9 Karbon disulfida F10 Asumsi : Efisiensi alat 80% sehingga 0% debu masih terdapat dialur 9 Neraca massa total : F 5 + F 8 F 10 + F 9 Ditungku listrik dilakukan penambahan Sulfur agar dapat bereaksi menjadi CS dengan reaksi : C + S CS dimana penambahan sulfur sebanyak 0 % dari total bahan volatil, untuk menggantikan bahan yang sudah menguap tersebut ( air, hidrogen, nitrogen, oksigen ). Neraca massa komponen : Alur 5 F 5 Karbon 1.97,8597 kg/jam F 5 Debu 6,1890 kg/jam Alur 8 : Total bahan yang bersifat volatil 8,9186 kg/jam (Alur 4) F 8 Sulfur 0, x 8, ,587 kg/jam

8 Alur 9 F 9 Debu 0,8 x 6, ,751 kg/jam Alur 10 F 10 Karbon Disulfida 1.97, , ,444 kg/jam F 10 Debu 6, ,751 1,478 kg/jam LA.9 Neraca Massa pada Cyclone (FG-101) F10 CS F1 CS Debu F11 Asumsi : Efisiensi 98% sehingga debu sebagai residu masih terikat sebesar % pada produk (alur 1). Neraca massa total : F 10 F 11 + F 1 Neraca massa komponen : Alur 10 F 10 Karbon Disulfida 1.944,444 kg/jam F 10 Debu 1,478 kg/jam

9 Alur 11 F 11 Debu 1,478 x 0,98 1,1890 kg/jam Alur 1 1 F CS 10 F CS F 1 Karbon Disulfida 1.944,444 kg/jam F 1 Debu 1.944, ,444 0,0010 kg/jam L.A.10 Cooler ( CO-101 ) Di dalam Cooler karbon disulfida didinginkan hingga suhunya menjadi C. Karbon disulfida F 1 Cooler Karbon disulfida F 1 Neraca massa total : F 1 F ,4444 kg/jam 1.944,4444 kg/jam L.A.11 Condensor ( CD-101 ) Di dalam Condensor menjadi C. Karbon disulfida didinginkan hingga suhunya

10 Karbon disulfida F 1 Condensor Karbon disulfida F 14 Neraca massa total : F 1 F ,4444 kg/jam 1.944,4444 kg/jam L.A.1 Cooler ( CO-10 ) 44 0 C. Di dalam Cooler karbon disulfida didinginkan hingga suhunya menjadi Karbon disulfida F 14 Cooler Karbon disulfida F 15 Neraca massa total : F 14 F ,4444 kg/jam 1.944,4444 kg/jam LA.1 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-104) BE-101 F6 Sulfur Sulfur F6

11 LA.14 Neraca Massa pada Roller Mill (FR-10) Sulfur F6 FR-101 F6 sulfur LA.15 Neraca Massa pada Vibrating Screen (SS-10) Sulfur F6 F7 Sulfur reject SS -101 F8 Sulfur Asumsi : Efisiensi alat pada vibrating screen adalah 85% Neraca massa total : F 6 F 7 + F 8 Neraca massa komponen : Alur 6 F 6 Sulfur 19,510

12 Alur 8 F 8 Sulfur 19,510 x 0,85 16,587 kg/jam Alur 7 F 7 F 6 F 8 F 7 Sulfur 19,510-16,587,965 kg/jam

13 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS Basis Perhitungan Satuan Temperatur refrensi : 1 jam operasi : kj/jam : 5 o C 98,15 o K Tabel LB.1 Kapasitas panas gas CpgT o K a + bt + ct + dt + et 4 a b c d e H O H 1, , , , , N, , , , , O, , , , , CS, , , , , (Sumber : Reklaitis, 198) Tabel LB. Kapasitas panas liquid CplT o K a + bt + ct + dt + et 4 a b c d e H O 1, , , , CS 1, , , , (Sumber : Reklaitis, 198) Tabel LB. Kapasitas panas solid CpsT o K a + bt a b C,67 0,0061 S,6 0,00640 Debu 0,1800 0, (Sumber : Reklaitis, 198) Tabel LB.4 Panas Laten (kj/mol) H VL H O 40656, CS 64,4 (Sumber : Reklaitis, 198)

14 Tabel LB.5 Entalpi Pembentukan (kj/mol) H o f CS 117,068 (Sumber : Reklaitis, 198) 1. Furnace (F-101) Fungsi : Tempat berlangsungnya penguapan kandungan arang kayu yang bersifat volatile sehingga tersisa di dalam arang kayu hanyalah karbon o C Bahan volatile (H O, H, O, N ) 0 o C Arang Kayu F o C Karbon Debu A. Panas Masuk Alur dq/dt () N Arang Kayu 0,15 CpdT 98,15 N 0,15 CpdT N CpdT 98,15 Arang kayu 160,51 17, ,1681 B. Panas Keluar Alur 4 dq/dt (4) N H 67,15 CpdT + N O 98,15 67,15 CpdT + N N 98,15 67,15 CpdT + (N HO(l) 98,15 7,15 98,15 67,15 CpdT + N HO(g) CpdT + H VL ) 7,15 N CpdT N4 CpdT H 51, , ,9951 O 0, ,888 45,0554 N 0, ,94 44,199 H O 1, , ,51 Total ,786

15 C. Panas Keluar Alur 5 dq/dt (5) N Karbon 67,15 CpdT + N Debu 98,15 67,15 CpdT 98,15 N 67,15 CpdT N 5 CpdT 98,15 Karbon 160, , ,9806 Debu 5, ,705 4,0781 Total 766,0588 Maka, Q Keluar Q 4 Total + Q 5 Total ,786 J/jam + 766,0588 J/jam 8787,8414 J/jam Sehingga, dq/dt Q Keluar - Q Masuk 8787,8414 kj/jam + 775,1681 kj/jam ,67 kj/jam Agar temperatur pada F-101 menjadi 400 o C maka digunakan energi listrik dalam menghasilkan energi panas pada furnace (F-101) sesuai dengan dq/dt. Maka besar energi listrik yang digunakan pada furnace (F-101) elektrik tersebut adalah sebesar ; dq/dt ,67 kj/jam kj ,67 jam 41,857 J/sec 41,857 W 4,19 kw J jam x 1000 x kj 600sec

16 . Furnace (F-10) Fungsi : Tempat terjadi reaksi antara karbon dan sulfur dalam fase gas pada temperatur 900 o C dan tekanan 1 atm. 8 0 o C Sulfur 400 o C Karbon Debu 5 F o C Karbon Disulfida Debu 900 o C Debu A. Panas masuk alur 5 dq/dt (5) 766,0588 kj/jam B. Panas masuk alur 8 117,15 dq/dt (8) N Sulfur CpdT 98,15 N 117,15 CpdT N 8 CpdT 98,15 Sulfur 0,517 7, ,650 Q masuk Q 5 + Q 8 766,0588 kj/jam + 14,650 kj/jam 7640,48 kj/jam C. Panas keluar alur 9 117,15 dq/dt (9) N Debu CpdT 98,15 N 117,15 CpdT 98,15 N CpdT Debu 4,145 07, ,470

17 D. Panas keluar alur 10 19,15 dq/dt (10) (N CS(l) CpdT + N CS(g) 98,15 117,15 CpdT 98,15 117,15 CpdT + H VL ) + N Debu 19,15 N 117,15 CpdT 98,15 N 10 CpdT Karbon Disulfida 0, , ,659 Debu 1,056 07, ,1067 Total ,766 Maka, Q Keluar Q 9 + Q ,470 kj/jam ,766 kj/jam 19545,19 J/jam Reaksi : C + S CS H o f [ H o f CS - H o f C - H o f S] 117,068 kj/mol ,068 kj/mol (dq/dt) - (dw/dt) H r + N out [H (T out ) H (T r )] N in [H (T in ) (H (T r )] (dq/dt) ,15 kj/jam Agar temperatur pada F-10 menjadi 900 o C maka perlu digunakan energi listrik dalam menghasilkan energi panas pada furnace (F-10) sebanding dengan dq/dt. Maka besar energi listrik yang digunakan pada furnace (F- 10) elektrik tersebut adalah sebesar :

18 dq/dt ,155 J/jam kj ,155 jam 81681,9871 W 81,680 kw J x 1000 KJ x jam 600sec. Cooler (CO-101) Fungsi : Untuk menurunkan temperatur produk dari 900 o C menjadi 550 o C dengan menggunakan air sebagai media pendingin. 10 o C Air pendingim 900 o C Karbon Disulfida 1 F o C Karbon Disulfida 00 o C Kondensat A. Panas masuk pada alur 1 dq/dt (1) Q ,766 kj/jam B. Panas keluar pada alur 1 8,15 dq/dt (1) N Karbon Disulfida(l) CpdT + N Karbon Disulfida(g) 98,15 + H VL 8,15 CpdT 98,15 N 8,15 CpdT 98,15 N 1 CpdT CS 5, , ,60

19 Maka, dq/dt Q Keluar - Q Masuk ,60 kj/jam ,766 kj/jam ,48 kj/jam Agar temperatur pada CO-101 dan produk temperatur keluar pada alur o C maka digunakan air pendingin. Temperatur air pendingin yang digunakan 10 o C, 1 atm dan di asumsikan temperatur air pendingin keluar 00 o C sebagai kondensat. Cp air pada 00 o C adalah 4,5 kj/kg.k Jumlah air pendingin yang dibutuhkan, m : ,48 m kj 4,5 (47,15 8,15) K kg. K 1710,409 kg/jam 4. Condensor (CD-101) Fungsi : Untuk menurunkan temperatur produk dari 550 o C menjadi 119 o C dengan menggunakan air sebagai media pendingin. 10 o C Air pendingim 550 o C Karbon Disulfida 1 CD o C Karbon Disulfida 00 o C Kondensat A. Panas masuk pada alur 1 dq/dt (1) ,60 kj/jam

20 B. Panas keluar pada alur 14 9,15 dq/dt (14) N Karbon Disulfida(l) CpdT + N Karbon Disulfida(g) 98,15 + H VL 9,15 CpdT 98,15 N 9,15 CpdT 98,15 N 14 CpdT CS 5,584 96, ,606 Maka, dq/dt Q Keluar - Q Masuk 8767,606 kj/jam ,60 kj/jam ,08 kj/jam Agar temperature pada CD-101 dan produk temperature keluar pada alur o C maka perlu digunakan air pendingin. Temperatur air pendingin yang digunakan 10 o C, 1 atm dan di asumsikan temperature air pendingin keluar 00 o C sebagai kondensat. Cp air pada 00 o C adalah 4,5 kj/kg.k Jumlah air pendingin yang dibutuhkan, m : 11416,08 m kj 4,5 (47,15 8,15) K kg. K 1044,951 kg/jam

21 5. Cooler (CO-10) Fungsi : Untuk menurunkan temperatur serta merubah fasa produk dari gas menjadi cair dengan temperatur 44 o C. 10 o C Air pendingim 119 o C Karbon Disulfida 14 CO o C Karbon Disulfida 80 o C Air Pendingin Bekas A. Panas masuk alur 14 dq/dt (14) 8767,606 kj/jam B. Panas keluar alur 15 17,15 dq/dt (15) N Karbon Disulfida(l) CpdT 98,15 N 17,15 CpdT 98,15 N 15 CpdT CS 5, , ,554 Maka, dq/dt Q Keluar - Q Masuk 4141,554 kj/jam ,606 kj/jam ,067 kj/jam Agar temperatur pada CO-10 dan produk temperatur keluar pada alur 15 menjadi 44 o C maka perlu digunakan air pendingin. Temperatur air pendingin yang digunakan 10 o C, 1 atm dan di asumsikan temperatur air pendingin keluar 80 o C.

22 Cp air pada 80 o C adalah 4,199 kj/kg.k Jumlah air pendingin yang dibutuhkan, m : 11416,08 m kj 4,199 (5,15 8,15) K kg. K 67,95 kg/jam

23 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT 1. Gudang Bahan Baku (G-101) Fungsi : Menyimpan bahan baku arang kayu, direncanakan untuk kebutuhan 7 hari Bahan konstruksi : Beton Bentuk : Persegi Kondisi penyimpanan : Temperatur Tekanan 0 0 C 1 atm Kebutuhan arang kayu Kebutuhan arang kayu.48,785 kg/jam.48,785 kg/jam x 4 jam/hari x 7 hari ,916 kg Densitas arang kayu, ρ 400,475 kg/m (Perry, 1984) Volume arang kayu, V m ρ ,916 kg kg 400,475 m 1.0,0748 m Faktor kelonggaran (fk) 0% Volume gudang (1 + 0,) x 1.0,0748 m 1.7,6897 m Gudang direncanakan berukuran p : l : t : : 1 Volume gudang (V) p x l x t t x t x t 4t

24 V 1.7,6897 Tinggi gudang (t) 6,7454m 4 4 Sehingga panjang (p) x 6,7454 1,4908 m Lebar (l) x 6,7454 1,4908 m. Bucket Elevator (BE-101) Fungsi Jenis Bahan Jumlah : Mengangkut arang kayu dari gudang penyimpanan ke Rooler Mill (FR-101) : Spaced-Bucket Centrifugal-Discharge Elevator : Malleable-iron : 1 unit Kondisi operasi : - Temperatur (T) : 0 0 C - Tekanan (P) : 1 atm Laju bahan yang diangkut.48,785 kg/jam Faktor kelonggaran, fk 1 % (Tabel 8-8, Perry, 1999) Kapasitas bucket elevator 1,1 x.48,785 kg/jam.71,494 kg/jam Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, (Tabel 1-8, Perry, 1999) Spesifikasi : - Tinggi elevator 5 ft 7,6 m - Ukuran bucket (6 x 4 x 4¼) in - Arang kayu antar bucket 1 in 0,05 m - Kecepatan bucket 5 ft/mnt 68,6 m/mnt 1,14 m/s - Kecepatan putaran 4 rpm

25 - Lebar belt 7 in 0,1778 m 17,78 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): 0,6 P 0,07 m ΔZ (Timmerhaus, 004) Dimana: P daya (kw) m laju alir massa (kg/s) Z tinggi elevator (m) m.48,785 kg/jam 0,6774 kg/s Z 5 ft 7,6 m Maka : P 0,07 x (0,6774) 0,6 x 7,6 1,41 hp 0,417 kw x 1 kw 0,5595 hp. Roller Mill (FR - 101) Fungsi Jenis Bahan : Memperkecil ukuran arang kayu dari gudang penyimpanan (G-101) sebelum ke unit Furnance (F-101). : Double Toothed Roll Crusher : Stainless Steel Kondisi Operasi : - Temperatur (T) : 0 o C - Tekanan (P) : 1 atm Laju arang kayu kg/jam Faktor kelonggaran, f k 0 % Kapasitas 1, x.48,785 kg/jam.96,54 kg/jam

26 ,965 ton/jam Untuk Roller Mill kapasitas < 4 ton / jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut (Tabel 1-8b Walas,1988) : Diameter ukuran roll in 0,5 ft Face ukuran roll 4 in ft Berat balls,4 lb 1,09 kg Kecepatan roll 9,8 rpm Kapasitas 4 ton/jam Daya motor yang digunakan 5 Hp 1 76,6 76,6 Kecepatan kritis 17, 504 rpm D 0,5 1 Daya pada skala laboratorium (Ne),6 Hp (Perry, 1999) Diambil efisiensi 70 % Kecepatan Mill (k) Nm D, ,8 rpm 0,5, ,019 rpm, 6 Daya Penghancur (P) ( ) ( ) 0,7 l 1 k 0,5D, 6 ( 0,7 1) 0,019 ( 0,5 0,5) 0,0011 kw 0,0015 Hp 4. Vibrating Screen (SS 101) Fungsi Jenis Bahan Jumlah : Memisahkan arang kayu dari ukuran besar. : Vibrating Screen : Stainless Steel : 1 unit

27 Kondisi Operasi : - Temperatur (T) : 0 o C - Tekanan (P) : 1 atm Laju umpan (F).48,785 kg/jam Faktor kelonggaran,f k 0 % (Perry,1999) Kapasitas vibrating screen (1 + f k ) x F (1 + 0,) x.48,785 kg/jam.818,54 kg/jam Ayakan yang dipilih : (Perry, 1999) No ayakan 18 (1,00 mm) Bukaan ayakan 1 mm 0,094 in Diameter wire 0,580 mm 0,08 in Tyler equivalent 16 mesh Menghitung faktor bukaan area (F oa ), F oa 100 a.m Dimana : a bukaan ayakan 0,094 in d diameter wire 0,08 in m 1 a + d 1, F oa 100 a. a + d (0,094). (0,094) + (0,08) 40,15 % Perhitungan luas screen (A), A 0,4C C. F u oa t F s Dimana : C t laju bahan yang lewat.07,9674 kg/jam,079 ton/jam C u unit kapasitas 0, ton/h.ft (Perry, 1999) F oa faktor bukaan-area 0,401

28 F s faktor slotted area 1,5 (Perry, 1999) A 0,4.(,079 ton / h) (0, ton / h. ft )(0,401)(1,5) 4,056 ft Menentukan panjang (P) dan lebar (L) ayakan : F s P : L 1,5 ; P 1,5 L A P x L 1,5L x L 1,5 L A L 1,5 1 1,8458 ft 0,566 m P 1,5 (0,566 m) 0,849 m Untuk kapasitas,079 ton/h, dipilih spesifikasi (Mc.Cabe, 1985) - Kecepatan getaran : 600 vibrasi/menit - Daya : 4 hp 5. Belt Conveyor (BC-101) Fungsi Jenis Material : mentransfer arang kayu ke bucket elevator (BE-10) : Horizontal Belt Conveyor : Commercial Steel Kondisi Operasi : - Temperatur (T) : 0 0 C - Tekanan (P) : 1 atm Laju bahan yang diangkat.07,9674 kg/jam Faktor kelonggaran 0% (Class D7 Phosphate Rock) (Tabel 1-5, Perry, 1999 )

29 Kapasitas belt conveyor 1,0 x.07,9674 kg/jam.15,1564 kg/jam,151 ton/jam Untuk Belt Conveyor kapasitas < ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut: (Tabel 1-7, Perry, 1999) Lebar Belt 14 in 5 cm Luas Area 0,11 ft 0,010 m Kecepatan Belt normal 00 ft/menit 61 m/menit Kecepatan Belt maksimum 00 ft/menit 91 m/menit Belt Plies minimum Belt Plies maksimum 5 Kecepatan Belt 100 ft/menit 0,5 m/menit Daya motor yang digunakan 0,44 Hp 6. Bucket Elevator (BE-10) Fungsi Jenis Bahan Jumlah : Mengangkut arang kayu dari gudang penyimpanan ke Furnance (F-101) : Spaced-Bucket Centrifugal-Discharge Elevator : Malleable-iron : 1 unit Kondisi operasi : - Temperatur (T) : 0 0 C - Tekanan (P) : 1 atm Laju bahan yang diangkut.07,9674 kg/jam Faktor kelonggaran, fk 1 % (Tabel 8-8, Perry, 1999) Kapasitas bucket elevator 1,1 x.07,9674 kg/jam.1,74 kg/jam Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, (Tabel 1-8, Perry, 1999)

30 Spesifikasi : - Tinggi elevator 5 ft 7,6 m - Ukuran bucket (6 x 4 x 4¼) in - Arang kayu antar bucket 1 in 0,05 m - Kecepatan bucket 5 ft/mnt 68,6 m/mnt 1,14 m/s - Kecepatan putaran 4 rpm - Lebar belt 7 in 0,1778 m 17,78 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): 0,6 P 0,07 m ΔZ (Timmerhaus, 004) Dimana: P daya (kw) m laju alir massa (kg/s) Z tinggi elevator (m) m.07,9674 kg/jam 0,5758 kg/s Z 5 ft 7,6 m Maka : P 0,07 x (0,5758) 0,6 x 7,6 1,41 hp 0,767 kw x 1 kw 0,5051 hp 7. Furnance Kalsinasi (F-101) Fungsi Jenis : Untuk memanaskan arang kayu dan menguapkan gas-gas volatil yang terdapat dalam arang kayu dengan pemanas listrik hingga temperatur 400 o C : Fire box

31 Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : - Temperatur (T) : C - Tekanan (P) : 1 atm Laju bahan yang diangkut.07,9674 kg/jam Densitas, ρ 400,475 kg/m (Perry, 1984) Volume kalsinasi.07,9674 kg / jam 400,475 5,176 m Diameter dalam alat kalsinasi : Perbandingan diameter : tinggi silinder 1 : 1, h D (Mauror Germany,1978) Volume kalsinasi π 4 D x h 5,176 m π D x D 4 ; D 5 m 1,8751 m,176 0,785 Tinggi pemanas alat kalsinasi : h D 1,8751 m Luas penampang : A (π) D x h 11,040 m Panas yang timbul pada alat kalsinasi, Q ,00 kj/jam Temperatur operasi Temperatur luar 400 o C 5 o C ΔT 400 o C 5 o C 75 o C

32 8. Bucket Elevator (BE-10) Fungsi Jenis Bahan Jumlah : Mengangkut serbuk karbon dari Furnance (F-101) ke Furnance (F-10) : Spaced-Bucket Centrifugal-Discharge Elevator : Malleable-iron : 1 unit Kondisi operasi : - Temperatur (T) : 0 0 C - Tekanan (P) : 1 atm Laju bahan yang diangkut 1.990,0487 kg/jam Faktor kelonggaran, fk 1 % (Tabel 8-8, Perry, 1999) Kapasitas bucket elevator 1,1 x 1.990,0487 kg/jam.8,8545 kg/jam Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, (Tabel 1-8, Perry, 1999) Spesifikasi : - Tinggi elevator 5 ft 7,6 m - Ukuran bucket (6 x 4 x 4¼) in - Arang kayu antar bucket 1 in 0,05 m - Kecepatan bucket 5 ft/mnt 68,6 m/mnt 1,14 m/s - Kecepatan putaran 4 rpm - Lebar belt 7 in 0,1778 m 17,78 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): 0,6 P 0,07 m ΔZ (Timmerhaus, 004) Dimana: P daya (kw) m laju alir massa (kg/s)

33 Z tinggi elevator (m) m 1.990,0487 kg/jam 0,557 kg/s Z 5 ft 7,6 m Maka : P 0,07 x (0,557) 0,6 x 7,6 1,41 hp 0,671 kw x 1 kw 0,49 hp 9. Furnance (F-10) Fungsi : Untuk memanaskan serbuk karbon dan belerang dengan pemanas listrik hingga temperatur 900 o C Jenis Jumlah : Fire box : 1 unit Kondisi operasi : - Temperatur (T) : C - Tekanan (P) : 1 atm Laju bahan serbuk karbon 1.990,0487 kg/jam Laju bahan belerang Laju massa total 16,587 kg/jam 1.990,0487 kg/jam + 16,587 kg/jam 006,64 kg/jam Densitas arang kayu, ρ 400,475 kg/m (Perry, 1984) Densitas belerang, ρ 961,14 kg/m (Perry, 1984) Densitas campuran, ρc :

34 006,64 ρ c 1.990, , , ,14 006,64 40,410 kg/m 4, , ,64 kg / jam Volume 40,410 kg / m 4,9864 m Diameter dalam alat kalsinasi : Perbandingan diameter : tinggi silinder 1 : 1, h D (Mauror Germany,1978) π Volume D x h 4 4,9864 m π D x D 4 D 4 m 1,8519 m,9864 0,785 Tinggi pemanas alat kalsinasi : h D 1,8519 m Luas penampang : A (π) D x h 10,7687 m Panas yang timbul pada alat furnance, Q ,00 kj/jam Temperatur operasi Temperatur luar 900 o C 5 o C ΔT 400 o C 5 o C 875 o C

35 10. Blower (BL-101) Fungsi Jumlah : Mengalirkan gas karbon disulfida dari furnace (F-10) ke : 1 unit Cyclon (FG-101) Kondisi proses Temperatur Tekanan : 0 o C : 1 atm 1,01 bar Laju alir massa : 1.944,444 kg/jam Densitas karbon disulfida,ρ : 19,064 kg/m Laju alir massa 1.944,444 kg / jam Kapasitas blower ρ 19,064kg/m 101,9955 Daya blower yang dibutuhkan Efisiensi, E f : 100% m /jam Tekanan, P : 1 atm Daya 4 4 1,570 x10 x Q f x P 1,570 x10 x101,9955m / E 1 f jam x14,7 psi 0,5 Hp 11. Cyclon (FG 101) Fungsi Bahan konstruksi Jenis sambungan : Memisahkan debu dari karbon disulfida. : Stainless Steel, SA-16 grade C : Double welded butt joints

36 Jumlah Kondisi operasi : 1 unit : - Temperatur C - Tekanan 1 atm Laju alir karbon disulfida 1.944,444 kg/jam Laju alir debu Total laju masuk 1,478 kg/jam 1.956,8811 kg/jam Densitas karbon disulfida, ρ 19,064 kg/m (Perry, 1997) 1.956,881 kg / jam Laju alir volumetrik 19,064kg / m 10,6479 m /jam Bc Hc Lc D E Dc Zc Jc Gambar LC.1 Cyclone Digunakan cyclone standard dengan spesifikasinya adalah sebagai berikut (Gambar 10.45, Sinnott, 198): Lc 1,5 Dc Zc,5 Dc Jc 0,75 Dc

37 Dc D E 0,75 Dc Hc 0,875 Dc Bc 0,75 Dc x 0,75 Dc Ukuran maks. umpan 00 µm 5 µm (Tabel 19-8, Perry, 1999) Lebar diameter maks 0,01 1, m (Tabel 19-8, Perry, 1999) Kapasitas m /menit (Tabel 19-8, Perry, 1999) Daya yang digunakan kn/m atau 7,5 Hp (Sianturi, 1977) Perhitungan Besarnya Dc : Laju Alir 10,6479 0,085 m /s (Sinnott, 198) 600 Bentuk cyclone mempunyai laju alir masuk antara 9 m/s hingga 7 m/s. Dimana asumsi laju alir masuk optimum didapat pada laju alir 9 m/s. Luas aliran masuk (A 1 ) pada 9 m/s 0, ,001 m Dari gambar (b) pada Sinnott, 198, nilai Bc 0,75 Dc x 0,75 Dc Maka luas aliran masuk, 0,001 m 0,75 Dc x 0,81 Dc Sehingga didapat harga : Dc 0,1049 m Lc 1,5 Dc 1,5 x (0,1049) 0,15 m Zc,5 Dc,5 x (0,1049) 0,6 m Jc 0,75 Dc 0,75 x (0,1049) 0,0 m D E 0,75 Dc 0,75 x (0,1049) 0,07 m Hc 0,875 Dc 0,875 x (0,1049) 0,0917 m

38 Bc 0,75 Dc x 0,75 Dc 0,75 x (0,1049) x 0,75 x (0,1049) 0,000 m 11. Blower (BL-10) Fungsi Jumlah : Mengalirkan gas karbon disulfida dari cyclon (FG-101) ke cooler (CO-101) : 1 unit Kondisi proses Temperatur Tekanan : 0 o C : 1 atm 1,01 bar Laju alir massa : 1944,444 kg/jam Densitas karbon disulfida,ρ : 19,064 kg/m Laju alir massa 1944,444 kg / jam Kapasitas blower ρ 19,064 kg/m 101,9955 m /jam Daya blower yang dibutuhkan Efisiensi, E f : 100% Tekanan, P : 1 atm Daya 4 4 1,570 x10 x Q f x P 1,570 x10 x101,9955m / E 1 f jam x14,7 psi 0,5 Hp

39 1. Cooler (CO-101) Fungsi Jenis Jumlah : Menurunkan temperatur dan karbon disulfida menjadi dari 900 o C menjadi 550 o C : Shell & tube exchanger : 1 unit Kondisi operasi : Temperatur 550 C Tekanan Kapasitas panas, Q 1 atm ,00 kj/jam Btu/jam Fluida Panas : - Laju alir karbon disulfida masuk, F 1.944,4444 kg/jam 4.86,79 lbm/jam - Temperatur masuk, T o C 165 o F - Temperatur keluar, T 550 o C 10 o F Fluida dingin : - Laju alir air pendingin masuk, F.5.5,918 kg/jam ,565 lbm/jam - Temperatur masuk, t 1 10 o C 50 o F - Temperatur keluar, t 00 o C 9 o F Perhitungan desain sesuai dengan literatur D.Q Kern (1965) 1. LMTD t t t ln t 1 1 ( T 1 t ) ( T ( T1 t ln ( T t t1) ) ) 1 (165 9) (10 50) (165 9) ln (10 50)

40 ,7787 o F 160 ln 97. Temperatur avarage, T avg dan t avg ; T avg T1 + T o 17 F t avg t1 + t o 1 F a. Dari Tabel. 8, hal. 840 (Kern, 1965), jenis heater untuk fluida panas gas dan fluida dingin water, diperoleh U D 50 Btu/jam ft o F, factor pengotor (R d ) 0,00. Diambil U D 50 Btu/jam ft o F Luas permukaan untuk perpindahan panas, A Q Btu/jam o U D x t 50 Btu / jam. ft F x 1109, 7787 o F 6.6,5157 ft Karena A > 00 ft, maka digunakan shell & tube heat exchanger dengan asumsi instalasi pipa dari tabel 9 dan tabel 10 hal (Kern,1950) : Tube BWG : 18 Panjang tube : 64 ft a : 0,95 ft Jumlah Tube, Nt A L x a " 6.6,5157 ft 64 ft x 0,95 ft / ft 1.044,0491 buah b. Dari Tabel. 9, 84 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah 1044 tube dengan OD shell ¾ in dan 1 in triangular pitch

41 c. Koreksi U D A L x Nt x a 1 64 ft x 1044 x 0,95 ft /ft 6.5,8 ft U D Q A x t Btu / jam o 6.5,8 ft x1109,7787 F 50,00 Btu/jam ft o F (koreksi mendekati asumsi) Karena nilai U D perhitungan mendekati nilai U D asumsi, maka data untuk shell side : Nt 1044 tube ; Pass ID 7 in ; Baffle space Pt x ID 7 in. Flow area shell, A S ; Fluida Dingin Shell Side A S ID S xc' x B 144 x P T (Pers. 7.1 Kern,1965) Dimana : ID S : diameter dalam shell 7 in B P t : Baffle spacing 7 in : Tube pitch 1 in C : Clearance P t OD 0,5 in A S 7 x 0,5 x7 144 x1 4,5 144,767 ft 4. Mass Velocity, G S ;

42 G S F AS ,565lbm / jam.166.1,146 lbm /,767 ft ft jam (Pers.7. Kern,1965) 5. Bilangan Reynold, Res ; Dari fig. 8 (Kern, 1965) hal. 88 dengan t avg 1 o F: Equivalent diameter, De 0,7 in 0,06 ft Viscositas, μ 0,1 lbm/ft.jam Res De xgs 0,06 ft x.166.1,146lbm / µ 0,1 lbm / ft jam ft jam , Dari fig.4 (Kern, 1965) hal. 84 dengan Res ,8096 diperoleh jh Perolehan data sebagai berikut berdasarkan t avg 1 o F Spesifik heat, C 0,45 Btu/lb o F Konduktifitas thermal, k 0,76 Btu/jam.ft o F (Kern,1965) (Kern,1965) C. µ k 1/ o 0,45 Btu / lbm F x 0,1lbm / o 0,76 Btu / jam. ft F 8. Heat transfer koefisien (inside fluid), hi ; ft jam 1/ 0,71 1/ k C. µ hi jh x x x φ s, De k o hi 0,76 Btu / jam ft F 800 x x 0,71.615,616 Btu / φ 0,06 ft s jam ft o F 9. Korelasi hi hio ; hio hi - ID OD o,08 ft.615,616 Btu / jam ft F 0,75 ft

43 .611,5094 Btu/jam.ft o F Fluida Panas Tube Side. Flow area tube, At ; Dari Tabel 10 (Kern, 1965, hal. 84), At 1,04 in At Nt x At' 1044 x1,04in 144 x n 144 x,77 ft 4. Mass velocity, Gt ; W 4.86,79 lb/jam G t 1.17,0795 lbm/ft.jam At,77 ft 5. Bilangan Reynold, Ret ; Dari fig. 8 (Kern, 1965) hal. 88 dengan T avg 17 o F: Equivalent diameter, De 0,7 in 0,06 ft Viscositas, μ 0,04 cp 0,0968 lbm/ft jam Ret De xgt 0,06 ft x1.17,0795 lbm / ft µ 0,0968lbm / ft jam jam 704, Dari fig.4 (Kern, 1965) hal. 84 dengan Res 704,801 diperoleh jh,0 7 Perolehan data sebagai berikut berdasarkan t avg 17 o F Spesifik heat, C 0, Btu/lb o F Konduktifitas thermal, k 0,09 Btu/jam.ft o F (Fig. hal. 805 Kern,1965) (App.-6. Geankopliss) C. µ k 1/ o 0, Btu / lbm F x 0,0968lbm / o 0,09 Btu / jam. ft F 8. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ; ft jam 1/ 0,6786

44 1/ k C. µ ho jh x x x φ s, De k o ho 0,09Btu / jam ft F,0 x x 0,6786,106 Btu / φ 0,06 ft s jam ft o F 10. Koefisien kebersihan keseluruhan, U C ; hio x ho.611,5094 x, ,1711 U C, 1048Btu/jam ft o F hio + ho.611,5094 +, , Faktor pengotor, Rd ; U D U C 50,1048 Rd 0, 4551 U xu 50 x,1048 D C Rd hitung Rd batas, maka spesifikasi cooler dapat diterima Pressure Drop - Shell Side 1. Pada Res ,8096 dari fig. 9 (Kern, 1965), diperoleh f 0, Perubahan tekanan, P ; N (L/B) 1 D S 64/7 1, ,75 (Pers.7.4 Kern, 1965) 0,14 µ C φ 1 µ W Spesifik gravity, S 1 (t avg 1 o F) (Tabel 6 hal. 808 Kern, 1965) P f. GS. DS ( N + 1) 0,001x (.166.1,146) x1,797 x 0, ,.10. De. S. φ 5,.10 x 0,06 x 1x1 10 0, ,76 psi 10 0,110

45 Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi cooler dapat diterima. Pressure Drop - Tube Side 1. Pada Ret 704,801dari fig. 6 (Kern, 1965), diperoleh f 0, Perubahan tekanan, Pt ; N (L/B) ,75 (Pers.7.4 Kern, 1965) 0,14 µ C φ 1 µ W Spesifik gravity, S 0, (t avg 17 o F) (Fig.6 hal. 809 Kern, 1965) Pt f. G 5,.10 t 10. L. n. ID. S. φ 0,0007x ( ) x 64 x 10 5,.10 x,08 x 0, x1 (Pers. 7.5 Kern, 1965) , , psi 10 4,8.10 Pressure drop untuk karbon disulfide < 10 psi, maka spesifikasi cooler dapat diterima. 14. Kondensor (CD-101) Fungsi Jenis Jumlah : Menurunkan temperatur serta mengubah fase karbon disulfida menjadi cair dengan temperatur 550 o C menjadi 119 o C : Shell & tube exchanger : 1 unit Kondisi operasi :

46 Temperatur 119 C Tekanan Kapasitas panas, Q 1 atm kj/jam , Btu/jam Fluida Panas : - Laju alir karbon disulfida masuk, F 1.944,4444 kg/jam 4.86,79 lbm/jam - Temperatur masuk, T o C 10 o F - Temperatur keluar, T 119 o C 46, o F Fluida dingin : - Laju alir air pendingin masuk, F ,48 kg/jam1.4.51,675 lbm/jam - Temperatur masuk, t 1 10 o C 50 o F - Temperatur keluar, t 00 o C 9 o F Perhitungan desain sesuai dengan literatur D.Q Kern (1965) 1. LMTD t t t ln t 1 1 ( T 1 t ) ( T ( T1 t ln ( T t t1) ) ) 1 (10 9) (46, 50) (10 9) ln (46, 50) , 71,8545 o F 60 ln 196,. Temperatur avarage, T avg dan t avg ; T avg T1 + T , o 775,8 F t avg t1 + t o 1 F

47 a. Dari Tabel. 8, hal. 840 (Kern, 1965), jenis heater untuk fluida panas gas dan fluida dingin water, diperoleh U D 50 Btu/jam ft o F, factor pengotor (R d ) 0,00. Diambil U D 50 Btu/jam ft o F Luas permukaan untuk perpindahan panas, A Q , Btu/jam o U D x t 50 Btu / jam. ft F x 71, 8545 o F 6.691,8594 ft Karena A > 00 ft, maka digunakan shell & tube heat exchanger dengan asumsi instalasi pipa dari tabel 9 dan tabel 10 hal (Kern,1950) : Tube BWG : 18 Panjang tube : 64 ft a : 0,95 ft Jumlah Tube, Nt A L x a " 6.691,8594 ft 64 ft x 0,95 ft / ft 106,5740 buah b. Dari Tabel. 9, 84 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah 1068 tube dengan OD shell ¾ in dan 15 / 16 in triangular pitch c. Koreksi U D A L x Nt x a 1 64 ft x 1068 x 0,95 ft /ft 6.88,16 ft U D Q A x t , Btu / jam o 6.88,16 ft x71,8545 F

48 49,7 Btu/jam ft o F (koreksi mendekati asumsi) Karena nilai U D perhitungan mendekati nilai U D asumsi, maka data untuk shell side : Nt 1068 tube ; Pass ID 5 in ; Baffle space Pt x ID,815 in Fluida Dingin Shell Side. Flow area shell, A S ; A S ID S xc' x B 144 x P T (Pers. 7.1 Kern,1965) Dimana : ID S : diameter dalam shell 5 in B : Baffle spacing,815 in P t : Tube pitch 0,975 in C : Clearance P t OD 0,1875 in A S 5 x 0,1875 x, x 0,975 15,0 15 1,5950 ft 4. Mass Velocity, G S ; G S F AS ,675 lbm / jam 84.,8 lbm / 1,5950 ft ft jam 5. Bilangan Reynold, Res ; Dari fig. 8 (Kern, 1965) hal. 88 dengan t avg 1 o F: Equivalent diameter, De 0,55 in 0,0458 ft Viscositas, μ 0,1 lbm/ft.jam Res De xgs 0,0458 ft x84.,8lbm / µ 0,1 lbm / ft jam ft jam 1.176,4588

49 6. Dari fig.4 (Kern, 1965) hal. 84 dengan Res 1.176,4588 diperoleh jh Perolehan data sebagai berikut berdasarkan t avg 1 o F Spesifik heat, C 0,45 Btu/lb o F Konduktifitas thermal, k 0,76 Btu/jam.ft o F (Kern,1965) (Kern,1965) C. µ k 1/ o 0,45 Btu / lbm F x 0,1lbm / o 0,76 Btu / jam. ft F 8. Heat transfer koefisien (inside fluid), hi ; ft jam 1/ 0,71 1/ k C. µ hi jh x x x φ s, De k o hi 0,76 Btu / jam ft F 00 x x 0, ,05Btu / φ 0,0458 ft s jam ft o F 9. Korelasi hi hio ; hio hi - ID OD o,91 ft 1.776,05 Btu / jam ft F 0,75 ft 1.77,505 Btu/jam.ft o F Fluida Panas Tube Side. Flow area tube, At ; Dari Tabel 10 (Kern, 1965, hal. 84), At 1,04 in At Nt x At' 1068x1,04in 144 x n 144 x 8,5667 ft 4. Mass velocity, Gt ; W 4.86,79 lb/jam G t 111,156 lbm/ft.jam At 8,5667 ft

50 5. Bilangan Reynold, Ret ; Dari fig. 8 (Kern, 1965) hal. 88 dengan T avg 775,8 o F: Equivalent diameter, De 0,55 in 0,0458 ft Viscositas, μ 0,0 cp 0,05 lbm/ft jam Ret De xgt 0,0458 ft x111,156 lbm / ft µ 0,05lbm / ft jam jam 95, Dari fig.4 (Kern, 1965) hal. 84 dengan Res 95,6915 diperoleh jh 1,5 7. Perolehan data sebagai berikut berdasarkan t avg 775,8 o F Spesifik heat, C 0,6 Btu/lb o F (Fig. hal. 805 Kern,1965) Konduktifitas thermal, k 0,088 Btu/jam.ft o F (App.-6. Geankopliss) C. µ k 1/ o 0,6 Btu / lbm F x 0,05lbm / o 0,088 Btu / jam. ft F 8. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ; ft jam 1/ 0,78 1/ k C. µ ho jh x x x φ s, De k o ho 0,088 Btu / jam ft F 1,5 x x 0,78 0,757 Btu / φ 0,0458 ft s jam ft o F 10. Koefisien kebersihan keseluruhan, U C ; hio x ho 1.77,505 x 0, ,918 U C 0, 75 Btu/jam ft o F hio + ho 1.77,505+ 0, , Faktor pengotor, Rd ; U D U C 50 0,75 Rd 1, 4 U xu 50 x 0,75 D C

51 Rd hitung Rd batas, maka spesifikasi kondensor dapat diterima Pressure Drop - Shell Side 1. Pada Res 1.176,4588 dari fig. 9 (Kern, 1965), diperoleh f 0, Perubahan tekanan, P ; N (L/B) 1 D S 64/5 1, ,94 (Pers.7.4 Kern, 1965) 0,14 µ C φ 1 µ W Spesifik gravity, S 1 (t avg 1 o F) (Tabel 6 hal. 808 Kern, 1965) P f. GS. DS ( N + 1) 0,001x (84.,8) x1,885 x 1, ,.10. De. S. φ 5,.10 x 0,0458 x 1x1 10 0, ,19 psi 10 0,90.10 Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi kondensor dapat diterima. Pressure Drop - Tube Side 1. Pada Ret 95,6915 dari fig. 6 (Kern, 1965), diperoleh f 0, Perubahan tekanan, Pt ; N (L/B) ,94 (Pers.7.4 Kern, 1965) 0,14 µ C φ 1 µ W Spesifik gravity, S 0, (t avg 775,8 o F) (Fig.6 hal. 809 Kern, 1965)

52 Pt f. G 5,.10 t 10. L. n. ID. S. φ 0,005x (111,156) x 64 x 10 5,.10 x,91x 0, x1 (Pers. 7.5 Kern, 1965) 7.907,16 7 0, psi 10 4, Pressure drop untuk karbon disulfida < 10 psi, maka spesifikasi kondensor dapat diterima. 15. Pompa (P-101) Fungsi Jenis Jumlah Bahan konstruksi : Mengalirkan karbon disulfida cair dari kondensor (CD- 101) ke cooler (CO-10) : Pompa sentrifugal : 1 unit : Commersial steel Kondisi operasi : - Temperatur : 119 o C - Tekanan : 1atm Laju alir massa, F 1.944,4444 kg/jam 1,19 lbm/s Densitas, ρ 400,475 kg/m 0,0145 lbm/in 5,056 lbm/ft Laju alir volumetrik, Q Perencanaan pompa F ρ a. Diameter pipa pompa, De :,19 lbm / s 5,056lbm / ft 1 0,0475 ft D i,opt 0,6 Q 0,45 ρ 0,1 (Timmerhaus, 004) / s

53 0,6 (0,0475) 0,45 (5,056) 0,1 0,14 ft 1,68 in Dipilih material pipa commercial steel in sch 40 (Kern,1965), maka - Diameter dalam (ID),067 in 0,17 ft - Diameter luar (OD),8 in 0,198 ft - Luas penampang pipa (Ai) 0,0 ft (inside sectional area) b. Pengecekan Bilangan Reynold, N Re Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa : v Q 0,0475 ft / s,086 ft / s A 0,0 ft Sehingga : Bilangan Reynold, N Re ρ. v. ID 5,056 x,086 x 0,17 µ 0,05 165,41 Berdasarkan nilai N Re 165,41 yang merupakan jenis aliran laminar, maka diperoleh : f 16/165,41 0,0967 (Geankoplis, 1979) c. Panjang ekivalen total perpipaan ( L) Instalasi pipa : - Panjang pipa lurus (L 1 ) 0 ft - buah gate valve fully open ; L/D 1 (Foust, 1980) L x 1 x 0,557 6,65 ft - buah elbow standar 90 o C (L/D 0) (Foust, 1980) L x 0 x 0,557,01 ft

54 - 1 buah sharp edge entrance (K 0,5 ; L/D 16) (Foust, 1980) L 4 1 x 16 x 0,557 4,09 ft - 1 buah sharp edge exit (K 1 ; L/D 6) (Foust, 1980) L 5 1 x 6 x 0,557 9,1 ft Maka, L L 1 + L + L + L 4 + L ,65 +,01 + 4,09 + 9,1 7,96 ft d. Menentukan friksi, F : 4 f. v F. g C. D L 4 x 0,0967 x (,086 ft / s) x 7,97 ft x,174lbm. ft / lbf. s x 0,17 ft (Geankoplis, 198) 117,991ft / s 10,5797 ft. lbf / lbm 11,087lbm. ft / lbf. s e. Kerja yang diperlukan, -Wf : v v. g c 1 g ( Z Z + g c ) P P1 + + ρ 1 F + Wf 0 (Geankoplis,198) Bila : Wf 0 Z 1 0 ; Z ft v 1 0 ; v,086 ft/s P 1 1 atm 14,696 lbf/in 117,9 lbf/ft Maka :

55 ,086 0,174( 0) 117,9 P1 + + x,174,174 5, , ,9 P1 0, , ,056 0 P 1.09,1 lbf/ft.09,1 lbf/ft 1 ft x 144in 15,4 lbf/in Sehingga,.09,1.117,9 -Wf + 0, , ,056 17,886 ft.lb f /lb m f. Daya pompa, W S : W S W f. Q. ρ ,886 ft. lbf / lbm x 0,0475 ft / s 550 ft. lbf / s. hp x 5,056lbm / ft. 0,04 hp Untuk efisiensi alat 80%, maka : Tenaga pompa yang dibutuhkan Maka dipilih pompa yang berdaya motor 1/ hp 0,04 0,05hp (Geankoplis, 198) 0,8 16. Cooler (CO-10) Fungsi Jenis Jumlah : Untuk menurunkan temperatur karbon disulfida dari 119 o C menjadi 44 o C : Shell & tube exchanger : 1 unit

56 Kondisi operasi : Temperatur 44 C Tekanan Kapasitas panas, Q 1 atm ,5 kj/jam ,1 Btu/jam Fluida Panas : - Laju alir karbon disulfida masuk, F 1.944,4444 kg/jam 4.86,79 lbm/jam - Temperatur masuk, T o C 46, o F - Temperatur keluar, T 44 o C 111, o F Fluida dingin : - Laju alir air pendingin masuk, F 8.717,000 kg/jam ,56 lbm/jam - Temperatur masuk, t 1 5 o C 77 o F - Temperatur keluar, t 80 o C 176 o F Perhitungan desain sesuai dengan literatur D.Q Kern (1965) 1. LMTD t t t ln t 1 1 ( T 1 t ) ( T ( T1 t ln ( T t t1) ) ) 1 (46, 176) (111, 77) (46, 176) ln (111, 77) 70, 4, 50,06 o F 70, ln 4,. Temperatur avarage, T avg dan t avg ; T avg T1 + T 46, + 111, o 178,7 F t avg t1 + t o 16,5 F

57 a. Dari Tabel. 8, hal. 840 (Kern, 1965), jenis heater untuk fluida panas gas dan fluida dingin water, diperoleh U D 50 Btu/jam ft o F, factor pengotor (R d ) 0,00. Diambil U D 50 Btu/jam ft o F Luas permukaan untuk perpindahan panas, A Q ,1 Btu/jam o U D x t 50 Btu / jam. ft F x 50, 06 o F 7.1,5 ft Karena A > 00 ft, maka digunakan shell & tube heat exchanger dengan asumsi instalasi pipa dari tabel 9 dan tabel 10 hal (Kern,1950) : Tube BWG : 18 Panjang tube : 64 ft a : 0,95 ft Jumlah Tube, Nt A L x a " 7.1,5 ft 64 ft x 0,95 ft / ft 91,4504 buah b. Dari Tabel. 9, 84 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah 96 tube dengan OD shell ¾ in dan 1 1 / 4 in triangular pitch c. Koreksi U D A L x Nt x a 1 64 ft x 96 x 0,95 ft /ft 7.45,5 ft U D Q A x t ,1Btu / jam o 7.4,5 ft x50,06 F

58 49, Btu/jam ft o F (koreksi mendekati asumsi) Karena nilai U D perhitungan mendekati nilai U D asumsi, maka data untuk shell side : Nt 96 tube ; Pass 6 ID 7 in ; Baffle space Pt x ID,75 in Fluida Dingin Shell Side. Flow area shell, A S ; A S ID S xc' x B 144 x P T (Pers. 7.1 Kern,1965) Dimana : ID S : diameter dalam shell 7 in B : Baffle spacing,75 in P t : Tube pitch 1,5 in C : Clearance P t OD 0,5 in A S 7 x 0,5 x, x1,5 7, ,656 ft 4. Mass Velocity, G S ; G S F AS ,56lbm / jam ,0885 lbm / 1,656 ft ft jam (Pers.7. Kern,1965) 5. Bilangan Reynold, Res ; Dari fig. 8 (Kern, 1965) hal. 88 dengan t avg 16,5 o F: Equivalent diameter, De 0,7 in 0,06 ft Viscositas, μ 0,55 lbm/ft.jam

59 Res De xgs 0,06 ft x145.80,0885lbm / µ 0,55 lbm / ft jam ft jam , Dari fig.4 (Kern, 1965) hal. 84 dengan Res ,769 diperoleh jh Perolehan data sebagai berikut berdasarkan t avg 16,5 o F Spesifik heat, C 1 Btu/lb o F Konduktifitas thermal, k 0,68 Btu/jam.ft o F (Kern,1965) (Kern,1965) C. µ k 1/ o 1Btu / lbm F x 0,55lbm / ft o 0,68 Btu / jam. ft F jam 1/ 1,14 8. Heat transfer koefisien (inside fluid), hi ; 1/ k C. µ hi jh x x x φ s, De k o hi 0,68 Btu / jam ft F 60 x x1,14 549,5895 Btu / φ 0,0458 ft s jam ft o F 9. Korelasi hi hio ; hio hi - ID OD o,5 ft 549,5895 Btu / jam ft F 0,75 ft 546,5895 Btu/jam.ft o F Fluida Panas Tube Side. Flow area tube, At ; Dari Tabel 10 (Kern, 1965, hal. 84), At 1,04 in At Nt x At' 96 x1,04in 144 x n 144 x 6 0,56 ft

60 4. Mass velocity, Gt ; W 4.86,79 lb/jam G t 1.04,788 lbm/ft.jam At 0,56 ft 5. Bilangan Reynold, Ret ; Dari fig. 8 (Kern, 1965) hal. 88 dengan T avg 178,7 o F: Equivalent diameter, De 0,7 in 0,06 ft Viscositas, μ 0, cp 0,798 lbm/ft jam Ret De xgt 0,06 ft x1.04,788 lbm / ft µ 0,798lbm / ft jam jam 904, Dari fig.4 (Kern, 1965) hal. 84 dengan Res 904,509 diperoleh jh 7 Perolehan data sebagai berikut berdasarkan t avg 178,7 o F Spesifik heat, C 0,7 Btu/lb o F Konduktifitas thermal, k 0,09 Btu/jam.ft o F (Fig. hal. 805 Kern,1965) (App.-6. Geankopliss) C. µ k 1/ o 0,7 Btu / lbm F x 0,798lbm / o 0,09 Btu / jam. ft F 8. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ; ft jam 1/ 1,46 1/ k C. µ ho jh x x x φ s, De k o ho 0,09Btu / jam ft F x x1,46 4,56 Btu / φ 0,06 ft s jam ft o F 10. Koefisien kebersihan keseluruhan, U C ;

61 hio x ho 546,5895 x 4,56.47,8640 U C 44,. 88 Btu/jam ft o F hio + ho 546,895+ 4,56 551, Faktor pengotor, Rd ; U D U C 50 44,88 Rd 0, 8 U xu 50 x 44,88 D C Rd hitung Rd batas, maka spesifikasi cooler dapat diterima Pressure Drop - Shell Side 1. Pada Res ,769 dari fig. 9 (Kern, 1965), diperoleh f 0,00 1. Perubahan tekanan, P ; N (L/B) 1 64,75,75 (Pers.7.4 Kern, 1965) D S 64/,75 1,896 0,14 µ C φ 1 µ W Spesifik gravity, S 1 (t avg 16,5 o F) (Tabel 6 hal. 808 Kern, 1965) P f. GS. DS ( N + 1) 0,00 x (145.80,0885) x1,896 x, ,.10. De. S. φ 5,.10 x 0,06 x 1x1 10 0, ,5855 psi 10 0,1.10 Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi cooler dapat diterima.

62 Pressure Drop - Tube Side 1. Pada Ret 904,509 dari fig. 6 (Kern, 1965), diperoleh f 0, Perubahan tekanan, Pt ; N (L/B) 1 64,75,75 (Pers.7.4 Kern, 1965) 0,14 µ C φ 1 µ W Spesifik gravity, S 1,6 (t avg 178,7 o F) (Fig.6 hal. 809 Kern, 1965) Pt f. G 5,.10 t 10. L. n. ID. S. φ 0,0006x (1.0,788) x 64 x ,.10 x,5 x1,6 x1 (Pers. 7.5 Kern, 1965) , 6 0, psi 10 1, Pressure drop untuk karbon disulfide < 10 psi, maka spesifikasi cooler dapat diterima. 17. Pompa (P-10) Fungsi Jenis Jumlah Bahan konstruksi : Mengalirkan karbon disulfide cair dari cooler (CO-10) ke storage tank (T-101) : Pompa sentrifugal : 1 unit : Commersial steel Kondisi operasi : - Temperatur : 44 o C - Tekanan : 1atm

63 Laju alir massa, F 1.944,4444 kg/jam 1,19 lbm/s Densitas, ρ 400,475 kg/m 0,0145 lbm/in 5,056 lbm/ft Laju alir volumetrik, Q Perencanaan pompa F ρ a. Diameter pipa pompa, De :,19 lbm / s 5,056lbm / ft 1 0,0475 ft D i,opt 0,6 Q 0,45 ρ 0,1 (Timmerhaus, 004) 0,6 (0,0475) 0,45 (5,056) 0,1 0,14 ft 1,68 in Dipilih material pipa commercial steel in sch 40 (Kern,1965), maka - Diameter dalam (ID),067 in 0,17 ft - Diameter luar (OD),8 in 0,198 ft - Luas penampang pipa (Ai) 0,0 ft (inside sectional area) b. Pengecekan Bilangan Reynold, N Re Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa : v Q 0,0475 ft / s,086 ft / s A 0,0 ft Sehingga : / s Bilangan Reynold, N Re ρ. v. ID 5,056 x,086 x 0,17 µ 0,05 165,41 Berdasarkan nilai N Re 165,41 yang merupakan jenis aliran laminar, maka diperoleh : f 16/165,41 0,0967 (Geankoplis, 1979)

64 c. Panjang ekivalen total perpipaan ( L) Instalasi pipa : - Panjang pipa lurus (L 1 ) 0 ft - buah gate valve fully open ; L/D 1 (Foust, 1980) L x 1 x 0,557 6,65 ft - buah elbow standar 90 o C (L/D 0) (Foust, 1980) L x 0 x 0,557,01 ft - 1 buah sharp edge entrance (K 0,5 ; L/D 16) (Foust, 1980) L 4 1 x 16 x 0,557 4,09 ft - 1 buah sharp edge exit (K 1 ; L/D 6) (Foust, 1980) L 5 1 x 6 x 0,557 9,1 ft Maka, L L 1 + L + L + L 4 + L ,65 +,01 + 4,09 + 9,1 7,96 ft d. Menentukan friksi, F : 4 f. v F. g C. D L 4 x 0,0967 x (,086 ft / s) x 7,97 ft x,174lbm. ft / lbf. s x 0,17 ft (Geankoplis, 198) 117,991 ft / s 10,5797 ft. lbf / lbm 11,087lbm. ft / lbf. s e. Kerja yang diperlukan, -Wf : v v. g c 1 g ( Z Z + g c ) P P1 + + ρ 1 F + Wf 0 (Geankoplis,198)

65 Bila : Wf 0 Z 1 0 ; Z ft v 1 0 ; v,086 ft/s P 1 1 atm 14,696 lbf/in 117,9 lbf/ft Maka :,086 0,174( 0) 117,9 P1 + + x,174,174 5, , ,9 P1 0, , ,056 0 P 1.09,1 lbf/ft.09,1 lbf/ft 1 ft x 144in 15,4 lbf/in Sehingga,.09,1.117,9 -Wf + 0, , ,056 17,886 ft.lb f /lb m f. Daya pompa, W S : W S W f. Q. ρ ,886 ft. lbf / lbm x 0,0475 ft / s 550 ft. lbf / s. hp x 5,056lbm / ft. 0,04 hp Untuk efisiensi alat 80%, maka : Tenaga pompa yang dibutuhkan 0,04 0,05hp (Geankoplis, 198) 0,8

66 Maka dipilih pompa yang berdaya motor 1/ hp 18. Storage Tank (T-101) Fungsi Bentuk : Untuk menyimpan karbon disulfida : Silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel C-SA-16 Jumlah : unit Kondisi operasi : - Temperatur 44 C - Tekanan 1 atm Kebutuhan perancangan 7 hari 168 jam Faktor kelonggaran 0 % Laju alir 1.944,4444 kg/jam Densitas (ρ) 400,475 kg/m 0,0145 lbm/in 1.944,4444 kg / jam Laju volumetrik bahan, V 4,855 m /jam 400,475 kg / m Perhitungan: a. Volume bahan, V C 4,855 m /jam x 168 jam 815,698 m Volume tangki, V T (1 + 0,) x 815,698 m 978,876 m Direncanakan jumlah storage tank sebanyak unit, sehingga volume masing-masing tangki 489,4188 m b. Diameter dan tinggi shell

67 Direncanakan perbandingan diameter dengan silinder tangki D:H : Volume shell tangki (Vs) : Vs π πdi H D D 1, 1775D Tutup tangki ellipsoidal dengan rasio axis terhadap minor : 1 Tinggi head, Hd 1/6 x D (Brownell dan Young, 1959) Volume tutup ellipsoidal, Vh Maka : Vt Vs + Vh Vs π 1 πdi H D D 0, 104 D ,1775 D + 0,104 D 1,079 D D Vt 1, ,4188 1, , m Sehingga desain tangki yang digunakan : Diameter tangki 7, m 8,464 in Tinggi silinder, H S x D 1,5 x 7, m 10, 8m Tinggi tutup ellipsoidal, Hh Jadi tinggi tangki, H T 1 x D 0,17 x 7, m 1, 4 m 6 H S + Hh 10,8 m + 1,4 m 1,04 m c. Tebal shell tangki VC x H T 407,849 m x 1,04 m Tinggi cairan dalam tangki, H c V 489,4188m T 10,0 m 94,4874 in

68 d. Tekanan desain, P : Tekanan hidrostatis ρ ( 1) H C 144 0,018lbm / in P o (Pers..17 Brownell & Young, 1959) ( 94,4874in 1) + 14,7 Psi 14,78 psi Jika faktor keamanan 10% 0,1 P Desain (1 + 0,1) x 14,78 psi 16,564 psi e. Tebal dinding tangki (bagian silinder), d : Faktor korosi (C) 0,004 in/thn (Chuse & Eber,1954) Allowable working stress (S) lb/in (Brownell,1959) Efisiensi sambungan (E) 0,85 Umur alat (A) direncanakan 10 tahun P x R Tebal silinder (d) + ( C x A) S. E 0,6P (Timmerhaus,004) Dimana : d tebal tangki bagian silinder (in) P tekanan desain (psi) R jari-jari dalam tangki (in) D/ S stress yang diizinkan E Efisiensi sambungan 16,6 x141,7 d + (0,004 x10) (1650 x 0,85) 0,6 x16,6.04,56 psi. in + 0,04in 0, in 181,5lb / in 9,756 psi

69 f. Tebal dinding head (tutup tangki), dh : Faktor korosi (C) 0,004 in/thn (Chuse & Eber,1954) Allowable working stress (S) 1650 lb/in (Brownell,1959) Efisiensi sambungan (E) 0,85 Umur alat (A) direncanakan 10 tahun P x Di Tebal head (dh) + ( C x A) S. E 0,P (Timmerhaus,004) Dimana : dh tebal dinding head (in) Di diameter tangki (in) S stress yang diizinkan E Efisiensi sambungan 16,6 x 8,464 dh + (0,004 x10) (1650 x 0,85) (0, x16,6) 4.609,146 psi. in + 0,04 0,in 765lb / in,5 psi Maka dipilih tebal silinder ½ in 19. Gudang Bahan baku (G-10) Fungsi : Menyimpan bahan baku belerang, direncanakan untuk kebutuhan 7 hari Bahan konstruksi : Beton Bentuk : Persegi Kondisi penyimpanan : Temperatur Tekanan 0 0 C 1 atm Kebutuhan belerang 19,510 kg/jam

70 Kebutuhan belerang 19,510 kg/jam x 4 jam/hari x 7 hari.77,716 kg Densitas belerang, ρ 15 lb/ft 00,6 kg/m (Perry, 1984) Volume belerang, V m ρ.77,716kg kg 00,6 m 1,670 m Faktor kelonggaran (fk) 0% Volume gudang (1 + 0,) x 1,670 m 1,9644 m Gudang direncanakan berukuran p : l : t : : 1 Volume gudang (V) p x l x t t x t x t 4t V 1,9644 Tinggi gudang (t) 0,79 m 4 4 Sehingga panjang (p) x 0,79 1,58 m Lebar (l) x 0,79 1,58 m 0. Bucket Elevator (BE-104) Fungsi Jenis Bahan Jumlah : Mengangkut belerang dari gudang penyimpanan ke Rooler Mill (FR-10) : Spaced-Bucket Centrifugal-Discharge Elevator : Malleable-iron : 1 unit Kondisi operasi : - Temperatur (T) : 0 0 C - Tekanan (P) : 1 atm Laju bahan yang diangkut 19,510 kg/jam

71 Faktor kelonggaran, fk 1 % (Tabel 8-8, Perry, 1999) Kapasitas bucket elevator 1,1 x 19,510 kg/jam 1,8514 kg/jam Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, (Tabel 1-8, Perry, 1999) Spesifikasi : - Tinggi elevator 5 ft 7,6 m - Ukuran bucket (6 x 4 x 4¼) in - Arang kayu antar bucket 1 in 0,05 m - Kecepatan bucket 5 ft/mnt 68,6 m/mnt 1,14 m/s - Kecepatan putaran 4 rpm - Lebar belt 7 in 0,1778 m 17,78 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): 0,6 P 0,07 m ΔZ (Timmerhaus, 004) Dimana: P daya (kw) m laju alir massa (kg/s) Z tinggi elevator (m) m 19,510 kg/jam 0,0541 kg/s Z 5 ft 7,6 m Maka : P 0,07 x (0,0541) 0,6 x 7,6 1,41 hp 0,8491 kw x 1 kw 1,18 hp

72 1. Roller Mill (FR - 10) Fungsi Jenis Bahan : Memperkecil ukuran belerang dari gudang penyimpanan (G- 10) sebelum ke unit Furnance (F-10). : Double Toothed Roll Crusher : Stainless Steel Kondisi Operasi : - Temperatur (T) : 0 o C - Tekanan (P) : 1 atm Laju arang kayu 19,510 kg/jam Faktor kelonggaran, f k 0 % Kapasitas 1, x 19,510 kg/jam,41 kg/jam 0,04 ton/jam Untuk Roller Mill kapasitas < 4 ton / jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut (Tabel 1-8b Walas,1988) : Diameter ukuran roll in 0,5 ft Face ukuran roll 4 in ft Berat balls,4 lb 1,09 kg Kecepatan roll 9,8 rpm Kapasitas 4 ton/jam Daya motor yang digunakan 5 Hp 1 76,6 76,6 Kecepatan kritis 17, 504 rpm D 0,5 1 Daya pada skala laboratorium (Ne),6 Hp (Perry, 1999) Diambil efisiensi 70 % Kecepatan Mill (k) Nm D,046 10

73 9,8 rpm 0,5, ,019 rpm, 6 Daya Penghancur (P) ( ) ( ) 0,7 l 1 k 0,5D, 6 ( 0,7 1) 0,019 ( 0,5 0,5) 0,0011 kw 0,0015 Hp. Vibrating Screen (SS 10) Fungsi Jenis Bahan Jumlah : Memisahkan belerang dari ukuran besar. : Vibrating Screen : Stainless Steel : 1 unit Kondisi Operasi : - Temperatur (T) : 0 o C - Tekanan (P) : 1 atm Laju umpan (F) 19,510 kg/jam Faktor kelonggaran,f k 0 % (Perry,1999) Kapasitas vibrating screen (1 + f k ) x F (1 + 0,) x 19,510 kg/jam,41 kg/jam Ayakan yang dipilih : (Perry, 1999) No ayakan 18 (1,00 mm) Bukaan ayakan 1 mm 0,094 in Diameter wire 0,580 mm 0,08 in Tyler equivalent 16 mesh Menghitung faktor bukaan area (F oa ), F oa 100 a.m Dimana : a bukaan ayakan 0,094 in

74 m 1 a + d d diameter wire 0,08 in 1, F oa 100 a. a + d (0,094). (0,094) + (0,08) 40,15 % Perhitungan luas screen (A), A 0,4C C. F u oa t F s Dimana : C t laju bahan yang lewat,41 kg/jam 0,04 ton/jam C u unit kapasitas 0, ton/h.ft (Perry, 1999) F oa faktor bukaan-area 0,401 F s faktor slotted area 1,5 (Perry, 1999) A 0,4.(0,04 ton / h) (0, ton / h. ft )(0,401)(1,5) 0,0486 ft Menentukan panjang (P) dan lebar (L) ayakan : F s P : L 1,5 ; P 1,5 L A P x L 1,5L x L 1,5 L A L 1,5 1 0,485 ft 0,16 m ; P 1,5 (0,16 m) 0, m Untuk kapasitas 0,04 ton/h, dipilih spesifikasi (Mc.Cabe, 1985) - Kecepatan getaran : 600 vibrasi/menit - Daya : 4 hp

75 . Belt Conveyor (BC-10) Fungsi Jenis Material : mentransfer belerang ke bucket elevator (BE-105) : Horizontal Belt Conveyor : Commercial Steel Kondisi Operasi : - Temperatur (T) : 0 0 C ; - Tekanan (P) : 1 atm Laju bahan yang diangkat 98,415 kg/jam Faktor kelonggaran 0% (Class D7 Phosphate Rock) (Tabel 1-5, Perry, 1999 ) Kapasitas belt conveyor 1,0 x 16,587 kg/jam 17,081 kg/jam 0,0170 ton/jam Untuk Belt Conveyor kapasitas < ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut: (Tabel 1-7, Perry, 1999) Lebar Belt 14 in 5 cm Luas Area 0,11 ft 0,010 m Kecepatan Belt normal 00 ft/menit 61 m/menit Kecepatan Belt maksimum 00 ft/menit 91 m/menit Belt Plies minimum Belt Plies maksimum 5 Kecepatan Belt 100 ft/menit 0,5 m/menit Daya motor yang digunakan 0,44 Hp 4. Bucket Elevator (BE-105) Fungsi Jenis Bahan : Mengangkut belerang ke Furnance (F-10) : Spaced-Bucket Centrifugal-Discharge Elevator : Malleable-iron