laporan tugas akhir -...
TRANSCRIPT
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
153
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. (2011, 5 Januari).”Penduduk Indonesia menurut Provinsi”.
<http://www.bps.go.id/>. [Diakses 5 Desember 2013].
Anonim..(2011, 2 Februari). “ Biofuel Generasi Kedua Ditemukan Oleh BPPT”.
<http://www.fahutanipb.com/>. [Diakses 5 Desember 2013]
Anonim. (2011, 17 Agustus). “Microcrystalline Cellulose Price”.
<http://www.alibaba.com/showroom/microcrystalline-cellulose-
price.html>. [Diakses 5 Desember 2013].
Anonim. (2012, 13 Februari). “Industri Sawit di Kalimantan Barat”.
<http://indostrategic.com/?p=237>. [Diakses 5 Desember 2013].
Aries, R. S., and Newton, R. D., 1955, “Chemical Engineering Cost Estimation”,
McGraw-Hill Book Company, New York.
Bergfeld, et al, ” Process for the preparation of level-off DP cellulose”, United
States, patent US 5543511 A. Agustus, 6, 1996.
Braunstein, et al, ” Crystalline cellulose production”, United States, patent US
5346589 A. Januari, 12, 1994.
Brown, G. G., 1950, “Unit Operation”, odern Asia Edition, John Wiley and Sons,
Inc., New York
Brownell and Young, 1959, “Process Equipment and Design”, John Wiley and
Sons, Inc., United States of America.
Coulson, J. M. dan Richardson, J.F. 1985, “An Introduction to Chemical
Engineering Design”, Vol. 6, Pergamon Press : Oxford.
Ditjen PPHP. (2006). Pedoman Pengelolaan Limbah Industri Kelapa Sawit,
Direktorat pengolahan Hasil Pertanian, Departemen Pertanian, Jakarta.
Ha, et al, ”Method for producing microcrystalline cellulose”, United States, patent
US5769934 A. Juni, 23, 1998.
Hanna, Milford et al, “Production of microcrystalline cellulose by reactive
extrusion”, United States, patent US 6228213 B. Mei, 8, 2001.
Kern, D.Q., 1965, “Process Heat Transfer”, McGraw-Hill Book Company, New
York.
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
154
Ludwig, E.E., 1984, “Applied Process Design for Chemical and Petrochemical
Plant”, 2nd
ed., Vol. 3., Gulf Publishing Company, Houston.
Perry, R.H., and Green, D.w., 1984. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6
ed., McGraw Hill Book Co., Singapore.
Peters, M.S; Klaus D. Timmerhaus dan Ronald E.West., 2004, “Plant Design and
Economics for Chemical Engineer”, 5th
Edition, International Edition,
Singapura: Mc.Graw-Hill.
Smith, J.M., and Vann Ness, H.C., 2001, Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamic, 7th
ed., McGraw-Hill Book Company, Kogakusha, Tokyo.
Toshkov et al, ” Method of producing microcrystalline cellulose”, United States,
patent US3954727 A. Mei, 4, 1976.
Walas, Stanley M., 1990, “Chemical Process Equipment – Selection and Design”,
Boston: Reed Publishing.
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
155
LAMPIRAN
1. Reaktor Digester(RD-01)
Fungsi : tempat berlangsungnya pemasakan chip sebanyak 2066,80
kg/batch dengan larutan NaOH 12% dan pemanasan dengan
steam.
Jenis : reaktor dengan injeksi steam
Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Temperatur = 140oC = 413,15
oC
Tekanan operasi = 10,80 atm = 158,71 psi
Laju alir massa slurry = 17179,44 kg/jam
Laju alir massa steam = 33416,10 kg/jam
Waktu tinggal reaktor( ) = 3 jam
Densitas campuran umpan = 981,85 kg/m3
Densitas steam = 886,12 kg/m3
Viscositas campuran = 0,89 cp
Perhitungan dimensi digester
⁄
⁄
⁄
⁄
⁄
⁄
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
156
⁄
⁄
( )
Ukuran standar digester dapat dilihat pada literatur (Modern Pulp and Paper
Making) sebagai berikut:
Ukuran digester Tebal
lining,
in
Volume terhitung,
ft3
Diameter,
ft
Tinggi,
ft
8 24 8 1206,9
8 30 8 1508,6
10 28 8 2200
10 30 8 2357,1
10 37 8 2907,1
11 30 8 2852,1
11 37 8 3517,6
11 40 8 3802,9
11 45 8 4278,2
Berdasarkan tabel di atas, ukuran yang memberikan volume digester
mendekati volume yang diperlukan adalah digester dengan diameter 10 ft
(3,05 m) dan tinggi 28 ft (8,53 m).
Tekanan design
P0 = 10 atm = 147 psi
Faktor kelonggaran = 20%
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
157
Tebal shell tangki
Bahan konstruksi : Alloy 20
Ukuran : diameter dalam shell (IDS) = 10 ft = 120 in =
3,05 m
jari-jari dalam shell (R) = 5 ft = 60 in = 1,53
Kondisi operasi :
Temperatur = 140oC = 413,15
oC
Tekanan operasi = 10,8 atm = 158,71 psi
(Brownell, L.E. and Young,
E.H., 1959)
Dimana;
ts = tebal shell (in)
P = tekanan desain (psia)
R = jari-jari dalam tangki (in)
S = allowable stress (psia)
E = joint efficiency
C = corrosion allowance (in/tahun)
n = umur alat (tahun)
Bahan konstruksi yang digunakan adalah Stainless Stell SA-240 grade M
tipe 316
Allowable working stress (S) = 9815 psia
Joint efficiency (E) = 0,80
Corrosion allowance (C) = 0,002 in
( ) ( ) ( )
Tebal shell standar yang digunakan adalah 1¾ (1,75 in).
Diameter luar shell total = ( )
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
158
Tebal tutup dan alas tangki
Bentuk : torispherical dished head
Bahan konstruksi : Alloy 20
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Perhitungan
dengan menggunakan persamaan yang sama dengan mencari tebal shell,
maka diperoleh tebal tutup dan alas yang sama.
Tebal tutup dan alas = 1,7500 in
Menghitung tinggi tangki
Tinggi tutup tangki
Berdasarkan Brownell, L.E. and Young, E.H.(1959):
r (IDS) = 11 ft = 120 in
icr = 6%.r = 7,2 in
sf = 0,375 ft = 4,5 in
a = IDS/2 = 60 in
AB = a-icr = 52,80 in
BC = r-icr = 112,80 in’
AC =(BC2-AB
2)1/2
= 99,68 in
B = r – AC = 20,32 in
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
159
Tinggi total tangki digester
hs = 28 ft = 336 in
( ) ( )
Menghitung pipa injeksi steam
Diameter pipa injeksi steam dipilih berdasarkan kisaran kecepatan linier
steam di dalam pipa yang diijinkan, yaitu 15-30 m/detik.
Laju alir massa steam (FA) = 33416,10 kg
Laju alir volumetris steam (Fv) = 37,71 m3
Karakteristik pipa yang digunakan (Brownell, L.E. and Young, E.H.,
1959):
NPS = ½ in
Sch = 80
OD = 0,840 in
ID = 0,546 in
A = 0,00163 ft2 = 1,51 x 10
-4 m
2
Kecepatan steam
(
)
⁄
Kecepatan linier steam di dalam pipa masihh di dalam kisaran yang
diperbolehkan sehingga memenuhi kriteria.
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
160
Larutan NaOH
ke blow down
(saat pengosongan)
ke blow down
(saat pembersihan)
Steam masuk
Steam
keluar
Reaktor Digester
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
161
Kondisi operasi : Suhu steam, t0 = 180oC
Suhu slurry masuk, t1 = 30 oC
Suhu slurry keluar, t2 = 140oC
Diketahui:
Bahan isolator:
Asbestos, dengan sifat-sifat fisis (Holman, 1988)
kis= 0,117 Btu/j.ft.F
ρis = 36 lb/ft3
his = 5 Btu/j.ft2.F
Bahan shell
Alloy 20, dengan sifat fisis:
ρ = 537,4 lb/ft3
ks= 7,0833 Btu/j.ft.F
hs = 200 Btu/j.ft2.F
ri = jari-jari dalam reaktor
r0 = jari-jari luar reaktor
ris = jari-jari isolator luar
Ta = suhu slurry dalam reaktor
T1 = suhu dinding dalam reaktor
T2 = suhu dinding luar reaktor
T3 = suhu isolator luar
Tu = suhu udara luar
ris
r0 ri
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
162
Suhu slurry, Ta = 140 oC = 284
oF
Suhu isolator luar, T3 = 40 oC = 104
oF
Suhu udara luar, Tu = 30 oC = 86
oF
Perpindahan panas konveksi dinyatakan sebagai:
( )
Perpindahan panas konduksi dinyatakan sebagai:
Perpindahan panas menyeluruh untuk kasus ini adalah:
( )
( )
( ) ( )
( )
( ⁄ )
( ⁄ )
( )
( ) ( )
Dengan mensubtitusi persamaan (1) dan (2), maka dapat dipereroleh
persamaan sebagai berikut:
( ) ( )
( ⁄ )
( ⁄ )
( ) ( )
( ⁄ )
( ⁄ )
( )
Dengan memasukkan semua nilai yang diketahui pada persamaan (3) maka
akan diperoleh nilai ris. risdiperoleh sebesar 5,37\ ft
Tebal isolator (tis)
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
163
Jadi tebal isolator yang dibutuhkan yaitu sebesar 0,22 ft atau 6,86 cm.
2. Screw Conveyor (SC-01)
Tugas : Tempat terjadinya reaksi pembentukan
microcrystalline cellulose serta pencampuran pulp
sebanyak 1119,24 kg/jam dengan larutan HCl 5%
Material : Pulp selulosa
Bahan konstruksi : Stainless steel
Laju alir massa = 1.935,21 kg/jam
Densitas bahan = 1019,9 kg/m3
( )
( )
Screw conveyor ini berperan sebagai reactor dalam proses pembentukan MCC.
Penentuan volume screw conveyor didekati dengan persamaan pada reaktor
alir pipa sehingga produk keluar reaktor memberikan besar konversi yang
diharapkan.
Neraca massa pada reaktor RAP
Dibagi
v v+Δv
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
164
[
]
Maka :
Asumsi reaksi order satu sehingga –rA = k CA
( )
Maka :
( )
( )
∫
( )
∫
[ ( )]
( )
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
165
[ ( )]
Screw conveyor direncanakan memiliki :
Panjang = 50 m
Shaft diameter = 12 cm (0,12 m)
Jari-jari shaft (r) =0,06 m
Pada screw conveyor,
( )
√
√ ( ) ( ) ( )
( )
Maka spesifikasi screw conveyor :
Panjang = 50 m (164,04 ft)
Diameter screw = 0,6438 m (2,11 ft)
Diameter shaft = 0,12 m (0,39 ft)
Material berupa pulp selulosa sehingga berdasarkan tabel B pada Screw
Conveyor Component and Design versi 2.20, 2012 diperoleh :
Material class code = 62E45
Conveyor loading = 30A
Component group = 2A, 2B
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
166
Weight = max 60 lbs/cuft, min 62 lbs/cuft
Material factor = 1,5
Material class code diatas merupakan spesifikasi dari bahan. Detail bahan
dapat dilihat di table A pada Screw Conveyor Component and Design versi
2.20, 2012 sehingga diperoleh :
Material Class Code 62E45
Density = 62 lbs/cuft
E = irregular (fibrous, stringy, etc)
4 = sluggish
5 = abrasiveness ( mildly abrasive)
Kapasitas screw conveyor sebesar 67,01 ft3/jam. Berdasarkan tabel D pada
Screw Conveyor Component and Design versi 2.20, 2012, diperoleh data
standar sbb :
Capacity at max rpm = 90 ft3/jam
Capacity per rpm = 1,5 ft3/jam
a. Menghitung kecepatan putaran conveyor
(
)
(
)
b. Menghitung Radial Clearance
( )
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
167
Bahan termasuk ke dalam class 2 (25% lumps) sehingga memiliki besar
class ratio 2,5. Product max lumps size diperoleh dari tabel E sebesar ¾ in.
Maka :
c. Menghitung Horse Power
- Friction hp
- Total HP
( )
Dimana :
L = panjang conveyor, ft
N = screw speed, rpm
C = kapasitas, cuft/jam
D = densitas bahan, lb/cuft
Fd = conveyor diameter HP factor (table L)
Fb = hanger bearing HP factor (table M)
Fm = material factor (table B)
Fr = flighting modification HP factor (table J)
Fp = paddle HP factor (table K)
Fo = overload HP factor (table H)
e = drive efficiency (table G1 atau G2)
Dari tabel-tabel tersebut diperoleh data sebagai berikut :
Fd = 940
Fb = 1,7 (bronze)
Fm = 1,5
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
168
Fr = 1,0
Fp = 1,0
Fo = 1,0
e = 0,88 (screw conveyor drive)
maka :
( )( )
d. Menghitung besar torsi
Spesifikasi komponen alat
1) Screw
Screw
Panjang = 50 m (164,04 ft)
Diameter screw = 0,64 m (2,11 ft)
Diameter shaft = 0,12 m (0,39 ft)
2) Coupling bolts / bolts pads
Shaft size = 5 7/16 in
Nominal pipe size = 8 in
Bolts size = 1 ¾ x 12 ½
Max torque = 1050 in.lbs
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
169
3) Drive Shaft
Drive Shaft pada Screw Conveyor
Shaft diameter = 5 7/16 in
A = 2 ½ in
B = 5 in
D = 3 in
E (hole diameter) = 1 13/16 in
F (coupling bolts) = 1 ¾
Keyway length = 9 7/8 in
Keyway width = 1 ¼ in
Keyway depth = 5/8 in
4) Coupling Shaft
Coupling Shaft pada Screw Conveyor
Shaft diameter = 5 7/16 in
A = 2 ½ in
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
170
B = 5 in
C = 36 in
H = 6 in
E (hole diameter) = 1 13/16 in
Coupling bolt = 1 ¾ in
3-bolt weight = 214,20 lb
5) End/tail shaft
End / tail Shaft pada Screw Conveyor
Shaft diameter = 5 7/16 in
A = 2 ½ in
B = 5 in
D = 3 in
E (hole diameter) = 1 13/16 in
F (Coupling bolt) = 1 ¾ in
6) Trough (tube)
Laporan Tugas Akhir
Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun
Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)
Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)
171
Trough (tube) pada Screw Conveyor
A = 25 in
B = 2 ½ in
C = 30 ½ in
BC-01
P-2
S-01
BC-02
BE-01BC-03
BE-02
P-01
TA-01
P-02
RDVF-01
P-03
SC-01
TW-01TB-01
P-04
S-02
P-05
TW-02S-03
Ke UPL
P-06
Ke UPL
TW-03
P-07
S-04
Ke UPL
RoD-01
BM-01
BC-04
S-05
G-01
1
30
1
TM-01P-11
2
30
1
P-08
C-01 C-02TM-02
P-12
TP-02
P-09
8
G-02
RD-01
WI
WI
5
30
1
LI
PI
LI
4
30
FC
FC
LC
Air
pHC
LC
LCLC
TM-03
P-10 P-13 18
LI
LI
LI
LISteam
FC
TBD-01
LC
TP-01
TP-03
LC
G-03
7
30
1
30
1
WI
Ke
UPL
17
39
1
30
30
1
25
35
1
26
70
1
WI
22
35
1
27
65
1
28
30
1
Air
29
30
1
Air
6
30
1
Air
3
30
1
13
120
5
14
54
1
15
54
76
16
30
1
37
1
Air21
19
37
1Air
23
30
1
20
30
1
Air
9
120
5
11
75
12
TC
10
P-91
10
150
10
150
10
24
35
135
1
31
30
1
Air
1
7450,997450,99
LC
LC
Komponen* Arus
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
TKKS (basis kering) 2490,00
α-selulosa 826,72 702,72 124,00 826,72 810,19
Hemiselulosa 558,06 474,33 83,71 558,04 2,79 2,79 2,90 2,79 0,28
Lignin 330,69 14,05 2,48 16,53 6,36 6,36 6,36 6,36 0,63
Na-lignat 271,12 47,85 318,97 1,59 1,59 1,59 1,59 0,16
MCC 810,19 810,19 810,19 808,56
HCl 40,80 40,80 810,19 810,19 810,19 81,02
H2O2 31,50 3,15
NaOH 24,80 24,80 13,96 2,46 16,42 6,35
NaCl 9,28 9,28 9,28 0,93
Steam
H2O 510,00 351,36 155,01 181,88 26,87 708,61 775,18 66,57 7450,99 13126,35 2316,41 7450,99 15442,76 291,96 294,81 4838,03 5132,85 5440,01 544,00 3596,84
Jumlah 3000,00 2066,80 155,01 206,68 51,67 708,61 815,98 107,37 7450,99 14599,14 2576,32 7450,99 17175,46 1119,24 1935,21 4838,03 6773,25 7111,91 1438,74 3596,84
*) Satuan : kg/jam Komponen*
Arus
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
TKKS (basis kering)
α-selulosa
Hemiselulosa 0,28 0,03 0,03 0,00 0,00 0,00
Lignin 0,64 0,06 0,06 0,01 0,01 0,00
Na-lignat 0,16 002 0,02 0,00 0,00 0,00
MCC 808,56 806,95 806,95 805,33 805,33 724,80
HCl 81,02 8,10 8,10 0,81 0,00 0,00
H2O2 3,15 0,32 0,32 0,03 137,84 31,50
NaOH
NaCl 0,93 0,09 0,09 0,01 0,01 0,00
Steam
H2O 4140,84 414,08 3074,12 3488,21 348,82 6,98 6,28 137,84 62,99 307,17 42948,61
Jumlah 5035,58 1229,65 3074,12 4303,77 1155,02 812,33 731,08 275,67 62,99 338,16 42948,61
PROCESS ENGINEERING FLOW DIAGRAM
PRARANCANGAN PABRIK MICROCRYSTALLINE CELLULOSE DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
KAPASITAS 5000 TON/TAHUN