PERANCANGAN PABRIK KIMIAPERENCANAAN PROYEK DAN PEMBUATAN FLOWCHART-Bagian 2-

Disusun oleh :Calvin Andika B. S. (125061100111031)

Jurusan Teknik Mesin - Minat Teknik KimiaFakultas TeknikUniversitas BrawijayaMalang2014

Gambar 3-2 Sketsa Kualitatif Generator Uap Water-tube

Gambar 3-3 Sketsa aliran dari Generator Uap Water-tube dengan penomoran dan penamaan peralatan

Tabel 3-3 Instruksi untuk penandaan perlengkapan dalam Flowsheet ProsesSistem Penomoran pada Perlengkapan1. Nomor untuk setiap proses area, dimulai dengan 100, 200, 300, dan seterusnya2. Nomor bagian besar dari perlengkapan proses di setiap area, dimulai dengan 110, 120, 130, dan seterusnya3. Nomor untuk bagian pendukung dari perlengkapan yang digabung dengan unit proses utama, dimulai dengan angka selanjutnya yang lebih besar daripada unit proses utama, contohnya 111, 112, 113, 114 untuk bagian pendukung digabung dengan 1104. Lampirkan awalan huruf untuk setiap nomor perlengkapanF-110B-120D-210G-111G-121E-211E-112G-122G-212E-113E-2135. Sembilan angka pertama pada setiap area diutamakan untuk peralatan yang bekerja pada area tertentu seperti paket unit pendingin (Contoh: P-165). Namun, beberapa paket unit mungkin dipisahkan ke tiap komponen penyusunnya dan diberi penomoran pada tahap 2 sampai 46. Gunakan huruf diikuti nomoran perlengkapan untuk penandaan perlengkapan ganda atau cadangan (Contoh: G-111A,B menandakan dua pompa yang serupa di servis G-111).Sistem Huruf pada PerlengkapanA. Auxiliary Facilities (Fasilitas Pelengkap)B. Gas-Solids contacting Equipment (Peralatan pengontak Gas dan padatan). Contoh: Calciner, Dryer, KilnsC. Crusher, Mills, GrindersD. Vessel Process (Bejana Proses). Contoh: Menara distilasi, kolom absorbsi, scrubber, dan stripperE. Heat Exchanger (Penukar Panas). Contoh: Pendingin, Kondensor, Pemanas, dan ReboilerF. Storage Vessel (Bejana Penyimpan). Contoh: Tangki dan Drum penampung.G. Gas Movers (Pemindah gas). Contoh: fans, kompresor, pompa vakum, vakum ejectorH. Separator (Pemisah). Contoh: bag filter, rotary filter, settler, presipitator, classifier, ekstraktorJ. Conveyor (Konveyor). Contoh: bucket elevator, auger, belts, pneumatic elevatorK. Instrument (Instrumen). Contoh: Katup Pengontrol, transmitter, indicator, rekorder, analyzerL. Pumps (Pompa)M. Agitator dan MixerN. Motors, Drives, turbinesP. Package unit (unit Pengemasan). Contoh: Refrigeration, air unit, generator uap, menara PendinginQ. Furnace, Process HeatersR. Reactors (Reaktor)S. Size-Enlargement EquipmentV. Vaporizers and EvaporatorX. Miscellaneous

Gambar 3-4 Sketsa Proses dan tabel neraca massa kosong

Penomoran PeralatanTahap selanjutnya dari pembuatan flowchart terpercaya adalah penyelesaian nama dan penomoran. (Item peralatan telah dinamai berdasarkan gambar 3.2). Pada kasus ini, Alat Furnace dipilih untuk menjadi alat pemrosesan pusat. Furnace tersebut diberikan nomor Q-110 (Huruf Q menandakan bahwa furnace adalah peralatan yang termasuk proses heater/pemanas proses). Item peralatan pelengkap untuk menunjang furnace diberikan nomor dari 111 sampai 119. Tangki dan Drum diberikan huruf awalan F, Penukar panas E, Pompa L, dan Blower G. Unit pengemasan juga diberikan nomor terpisah yaitu P-101 berdasarkan instruksi 5 pada tabel 3-3. Drum umpan minyak dan pemanas dipilih untuk menjadi subseksi kecil yang terpisah dengan nomor deret 120. Diagram proses diberikan pada gambar 3-3Penomoran ditempatkan pada 2 tempat, yaitu 1. Pada item yang telah didesain atau area disekitarnya dan 2. Pada tepi atas atau bawah dari sketsa yang telah dibuatPenandaan diberikan pada setiap unit dimaksudkan untuk mencegah ambiguitas (kebingungan). Alasam untuk nama dan nomor ditempatkan pada tepi sketsa akan menjadi lebih jelas ketika desain peralatan atau perkiraan biaya dibutuhkan. Pada ilustrasi sederhana yang ditunjukkan, akan menjadi lebih susah untuk melihat kebawah 1 komponen, dengan atau tanpa nama di tepi. Pada flowsheet yang lebih kompleks, kelalaian kemungkinan besar juga bisa terjadi. Beberapa dapat menyebabkan kesalahan yang serius pada desain dan perkiraan biaya. Hal tersebut membutuhkan usaha untuk melihat semua item ketika semua hal tersebut ditabulasikan pada bagian tepi dari flowsheet.Pada situasi ini, pembaca mungkin bertanya-tanya apakah mereka sedang belajar rekayasa ataukah belajar membuat draft. Sketsa yang dipersiapkan oleh seorang insiyur pada faktanya akan diseleksi dan tampilannya akan lebih ditingkatkan oleh desainer. Namun akan dibutuhkan sedikit lebih banyak waktu untuk membuat sketsa yang rapi daripada sketsa yang tidak rapi, dan dibutuhkan beberapa pertimbangan penting dan diskusi untuk membuat sketsa yang professional dari sketsa kasaran. Setiap penomoran pelaratan harus dilakukan secara serius. Nomor tidak hanya akan menandakan rangkaian urutan desain, namun juga melewati konstruksi dan operasi jika pabrik telah dibangun. Sebuah pompa ditandai dengan L-163 akan dirujuk dengan nomor yang sama pada 6 tahun yang akan datang ketika insinyur pabrik menceritakan pada tukang maintenance tentang suara atau getaran yang mencurigakan.

Penandaan Aliran Uap dispesifikasikan berdasarkan tekanan jenuh, seperti yang diilustrasikan pada gambar 3.3. Pada kasus ini, seperti yang dibahas di Tabel 3.2, Uap disuplai pada tekanan jenuh absolut 14 bar. Temperatur dari tangki minyak cukup kecil untuk dipanaskan dengan rumah uap yang tersedia pada kondisi tekanan ini. Pada situasi yang lebih kritis, akan sangat dibutuhkan untuk menunda spesifikasi dari utilitas sampai semua informasi pada kondisi proses telah tersedia.Tekanan dan Temperatur pada beberapa kasus ditentukan dengan bebas, menggunakan pemikiran dan pengalaman. Perhitungan yang hati-hati juga dibutuhkan. Flowsheet berikut memberikan contoh untuk keduanya. Berdasarkan dari konvensi, aliran telah dikarakterisasikan dan diidentifikasi dengan macam-macam simbol yang sebelumnya dideskripsikan pada tabel 3-2. Tanda berlian menunjukkan bendera neraca masa, yang mana telah dikaitkan dengan tabel dibawah sketsa proses. Simbol Temperatur dan tekanan harus cukup penomoran untuk dapat diidentifikasi, tidak ambigu, untuk kondisi di setiap titik pada diagram. Laju alir Volumetrik dan Laju alir molar juga dilengkapi dengan bendera dimana informasi yang cukup akan menolong dalam hal menspesifikasikan atau menandai pompa, blower, atau peralatan lainnya.

Neraca Massa dan Energi Karena terdapat cukup informasi untuk melengkapi aliran 2, berikut merupakan tahap selanjutnya yang logis. Konsumsi bahan bakar minyak tergantung dari laju alir uap, yang mana telah dispesifikasikan pada 1,39 kg/s (5000 kg/h). Hal tersebut akan melengkapi neraca massa untuk kolom ke-7. Untuk menspesifikasikan laju alir minyak, beberapa asumsi harus dibuat dengan memperhatikan operasi boile. Dari pengalaman atau melalui latar belakang pembaca, seseorang dapat mengasumsikan boiler tipe ini beroperasi pada 78 hingga 80 persen dari efisiensi keseluruhan. Nilai pemanasan yang lebih tinggi dari bahan bakar dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan uap. Literatur penelitian mengungkapkan komposisi dan property dari minyak bahan bakar tipe 6 (Tabel 3-4)Tabel 3-4 Properties of Number 6 Residual Fuel OilCompositionWeight Percent

Sulfur0.7

Hydrogen9.9

Carbon 87.0

Nitrogen0.6

Oxygen1.7

Ash0.1

Total100.0

Specific Gravity0.97

Untuk menghitung kuantitas dari minyak, sebuah neraca energy sederhana dapat dibuat pada sistem boiler. Energi yang dibutuhkan untuk memanaskan air dari 20 C dan untuk membangkitkan uap pada 21 bar dan 213 C(1,39 kg/s)(27,96 kJ/kg 84 kJ/kg) = 3770 kJ/sBahan Bakar Minyak yang dibutuhkan :

Dari Laju alir massa minyak dan komposisinya, kolom ke-2 pada tabel neraca massa dapat diselesaikan. Logika mengatakan bahwa aliran 1 akan mengalir secara putus-putus karena drum umpan diisi secara periodic dari tangki penyimpanan. Secara Normal, transfer akan berlangsung secara otomatis, dikontrol dengan liquid-level instrument yang dimuatkan pada drum. Hal tersebut juga dapat diselesaikan secara manual oleh operator. Begitu pula seterusnya, jadi Neraca Massa dan energy dari setiap unit dapat dihitung secara manual maupun otomatis. Tabel Neraca massa adalah Tabel yang berisi data-data atau variable penting dalam suatu aliran proses. Tabel tersebut sangat berguna untuk perancangan atau desain dari proyek yang akan dikerjakan maupun proses yang sudah berjalanTabel 3-5 berikut merupakan nilai Neraca massa untuk Generator pembangkit uap tipe Water-tube untuk laju alir 1,39 kg/s berdasarkan Operasi pertama

Dari tabel 3-5 tersebut mengindikasikan bahwa untuk mengisi kekosongan pada tabel neraca massa dibutuhkan data-data yang berasal dari variable yang telah diketahui. Dan masalah terpenting yang harus diselesaikan adalah mencari nilai variable-variabel yang tidak diketahui, beberapa nilai dari variable tertentu mungkin dapat diasumsikan, namun harus didasarkan pada ketelitian dan pengalaman. Pengisian kekosongan pada tabel neraca massa dilakukan dengan tidak berurutan, maksudnya tabel tersebut diisikan nilai variable-variabel yang telah diketahui nilai nya terlebih dahulu, baik dari asumsi maupun perhitungan yang telah dilakukan. Kemudian mencari titik-titik kosong yang berguna untuk melengkapi tabel neraca massaKembali ke Gambar 3-4, karena aliran gas dalam satuan standar, maka berdasarkan aliran molar (22,4 std m3 = 1 kgmol), laju alir volumetric dari aliran 5 dan 9 dapat dihitung dari data yang mendukung pada table 3-5 (Laju alir molar pada aliran 9 yaitu sebesar 62 gmol/s dapat dimasukkan secara langsung dari tabel), Temperatur gas buang pada posisi 8,9 dan antara penukar panas radian dan konvektif adalah variable sisa yang belum diketahui nilainya pada gambar 3-4. Neraca energy dibutuhkan untuk mengidentifikasi variable-variable tersebut. Prosedur ini juga memerlukan teknik untuk mendesain rangkaian alat penukar panas (Heat Exchanger) Temperatur pada posisi 8 disebut temperature nyala adiabatic. Ini merupakan temperature hipotesis dari produk pembakaran, dengan mengasumsikan tidak ada panas yang hilang ke lingkungan. Untuk mereview dasar dari termodinamika, sebuah keseimbangan energy pada pembakaran, dengan tidak ada kehilangan panas, mengungkapkan bahwa entalpi dari produk pembakaran besarnya sama dengan entalphi dari reaktan. Karena entalpi merupakan fungsi titik, beberapa jalur dapat diambil untuk mengevaluasinya. Contohnya dapat dilihat pada gambar 3-5. Jalur abcd, de, ef, dan fg adalah ekuivalen dengan jalur langsung abcg. Perubahan entalpi dari tahap ad akan dikenali sebagai pengurangan panas sensible dari minyak bahan bakar

Dimana m2 adalah massa dari aliran 2 pada flowsheet dan Cp2 adalah panas spesifik.

Dan berikut adalah rumus-rumus yang digunakan dalam menentukan perubahan entalpi sistem yang terjadi per titik yang dilalui

Total Perhitungan entalpi

Berdasarkan perhitungan neraca energy yang telah dilakukan, hasil atau tabulasi data entalpi untuk aliran 8 ditunjukkan pada table 3-6

Tabel 3-7 adalah tabel yang menunjukkan temperature nyala adiabatic serta komposisi produk hasil pembakaran Minyak bahan bakar nomer 6

Tabel 3-7 memuat bahan baku yang dibutuhkan dalam pembakaran atau pemanasan yaitu Minyak bahan bakar, abu SiO2, udara, serta uap yang juga dirinci besar entalpinya pada suhu yang telah ditentukan. Tabel tersebut juga merinci besarnya kandungan elemen keseluruhan serta komposisi produk yang dihasilkan dari pembakaran Dari tabel 3-7 tersebut dapat diketahui komposisi senyawa dari hasil pembakaran bahan bakar, prosedur ini akan sangat berguna untuk melengkapi data-data kosong pada tabel 3-4 tadi.Pada akhirnya beberapa data atau variabel penting yang dibutuhkan dapat diketahui dari hasil perhitungan, dan berikut gambar 3-7 merupakan bentuk penyempurnaan dari gambar 3-4,Flowsheet pada Gambar 3-7 sudah memuat beberapa nilai dari variable, nilai tersebut diletakkan disekitar aliran setiap peralatan, yang menandakan adanya massa dan energy yang melalui peralatan tersebut. Gambar 3-7 juga disertai tabel yang berisi nilai data hasil perhitungan yang telah dilakukan

Gambar 3-7 Diagram proses lengkap serta tabel neraca untuk aliran Generator pembangkit uap Water-tube