TUGAS KELOMPOK PERANCANGAN ALAT PROSES

Perancangan Tangki Compressed Natural Gas (CNG)

Disusun Oleh : Kelompok II

Maginda R Rivai (21111040)

Babay Hermawan (21111029)

Ebi Ihwanul Muslimin (21111070)

Riki Effendi (21111047)

Sari Ayu Rahayu (21111053)

Adrian Hanafiah (21111022)

Program Studi Teknik Kimia S1

Fakultas Teknik

Universitas Serang Raya

2014

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Teknik kimia melibatkan aplikasi dari ilmu pengetahuan dalam industri proses yang

terfokus pada konversi suatu material ke bentuk lain baik secara fisika ataupun kimia.

Proses-proses ini membutuhkan penanganan dan penyimpanan material dalam jumlah

besar yang terdiri atas bermacam variasi konstruksi, tergantung pada kondisi material

yang digunakan, sifat-sifat kimia dan fisika material tersebut serta kebutuhan operasi.

Untuk penanganan, seperti wadah penampungan gas dan liquid digunakan tangki. Oleh

karena itu, kami sebagai mahasiswa/i Teknik kimia, perlu mempelajari dan mengetahui

beberapa hal tentang Tangki Liquid dan gas.

Serta perluasan distribusi BBG (dengan kapal)CNG lebih ekonomis dari pada bahan bakar lain. Selain itu hal yang melatar belakangi dibuatnya makalah ini adalah agar kami sebagai kelompok II (dua), dapat memenuhi tugas yang telah diberikan oleh dosen pengajar mata kuliah Perancangan Bejana dan Alat Penukar Panas, yaitu Ibu Tiur Elysabeth, ST, MT.

1.2 Tujuan

Makalah dengan judul ini dibuat bertujuan untuk mendapatkan ukuran pressure vessel untuk CNG,menghitung kekuatan material terhadap beban yang bekerja,mengetahui ukuran tangki yang ideal, dan mengetahui kekuatan dan tingkat keamanan pressure vessel1.3 Ruang lingkup

Ruang lingkup yang di paparkan pada makalah ini adalah mengenai bahan yang

di gunakan untuk perancangan tangki serta bagaimana cara menghitung kapasitas

tangki secara umum.

BAB II TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Tangki merupakan salah satu bagian terpenting dalam setiap alat proses. Pada sebagian

besar alat proses, tangki sangat diperhatikan dengan beberapa modifikasi sesuai

keperluan yang memungkinkan alat beroperasi pada fungsi yang dikehendaki. Biasanya

tahap awal dari perancangan tangki adalah pemilihan tipe/bentuk yang paling sesuai

dengan konsisi operasi yang diinginkan. Faktor terpenting yang sesuai yang

mempengaruhi pemilihan ini adalah:

1. Fungsi dan lokasi tangki

2. Sifat alamiah dari fluida yang akan digunakan

3. Suhu dan tekanan operasi

4. Volume yang dibutuhkan atau kapasitas untuk proses yang akan digunakan

Tangki dapat diklasifikasikan berdasarkan fungsional operasi, suhu dan tekanan

operasi, konstruksi material, dan geometri dari tangki itu sendiri. Tipe tangki yang

paling banyak dijumpai dapat diklasifikasikan berdasarkan bentuk geometri tangki.

1. Open and closed tanks

2. Flat-bottomed

3. Tangki silindris dengan atap dan dasar tertutup rapat

4. Spherical

Tangki pada setiap klasifikasi ini banyak digunakan sebagai tangki penyimpanan dan

tangki proses untuk fluida. Range dari setiap proses untuk tangki dapat disesuaikan,

dan tidak mudah untuk memenuhi semua kebutuhan dalam berbagai aplikasi. Sangat

mungkin untuk menunjukkan beberapa kegunaan umum dari tipe/bentuk umum

tangki. Liquid yang tidak berbahaya dalam jumlah yang besar, seperti larutan garam

atau larutan yang encer, dapat disimpan dalam sebuah kolam jika hanya dalam jumlah

yang kecil, atau dalam bak terbuka yang terbuat dari besi, kayu, atau tangki yang

terbuat dari beton untuk jumlah yang besar. Jika fluidanya bersifat toksik, mudah

terbakar, atau kondisi penyimpanan dalam bentuk gas, atau jika tekanannya lebih besar

dari tekanan atmosferik, system tertutup sangat diperlukan. Untuk penyimpanan fluida

pada tekanan atmosferik, biasanya digunakan tangki silinder dengan dasar yang datar

dan tutup yang berbentuk kerucut. Bentuk lingkaran digunakan untuk tekanan tangki

dimana volume yang dibutuhkan besar. Untuk volume yang lebih kecil dengan tekanan,

tangki silindris dengan tutup lebih ekonomis.

1.a Open Tangki

Open tangki biasanya digunakan sebagai surge tank diantara operasi, sebagai vats

untuk proses batch dimana material tercampur, sebagai setting tank, decanter, reactor,

reservoir dan lain-lain. Sebenarnya, tangki tipe ini lebih murah daripada tangki tertutup

dengan konstruksi dan kapasitas yang sama. Untuk memutuskan menggunakan open

tangki ini atau tidak tergantung pada fluida yang ditangani dan tergantung pada proses

operasinya. Untuk larutan tidak terlalu encer dengan jumlah besar dapat disimpan

dalam sebuah kolam. Sebenarnya kolam tidak dapat juga dikatakan sebagai tangki.

Untuk itu tempat penyimpanan sederhana dapat dibuat dengan material yang murah,

seperti lempung. Tidak semua tipe lempung dapat digunakan untuk kolam

penyimpanan, clay misalnya dengan sifat yang tak mudah tertembus oleh air atau kedap

air dapat digunakan.

Sebagai contoh penggunaan dari kolam yang terbuat dari lempung pada proses dimana

garam dikristalisasi dari air laut dengan evaporasi dengan bantuan sinar matahari.

Apabila fluida yang digunakan lebih mempunyai nilai tempat penyimpanan yang lebih

baik sangat diperlukan. Tangki sirkular besar yang terbuat dari baja atau beton banyak

digunakan untuk kolam pengendapan dengan pengeruk yang berputar akan

memisahkan endapan ke dasar tangki. Tangki tipe ini, harus memiliki range diameter

dari 100-200 ft dan dengan kedalaman beberapa feet. Open tangki yang lebih kecil

biasanya digunakan untuk bentuk sirkular dan terbuat dari baja ringan, pelat beton, dan

kadang-kadang dari kayu. Material lain dapat digunakan pada penggunaan terbatas

dengan korosi yang cukup tinggi atau masalah kontaminasi sering dijumpai.

Bagaimanapun pada umumnya proses di industri sebagian besar tangki yang digunakan

terbuat dari baja karena harga yang relative murah dan fabrikasi yang mudah. Pada

beberapa kasus, beberapa tangki dilapisi dengan rubber, kaca, atau plastic untuk

meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Pada industri makanan umumnya tangki

digunakan untuk fermentasi, dimana potongan kayu digunakan pada pembuatan wine

dan sejenis minuman keras lainnya. Redwood atau Cyprus tank sering digunakan untuk

reservoir penampungan air. Kayu juga digunakan untuk meletakkan baja untuk

menangani larutan hidroklorat encer, laktat, asam asetat dan larutan garam. Kayu juga

merupakan kebutuhan mutlak karena harganya yang murah pada proses penyamakan,

pemasakan bir, dan industri fermentasi. Pada industri makanan dan farmasi biasanya

diperlukan untuk menambahkan material pada open tangki dalam proses persiapan

campuran. Tangki terbuka kecil atau ketel biasanya digunakan untuk keperluan-

keperluan tertentu. Baja yang dilapisi kaca, tembaga, monel, dan tangki yang terbuat

dari stainless-steel biasanya digunakan untuk ketahan terhadap korosi dan mencegah

kontaminasi pada proses material.

b. Closed Tangki

Fluida yang mudah terbakar, fluida yang bersifat toksik, dan gas harus disimpan pada

tangki tertutup. Bahan kimia berbahaya, seperti asam dan kaustik akan mengurangi

resiko yang dapat ditimbulkan jika disimpan pada tangki tertutup. Minyak yang mudah

terbakar dan produk lain yang sejenis mengharuskan untuk menggunakan tangki dan

tangki tertutup pada industri perminyakan dan petrokimia. Penggunaan tangki secara

luas pada bidang ini telah menghasilkan usaha yang sangat penting bagi American

Petroleum Institute untuk menstandarisasi perancangan untuk kebutuhan keamanan

dan ekonomi. Tangki digunakan untuk menyimpan crude oil dan produk dari industri

perminyakan umumnya dirancang dan dibuat sesuai dengan standar API 12 C,

spesifikasi API untuk tangki penyimpanan minyak mentah. Ini merupakan referensi

standar yang digunakan untuk perancangan tangki pada industri perminyakan, tapi juga

berguna sebagai referensi untuk aplikasi lain.

2. Tangki dengan Flat Bottoms

Perancangan tangki yang paling ekonomis yang beroperasi pada tekanan atmosferik

adalah tangki silindris yang diposisikan vertical dengan dasar yang datar dan tutup

berbentuk kerucut. Pada kasus yang menggunakan umpan yang dipengaruhi oleh

gravitasi, tangkinya diletakkan pada ketinggian tertentu dari atas tanah, dan dengan

dasar yang datar yang dilengkapi dengan kolom-kolom dan penampang kayu bersilang

dengan tiang penyangga dari baja. Silindris, dasar yang datar, tutup berbentuk kerucut

dan dilengkapi dengan saluran udara atau lubang angin yang menyebabkan fluida

terekspansi dan terkontraksi sebagai akibat dari temperature dan volume yang

fluktuatif. Tangki dengan diameter yang lebih besar dari 24 ft dapat dilengkapi dengan

tutup yang tersendiri, tangki dengan diameter yang lebih besar serta lebih dari 48 ft,

biasanya membutuhkan sekurang-kurangnya 1 kolom sentral sebagai support. Tangki

dengan diameter yang lebih besar biasanya dirancang dengan kolom yang banyak atau

dengan pelampung, atau atap yang berjembatan yang akan naik atau turun sesuai

dengan ketinggian fluida didalam tangki. Jika atap yang berbentuk kubah digunakan,

tekanan 2,5 sampai 15 lb per meter persegi dapat digunakan. Tangki ini biasanya

diameternya tidak terlalu besar namun lebih tinggi untuk memberikan kapasitas yang

lebih besar dari tangki dengan atap yang berbentuk kerucut.

3. Tangki silindris dengan atap dan dasar yang tertutup rapat

Cylindrical Tangki yang tertutup rapat pada dasar dan atapnya digunakan jika tekanan

uap dari fluida yang disimpan memerlukan perancangan yang lebih kuat lagi. Ada kode-

kode yang dikembangkan oleh American Petroleum Institute dan American Society of

Mechanical Engineer untuk menetukan perancangan tangki. Tangki tipe ini biasanya

memiliki diameter 12 ft. Field-erected tangki memiliki diameter melebihi 35 ft dan

panjangnya 200 ft. Jika harus menyimpan fluida dengan jumlah besar, tangki yang

berbentuk seperti baterai digunakan. Bentuk atap yang tertutup rapat yang bermacam-

macam digunakan sebagai atap pada tangki yang berbentuk silinder. Atap yang tertutup

rapat ada yang berbentuk hemi-spherical, elips, torispheris, bentuk standar, bentuk

kerucut, dan bentuk toriconical. Untuk beberapa keperluan tertentu lempengan tipis

digunakan untuk menutup bagian atas tangki. Namun jarang digunakan untuk tangki

yang besar. Untuk tekanan kode tidak diberikan oleh ASME, tangki biasanya dilengkapi

dengan penutup yang standar. seharusnya tangki yang membutuhkan kode konstruksi

dilengkapi oleh ASME-dished atau ellipticaldished. Biasanya yang sering digunakan

sebagai atap untuk pressure tangki berbentuk elips. Sebagian besar alat proses pada

industri kimia dan petrokimia seperti kolom distilasi, desorber, absorber, scrubber, heat

exchanger, pressure-surge tank, dan separator biasanya menggunakan tangki

berbentuk silindris dengan kedua ujung yang tertutup rapat yang satu dengan yang

lainnya.

4. Tangki spherical

Tempat penyimpanan untuk volume yang besar dengan tekanan yang sedang biasanya

dibuat dalam bentuk lingkaran atau berbentuk lingkungan. Kapasitas dan tekanan yang

digunakan dalam tangki tipe ini bervariasi. Range kapasitas berkisar antara 1000-

25000 bbl, dan range tekanan berkisar 10 psig untuk tangki yang lebih besar dan 200

psig untuk tangki yang lebih yang kecil. Gambar 2.2 menunjukkan tangki yang

berbentuk silindris yang diposisikan secara horizontal yang berbentuk seperti baterai

dan tangki spherical untuk menyimpan produk minyak yang bertekanan diatas 100

psig.

Saat gas disimpan di bawah tekanan, volume penyimpanan yang dibutuhkan

berbanding terbalik dengan tekanan penyimpanan. Pada umumnya, saat sejumlah gas

disimpan dalam tangki yang berbentuk spherical akan lebih ekonomis jika

menggunakan volume dengan jumlah besar, operasi penyimpanan dengan tekanan

rendah. Pada penyimpanan dengan tekanan tinggi volume gas menjadi berkurang,

karena itulah tangki spherical menjadi lebih ekonomis. Ketika menangani gas dengan

jumlah kecil, lebih menguntungkan jika menggunakan tangki penyimpanan yang

berbentuk silindris karena biaya pembuatan menjadi faktor yang berpengaruh dan

tangki silindris yang kecil lebih ekonomis dari tangki spherical yang kecil. Walaupun

spherical vessel memiliki aplikasi proses yang terbatas, mayoritas tekanan disebabkan

oleh shell silindris. Head dapat dibuat flat atau datar jika dinding penopangnya sesuai,

tetapi lebih banyak dijumpai yang berbentuk kerucut. Head adalah bagian tutup suatu

bejana yang penggunaan disesuaikan dengan tekan operasi bejana.

Kriteria dalam perancangan

Sebuah alat proses dapat rusak karena berbagai alasan :

1. Terjadinya deformasi elastis dan plastis yang berlebihan akibatnya alat gagal

melaksanakan fungsinya dan rusak yang membahayakan Deformasi elastic terjadi

ketika benda mendapat beban dalam batas elastisnya. Hubungan antara stress f dan

strain ε adalah linier dengan slope E (modulu Elastisitas). Begitu juga dengan lenturan

(defleksi) harus dibatasi . Persamaan-persamaan yang digunakan :

(1) Stress axial ( tarik dan tekan )

ft = P/ A dan fc = - P/A

(2) Hubungan stress dan strain pada daerah elastic

f = E x ε

2. Instabilitas elastic

Adalah suatu fenomena yang berkaitan dengan struktur yang memiliki kekakuan yang

terbatas yang terkena beban tekan, momen lentur dan kombinasi beban tersebut.

Contoh yang khas terjadinya “backing” pada bejana silindris dengan tekanan luar dan

vakum. Hal ini biasanya berkaitan dengan bejana yang berdinding tipis. Bentuk

instabilitas elastisitas yang paling sederhana adalah instabilitas pada kolom yang terjadi

karena beban tekan axial pada ujung-ujung kolom tersebut. Stress kritis (fcr)yang

terjadi diperkirakan dengan rumus EULER : fcr = c2 E / (j/k)2

dimana:

c : konstanta yang harganya di pengaruhi kondisi ujung-ujung kolom

j/k : rasio

3. Instabilitas plastis

Kriteria yang paling banyak digunakan adalah mempertahankan stress yang terjadi

berada dalam daerah elastis bejana konstruksi untuk mencegah deformasi plastis yang

terjadi jika yield point terlewati.

4. Brittle rupture

Kecenderungan untuk mempergunakan bejana berkonstruksi baja berkekuatan tinggi

dengan kualitas yang lebih rendah menaikkan kemungkinan failure karena “rupture”.

5. Creep

Kriteria perencanaan yang telah diuraikan pada dasar keadaan strain (regangan)

dibawah beban tidak berubah dengan waktu dan untuk bahan ferrous dibawah beban

sampai suhu 650O R. diluar suhu tersebut maka material akan mengalami “creep”

dibawah beban. Yang mengakibatkan kenaikan strain dengan waktu. Laju creep

tergantung pada material stress dan suhu operasi.

6. Korosi

Adalah peristiwa pengerusakkan pada metal yang disebabkan karena peristiwa kimiawi

dan electron kimia. Berbagai macam korosi yang dikenal, yaitu :

· Uniform corrosion

· Intergranular corrosion

· Galvanic corrosion

· Stress corrosion

Salah satu pencegahan korosi adalah penambahan tebal metal pada dinding bejana.

Pressure vessel merupakan tangki yang digunakan untukpenyimpanan fluida. Biasanya fluida yang disimpan dalam pressurevessel merupakan fluida yang memiliki karakteristik maupunperlakuan khusus

Jenis – Jenis Pressure Vessel1. Cylindrical Pressure Vessela. Vertical Cylindrical Pressure Vesselb. Horizontal Cylindrical Pressure Vessel2. Spherical Pressure Vessel

Komponen – Komponen Pressure Vessel- Shell-Head

- Flanged Head- Hemispherical Head- Ellipsoidal Head- Torispherical Head- Conical Head- Toriconical Head- Miscellaneous

- Support- Accessories

Hal – Hal yang Perlu Diperhatikan dalam PembuatanPressure Vessel- Pengaruh Korosi- Faktor Keamanan- Proses Pembuatan Pressure Vessel

BAB III PEMBAHASAN

Bahan Baku

Gas alam merupakan kelompok minyak bumi yang terjadi

(terbentuk) secara alami, campuran kompleks hidrokarbon dengan

jumlah senyawa anorganik yang sedikit. Para ahli geologi dan ahli

kimia menyatakan bahwa gas alam terbentuk dari sisa – sisa

tumbuhan dan binatang yang berkumpul dengan sedimen bebatuan

di dasar laut atau danau selama ribuan atau jutaan tahun.

Jenis – Jenis Gas Alam

-Gas Alam Jaringan Pipa

- Liquified Natural Gas (LNG)

- Liquified Petroleum Gas (LPG)

- Compressed Natural Gas (CNG)

CNG merupakan gas alam (natural gas) yang dipadatkan

(dimampatkan) dengan tekanan 100 s/d 250 bar.

Karakteristik CNG

Komposisi Kimia

Komponen Bagian (%)

Methane 88

Ethane 5

Propane 1

CO2 5

Others 1

Total 100

Sifat Fisis

• Tidak Beracun

• Lebih Ringan dari

pada udara

• Tidak Berwana

• Tidak Berbau

Keuntungan Penggunaan CNG

Pengurangan Emisi dibandingkan dengan Bensin

• CO, 60% - 80%

•Xox, 50% - 80%

•CO2, sekitar 30%

•Reaktifitas penghasil Ozon,

80% - 90%

CNG dibandingkan Solar

Parameter Minyak Solar Gas

g/Kg

Partikel 0.017 0.008

SO2 3600 0.027

HC 0.1200 0.380

NOX 3.350 3.010

N2O 0.630 0.340

CO 0.630 0.340

CO 3136.5 1879.4

BAB IV PERHITUNGAN PERANCANGAN DESAIN ALAT

Contoh perhitungan :

Tangki Compressed Natural Gas (CNG)

Fungsi : Penyimpanan CNG

Data perhitungan :