tahap pengolahan dan penjernihan air dari sungai dapat dilakukan melalui beberapa tahap(edi newt)

Tahap pengolahan dan penjernihan air dari sungai dapat dilakukan melalui beberapa

tahap, yaitu :

1. Proses penyaringan awal

Air dari sumber air (sungai) dikenakan proses penyaringan untuk menghindari adanya

kotoran – kotoran yang cukup besar yang terbawa kedalam bak pengendap.

2. Pengendapan secara fisis.

Air setelah melewati tahap penyaringan ditampung dalam suatu bak, didalam bak pertikel

– pertikel yang terbawa air dibiarkan mengendap akibat gaya gravitasi.

3. Proses pengolahan air secara kimia.

Setelah dilakukan pengendapan secara fisis, air dipompa menuju bak flokulator [BU-03]

untuk diolah secara kimia. Kotoran-kotoran halus yang tidak dapat terendapkan pada bak

pengendap kedua (koloid, dll), dipisahkan pada flokulator dengan cara direaksikan

dengan bahan-bahan kimia seperti tawas [Al2(SO4)3.18H2O] dan kapur [Ca(OH)2].

Reaksi kimia yang terjadi jika tawas ditambahkan dalam air [Powell, 1954]

Al2(SO4)3.18H2O + 3 Ca(HCO3)2 3 CaSO4 + 2 Al(OH)3 + 18 H2O + 6CO2

Alumunium hidroksida [Al(OH)3] yang terbentuk berupa flok-flok [gumpalan lunak]

akan mengikat padatan-padatan tersuspensi dan mengendapkannya sebagai sludge.

Reaksi kimia pada penambahan kapur dalam air :

Ca(OH)2 + MgCO3 CaCO3 + Mg(OH)2

Kalsium karbonat [CaCO3] dan magnesium hidroksida [Mg(OH)2] akan mengendap dan

mengikat padatan-padatan tersuspensi.

Kemudian air yang telah dicampur dengan bahan-bahan kimia pada bak flokulator

dipompa menuju Clarifier [CL] untuk dilakukan proses penggumpalan. Bak Clarifier

dilengkapi dengan Scraper yang berfungsi untuk mengumpulkan endapan pada dasar

clarifier, sehingga mudah untuk dibuang. Penambahan Ca(OH)2 juga untuk menjaga agar

pH air dalam keadaan optimum (6 – 8).

4. Proses penyaringan akhir

Partikel-partikel koloid yang tidak terendapkan pada clarifier disaring pada sand filter.

Karateristik sand filter adalah :

kecepatan penyaringan : 15 – 30 gpm/ft2

tebal tumpukan pasir : 18 – 30 inch

tebal tumpukan kerikil : 8 – 20 inch

Dibawah tumpukan pasir dan kerikil terdapat sistem under drain yang berfungsi untuk

mengalirkan air jernih pada saat pencucian saringan pasir dengan sistem back wash.

Pencucian dilakukan tiap 24 jam sekali atau jika saringan pasir sudah cukup jenuh,

dengan waktu pencucian biasanya 10 – 15 menit. Air pencuci yang biasanya digunakan (1

– 3) % dari air yang disaring[Powell,1954].

Setelah tahap filtrasi dengan sand filter air jernih yang diperoleh digunakan untuk

keperluan air umpan boiler, air pendingin, air minum, rumah tangga, perkantoran dan

sanitasi.

A. Air umpan boiler

Air yang akan digunakan sebagai umpan boiler selain harus dihilangkan

kesadahannya, juga harus memenuhi syarat batas kadar padatan, total alkalinity, dan total

padatan yang dapat terendapkan.

Batasan air umpan boiler menurut ABMA [American Boiler Manufacturer Association

standard] untuk boiler dengan tekanan operasi antara 0 – 300 psig adalah :

Total solid : 3.500 ppm

Total alkalinity : 700 ppm

Suspended solid : 300 ppm

Untuk mencapai batas tersebut, maka air umpan boiler harus mengalami eksternal dan

internal treatment. Eksternal treatment merupakan treatment terhadap air sebelum masuk ke

unit pembangkit uap, yaitu proses penyediaan demineralisasi. Sedangkan internal treatment

yaitu treatment yang dilakukan pada unit pembangkit uap (boiler) yang meliputi pencegahan

terjadinya kerak, korosi dan foaming.

1. Kesadahan sementara

Kesadahan yang disebabkan oleh gas-gas terlarut dalam air umpan boiler seperti CO2 dan

O2. Kesadahan sementara dapat dihilangkan dengan cara pemanasan biasa, sehingga

terjadi reaksi:

H2CO3 H2O + CO2

2. Kesadahan tetap

Kesadahan yang disebabkan adanya ion-ion dari peruraian garam-garam. kation maupun

anion dari peruraian garam dapat dihilangkan dengan cara melewatkan air pada kation -

anion exchanger yang mengandung resin.Di dalam kation – anion exchanger terjadi dua

reaksi yaitu softening dan regenerasi

a. Kation exchanger

Untuk menghilangkan mineral kation seperti : Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Al3+, Mn2+

digunakan sodium zeolite [Na2Z]. untuk regenerasi resin ini digunakan larutan NaCl.

Persamaan reaksi di kation exchanger:

Softening :

Ca(H CO3)2 + Na2Z ──────>2 NaHCO3 + CaZ

Mg(H CO3)2 + Na2Z ──────>2 NaHCO3 + MgZ

CaSO4 + Na2Z ──────>2Na2SO4 + CaZ

MgSO4 + Na2Z ──────> 2 Na2SO4+ MgZ

CaCl2 + Na2Z ──────>2 NaCl + CaZ

MgCl2 + Na2Z ──────>2NaCl + MgZ

Regenerasi :

CaZ + 2 NaCl ──────> Na2Z + CaCl2

MgZ + 2 NaCl ──────> Na2Z + MgCl2

b. Anion exchanger

Untuk menghilangkan mineral anion seperti :SO42-, Cl-, SO3

2-, S2-, HCO3-, CO32-,

SiO32- maka digunakan resin yang mengandung gugus amine (RNH3OH) atau

[Duolite-A2], sedangkan untuk regenerasinya digunakan larutan NaOH.

Persamaan reaksi di anion exchanger :

Softening :

NH3 + HCl ──────> NH4Cl

RNH2 + HCl ──────> RNH3Cl

2 NH4OH + H2CO3 ──────> (NH4)2CO3 + 2H2O

2RNH3OH + H2CO3 ──────> (R NH3)2CO3 + 2H2O

Regenerasi:

NH4Cl + NaOH ──────> NH3 + NaCl + H2O

RNH3Cl + NaOH ──────> RNH2 + NaCl + H2O

(NH4)2CO3 + 2 NaOH ──────> 2NH4OH + Na2CO3

(R NH3)2CO3 + 2 NaOH ──────> 2 RNH3OH + Na2CO

Air sebagai umpan boiler selain melalui proses penghilangan kesadahan, juga harus melalui

pengolahan untuk mencegah terjadinya kerak, korosi dan foam (buih) sebagai berikut :

1. Pencegahan kerak

Untuk mencegah terbentuknya kerak akibat kesadahan yang masih tersisa maka pada air

umpan boiler ditambahkan phosfat. Pada penambahan phosfat akan terjadi reaksi :

3 Ca2+ + PO43- Ca3(PO4)2

Pada perancangan ini, ion phosfat diperoleh dari senyawa disodium phosfat

[NaH2PO4.2H2O]. Endapan kalsium phosfat yang terbentuk ringan dan tidak menempel

pada tube boiler.

2. Pencegahan korosi

Korosi disebabkan karena pH air yang terlalu rendah [asam] dan adanya gas-gas korosif.

Untuk menaikkan pH air umpan boiler digunakan larutan NaOH, pH air umpan boiler

berkisar 10,5 – 11,5. Gas-gas penyebab korosi adalah gas CO2 dan O2. Gas CO2 yang

terbentuk dari peruraian pada kesadahan sementara (carbonat, bicarbonate) pada boiler.

3. Pencegahan foam

Foam (buih) adalah butir-butir gelembung pada permukaan air dalam boiler akibat

adanya kontaminasi dengan minyak pada air umpan boiler.

Akumulasi gas H2 yang berlebihan karena jumlah blow down kurang, dan treatment yang

berlebihan dapat menimbulkan foam. Sehingga dirancang jumlah blow down sebesar

20% untuk mencegah timbulnya foam dalam boiler.

Steam yang diperlukan sebagai pemanas pada area produksi dihasilkan dari boiler [fire

tube boiler] yang beroperasi pada tekanan 115,02 psi dan suhu 338°F dengan pemanas

berupa residuel fuel oil.

B. Air minum, rumah tangga, perkantoran dan sanitasi.

Untuk memenuhi persyaratan air minum, air dari proses filtrasi ditambahkan

desinfektan untuk membunuh bakteri yang ada dalam air. Sebagai desinfektan digunakan

chlor dalam bentuk kaporit [Ca(OCl)2]. Pada penambahan kaporit sebagai sumber chlor akan

terjadi reaksi sebagai berikut :

Ca(OCl)2 + H2O Ca2+ + 2 OCl- + H2O

2 OCl- Cl2 + O2

Pada reaksi ini, yang mendesinfeksi air adalah OCl- dan umumnya desinfeksi efektif pada pH

= 7 atau sedikit basa. Kadar chlorine untuk desinfeksi air sampai pH = 7 adalah 2 ppm, dan

biasanya selama musim hujan kadar chlorine harus ditambah utnuk menjaga kadar chlor tetap

karena adanya penambahan volume air akibat hujan.

C. Air pendingin

Air pendingin setelah digunakan pada peralatan proses akan mengalami kenaikan

suhu. Untuk menghemat pemakaian air, air pendingin dari peralatan proses didinginkan

dalam cooling tower dan dicampur dengan air make-up.

Cooling tower merupakan suatu menara yang terdiri dari kerangka beton, didalam menara

terdapat isian yang terbuat dari kayu. Air yang diturunkan suhunya dipercikan melalui

puncak cooling tower sedangkan udara pendingin dihembuskan melalui dasar cooling tower

dengan menggunakan fan. Kontak antara udara dengan air pendingin menyebabkan sebagian

air akan menguap dan suhu dari air akan turun.

D. Air pemadam kebakaran (hydrant)

Persyaratan air pemadam kebakaran antara lain tidak mengandung padatan seperti

pasir dan batuan kerikil, tidak mengandung kotoran seperti daun dan sampah.

Penyediaan steam bertujuan untuk mencukupi kebutuhan steam yang akan digunakan

untuk berbagai proses operasi. Boiler tersebut dilengkapi dengan sebuah unit economizer

safety valve sistem dan pengaman – pengaman yang bekerja secara otomatis.

Air dari water treatment plant yang akan digunakan sebagai umpan boiler terlebih

dahulu diatur kadar silica, O2, Ca, Mg yang mungkin masih terikut dengan jalan

menambahkan bahan – bahan kimia kedalam boiler feed water tank. Selain itu juga perlu

diatur pHnya sekitar 10.5 – 11,5 karena pada pH yang terlalu tinggi, korosifitasnya juga

tinggi.

Kebutuhan air Kebutuhan air total : 10 m3/jam, meliputi :a. Air untuk rumah tangga dan sanitasi

30% . 10 m3/jam = 3 m3/jamb. Air untuk membuat steam

25%. 10 m3/jam = 2,5 m3/jamc. Air pendingin

20%. 10 m3/jam = 2 m3/jamd. Air proses

25%. 10 m3/jam = 2,5 m3/jamAsumsi : = 1000 kg/m3

Jadi, air yang harus disediakan :

Air rumah tangga = 3000

kgjam

Air pembuat steam = 2500

kgjam

Air pendingin = 2000

kgjam

Air proses = 2500

kgjam +

Jumlah = 10.000

kgjam

Alat – alat pengolahan air :

1. Bak Pengendap Pertama (BU - 01)Fungsi : Menampung air dari sungai dan mengendapkan kotoran – kotoran yang terbawa oleh air sebelum diolah lebih lanjut.Jenis : Bak beton 4 persegi panjang

Banyaknya air yang dialirkan = 10.000

kgjam

ρ air pada 30ºC = 992,792

kg

m3

Kecepatan volumetrik air (Q)

Q = 10.000

992,792= 10,07m3

jam

Volume bakWaktu pengendapan kotoran pada bak berkisar 4 – 24 jam (Powell, 1954)Dirancang waktu pengendapan kotoran = 6 jamVolume air pada bak (Vair)

V air = 10,07m3

jamx 6 jam = 60,42 m3

Dirancang over design = 10 %V bak = 1,1 x 60,42m3 = 66,4 m3

Ukuran bakPerbandingan panjang dan lebar bak, P : L = 1 – 2,5 (Powell, 1954, pg 48)Dirancang P : L = 1Kedalaman bak, H = 10 – 20 ft

Dirancang kedalaman bak, H = 12 ft = 12 ft x 1m

3 ,2808 ft= 3,65 mVolume bak = P x L x H

= P2 x H66,4 m3 = 3,65 m x P2

P = 4,2 mL = P =4,2 m

2. Bak Pengendap Kedua (BU – 02)Fungsi :Menampung air dari bak pengendap pertama (BU – 01) untuk

mengendapkan kotoran – kotoran halus yang tidak terendapkan pada bak pengendap pertamaJenis : Bak beton 4 persegi panjang

Banyaknya air yang dialirkan = 10.000

kgjam


kg

m3


Q = 10.000

992,792= 10,07m3

jam

Volume bakWaktu pengendapan kotoran pada bak berkisar 4 – 24 jam (Powell, 1954)Dirancang waktu pengendapan kotoran = 6 jamVolume air pada bak (Vair)

V air = 10,07m3

jamx 6 jam = 60,42 m3

Dirancang over design = 10 %V bak = 1,1 x 60,02 m3 = 66,4 m3




= P2 x H66,4 m3 = 3,65 m x P2

P = 4,2 m

L = P =4,2 m3. Bak Flokulator (BU – 03)

Fungsi : Mencampur air dari bak pengendap kedua dengan tawas (Al2SO4.18H2O) dan kapur (Ca(OH)2)Jenis : Bak beton 4 persegi panjang

Banyaknya air yang ditampung = 10.000

kgjam


kg

m3


Q = 10.000

992,792= 10,07m3

jam

Asumsi : Dirancang waktu pencampuran = 1 jamVolume air pada bak (V air)

V air = 10,07m3

jamx 1 jam= 10,07m3

Dirancang over design 10 %V bak = 1,1 x 10,07m3 = 11,07 m3



3 ,2808 ft= 3,65 mVolume bak = P x L x H= P2 x H

11,07 m3 = 3,65 mx P2

P = 1,7 mL = P = 1,7 m

PengadukAsumsi dirancang Turbine dengan 6 Flat Blade

Dirancang : Di = 1

3 p (Mc.Cabe and Smith, fig 9 – 10, pg 230)

Di = 1

3 P = 1

3 x 1,7 m= 0,56 m

= 0,56 m x

1 ft0 ,3048m= 1,83 ft

Tinggi cairan (ZL)

ZL = [ π4 .Vt ]

13

= [ π4 .11,07 ]13= 3,26 m

= 3,26 m x

1 ft0 ,3048m= 10,69 ft

SG air = 1WELH = tinggi cairan x SG

= 10,69ft x 1 = 10,69ftMenentukan jumlah putaran dan power motor

Dihitung dengan persamaan 8.8, Rase ”Chemical Reactor Design for Process Plants’, pg 345 :

WELH2 .Di =

[ π .Di .n600 ]

2

N = 600π .1,83

x [ 10,692.1,83 ]

12= 56,5 rpm

Dipakai kecepatan putaran pengaduk = 60 rpm

= 60 rpm x 1menit

60 det ik = 1 rpsBilangan Reynold (Re)

Re =

ρ .N .Di2

μ

= (61,98 lb / ft3 ) x (1rps )x (3,94 ft )2

0,00057 lb / ft . sec ¿ 1687987,242

Dari fig 477, Brown, diperoleh Np = 7Power motor (Po)

Dihitung dengan persamaan 461, pg 506, Brown :

Po =

Np . ρ .N3 .Di5

gc .550

lb . ftsec

Hp

=(7) (61,98 lb / ft3 )(1 rps )3(3,94 ft )5

(32,2 ft / sec2 )(550lb . ft / sec

HP ) = 23,26 Hp

Efisiensi motor (η ) = 89 % (Vilbrandt, fig 4 – 10, pg 149)

BHP = 23,260,89

= 26,13 Hp

Dipakai motor standar NEMA = 30 Hp (Ludwig, volume 3, 1955, pg 331)

4. Clarifier (CL)Fungsi : Menggumpalkan dan mengendapkan flok – flok (gumpalan) yang bersifat koloid yang berasal dari bak flokulator (BU – 03)Jenis : Tangki silinder tegak dengan dasar kerucut tumpul yang dilengkapi dengan pengaduk.


kgjam


kg

m3


Q = 10.000

992,792= 10,07m3

jam

Volume dan ukuran tangkiWaktu pengendapan flok – flok pada clarifier = 2 – 8 jam (Powell, pg 47)Dirancang waktu pengendapan flok – flok = 3 jam

Volume air = 10,07m3

jam x 3 jam= 30,21 m3

Dirancang :H = 2.D1

h = 1

3 .H = 2

3 .D1

D2 = 1

3 .D1

Dimana,H = tinggi silinder tegakh = tinggi kerucut (dasar)D1 = diameter silinder tegakD2 = diameter bawah kerucut

Dirancang over design = 10 %V tangki = 1,1 x 30,21 m3= 33,23 m3

Vt =

14

.π .D12 .H+[ 1

4. π .D

12−

14

.π .D22

2.h]

=

14

.π .D12 . 2D1+[ 1

4. π .D

12−

14

.π .19

.D12

2.23

.D1]=

12

.π .D13+[ 1

12. π .D

13−

1108

. π .D1

3]= D

13 .[ π2 + π

12− π

108 ]= D1

3 . 1,80333,23 m3 = D1

3 . 1,803D1 = 2,8 m

D2 = 1

3 .D1 = 1

3 x 2,8 m = 0,9 mH = 2.D1 = 2 x 2,3 m = 5,6 m

h = 1

3 .H = 1

3 x 5,6 m = 1,8 mTinggi clarifier total = H + h = 5,6 m + 1,8 m = 7,4 mDiameter pengaduk = 0,7 – 0,8 diameter clarifierDipilih Di = 0,8 . D1

= 0,8 x2,8m= 2,24 m

= 2,24 m x

1 ft0 ,3048m= 7,34 ft

ρ air = 61,98

lbft 3

μ air = 0,85 cp = 0,85 cp x

2 ,42lbjam . ft

cpx

1 jam3600 det ik = 0,0005

lbft . sec

Dari Powell, 1954, pg 46, kecepatan aliran didalam tangki tidak boleh lebih dari 1,2 ft

sec

Dipilih kecepatan aliran = 1,2 ft

sec

Kecepatan putaran

V = π .D1 .N

N =

Vπ .D1 =

1,2ftsec

3,14.2,8 ft= 0,13 rps

= 0,11 rps x 60 sec

menit = 6,6 rpmBilangan Reynold (Re)

Re =

ρ .N .Di2

μ

= (61,98lb

ft3 ) x (0,13 rps)x (2,8 ft)2

0,00057 lb / ft . sec= 110824,5895

Dari fig 477, Brown, diperoleh Np = 7Power motor (Po)

Dihitung dengan persamaan 461, pg 506, Brown :

Po =

Np . ρ .N3 .Di5

gc .550

lb . ftsec

Hp

= (7) (61,98 lb / ft3 )(0,13rps )3(2,8 ft )5

(32,2 ft / sec2 )(550lb . ft / sec

HP ) = 9,2629.10-3 Hp

Dari fig 4 – 10, Vilbrandt, pg 149, diperoleh efisiensi motor = 80 %

BHP =9,2629.10−3 Hp0,8

= 11,578.10-3 Hp

Dari Ludwig, volume 3, 1965, pg 331 dipakai motor standar NEMA 0,5 Hp

5. Saringan pasir (SP)Fungsi : Menyaring flok – flok dan partikel – partikel halus yang tidak terendapkan pada clarifier (CL)Jenis : Bak beton 4 persegi panjang Jumlah : 2 buah


kgjam


kg

m3


Q = 10.000

992,792= 10,07m3

jam

= 10,07m3

jam x 1 jam

60menit x

264 ,17 gallon

m3

= 44,37gallon

menit

= 44,37gallon

menit x 60 menit

jamx

1 ft 3

7 , 48gallon

= 355,9

ft3

jamLuas penampang saringan pasir

Dari Powell, pg 55, untuk saringan pasir : kecepatan penyaringan

= 15 – 30

gpmft 2

Dirancang kecepatan penyaringan = 25

gpmft 2

Maka,

A =

kecepatan volumetrik airkecepatan penyaringan =

44,3725 = 1,77 ft2

Dimensi saringan pasirDirancang perbandingan panjang dan lebar saringan pasir sama dengan panjang dan lebar bak pengendap.Maka,Perbandingan panjang dan lebar bak, P : L = 1 - 2,5 (Powell, pg 48) Dirancang P : L = 2A saringan = P x L

1,77 ft2 = 2L x LL = 0,92 ftP = 2.L = 2 x 0,92 ft = 1,84 ft

Tebal saringan pasirDari Powell, pg 59 : Tebal tumpukan kerikil (gravel) = 8 – 20 in (0,67 – 1,67 ft)

Tebal tumpukan pasir = 18 – 30 in (1,5 – 2,5 ft)Ukuran saringan pasir:

Panjang = 1,84 ftLebar = 0,92 ft

Dirancang :Tebal tumpukan pasir = 1,5 ftTebal tumpukan kerikil = 0,67 ftJumlah saringan pasir = 2 buah

Pencucian saringan pasirPencucian dilakukan jika kondisi resin sudah jenuh.Kecepatan pencucian saringan pasir, menurut Powell, pg 55 sebesar 15 – 30 gpm

ft 2

Dirancang kecepatan pencucian, v = 25

gpmft 2

Luas penampang saringan pasir = ft2

Dirancang waktu pencucian, Tp = 15 menitKebutuhan air pencuci = v . A. Tp

= 25

gpmft 2x 1,77 ft2 x 15 menit

= 663,7 gallon

= 663,7gallon x 3,7854 lgallon

= 2512,36 liter

6. Bak air bersih (BU – 04)Fungsi : Menampung air bersih dari saringan pasir (SP)Jenis : Bak beton 4 persegi panjang


kgjam


kg

m3


Q = 10.000

992,792= 10,07m3

jam

Volume bakWaktu tinggal air pada bak berkisar antara 4 – 24 jamDirancang waktu tinggal air pada bak (t) = 6 jam

Volume air = 10,07m3

jam x 6 jam = 60,32 m3

Dirancang over design = 10 %V bak = 1,1 x 60,32 m3= 66,35 m3

Ukuran bakPerbandingan panjang dan lebar bak, P : L = 1 -2 5 (Powell, pg 48)Dirancang P : L = 1Kedalaman bak, H = 10 – 20 ft

H = 10 ft x 1m


66,35 m3 = P2. 3,05mP = 4,7 mP = L = 4,7 m

7. Bak air rumah tangga dan perkantoran (BU – 05)Fungsi : Menampung air bersih untuk rumah tangga, sanitasi,laboratorium, dan perkantoran.Jenis : Bak beton 4 persegi panjang


kgjam


kg

m3


Q = 10.000

992,792= 10,07m3

jam

Volume bakWaktu tinggal air pada bak berkisar antara 4 – 24 jamDirancang waktu tinggal air pada bak (t) = 16 jam

V air = 10,07m3

jam x 16 jam = 161,12 m3

Dirancang over design = 10 %V bak = 1,1 x 161,12 m3= 177,23 m3

Ukuran bakPerbandingan panjang dan lebar bak, P : L = 1 -2 5 (Powell, pg 48)Dirancang P : L = 1Kedalaman bak, H = 10 – 20 ft

H = 10 ft x 1m

3 ,2808 ft

= 3,05mVolume bak = P x L x H

177,23 m3 = P2.H177,23 m3 = P2 . 3,05m

P = 7,6 mP = L = 7,6 m

8. Kation exchanger (TKE)Fungsi : Menghilangkan kesadahan air yang disebabkan oleh ion – ion

kation (Ca2+, Mg2+, Na2+) dari garam – garam yang terlarut dalam air dengan bantuan resin.Jenis : Tangki silinder tegak yang didalamnya berisi resin sebagai ion

exchanger.Jenis resin yang digunakan = Greensand Zeolit (Na2Z)

Banyaknya air yang dilunakkan = 10.000

kgjam


kg

m3


Q =

10 . 000kg

jam

992,792kgm3

= 10,07m3

jam

= 10,07m3

jam x 264,17 gallon

l x 1 jam

60menit

= 44,35 gpmAsumsi : Kondisi air sama dengan kondisi air pada tabel 2, Powell, 1954, pg 161 (Missisipi River Water)

Kadar ion yang akan diserap = 242mg

l

Kadar ion yang tidak terserap = 193mg

l

Kation yang dapat dihilangkan

= (242 – 193) mg

l x

1grain64 ,84mg x

3 ,7854 lgallon

= 2,86

graingallon

Masa aktif resin yang digunakan = 24 jamVolume air yang dapat dilunakkan

= 152,6 gpm x 60 menit

jam x 24 jam = 219.744 gallonTotal kation yang dapat dihilangkan

= 219.744 gallon x 2,86

graingallon= 624.467,84 grain

Dari tabel 5, Powell diperoleh spesifikasi resin yang digunakan :Nama resin = Natural Greensand Zeolite (Sodium Alumino Silicate)

Flow rate = 3 – 4

gpmft 2

Dipilh flow rate = 3

gpmft 2

pH = 6,8 – 8

kapasitas penyerapan = 2,8

kgrft 3 (Powell, pg 170)

= 2,8

kgrft 3 x 1000

grainkgr= 2.800

grainft 3

Volume resin yang dibutuhkan

Volume resin =

TotalkationyangdapatdihilangkanKapasitaspenyerapan

=

624 . 467,84 grain

2800grain

ft 3 = 224,4528 ft3

Luas penampang tumpukan resin (A)

A =

102,85 gpm

3gpm

ft2 = 34,283 ft2

Dimensi tangki

A =

π4

.D2

D = [ 4 . Aπ ]

12

= [ 4 .(34 ,283 ft 2 )

π ]1

2

= 6,61 ft

= 6,61 ft x 12 inft = 79,32 in

Tinggi tangki

Tinggi bed resin (Ht) =

Volume ResinLuas Penampang

=

224,4528 ft 3

34 ,283 ft2 = 6,54 ftDirancang : ukuran bed resin (atas + bawah) = 2 ft (Powell, pg 156)Jadi,Tinggi tangki = tinggi bed resin + ukuran bed resin (atas + bawah)

= 6,54 ft + 2 ft= 8,541 ft

Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254,Brownell

ts =

P .rif .E−0,6 . P

+c

Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x P operasi

= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi

atm

= 17,64 psi

ri = jari – jari tangki = D

2 = 79,32 in

2 = 39,66 inf = max allowable stress = 16.250 psi (SA 212, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,

ts =

(17 ,64 psi). (39 ,66 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)

+0 ,125 in

= 0,18 inDari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :

Tebal shell standar = 3

16 inOD = ID + 2. ts standar

= 79,32 in + 2 . 3

16 in= 79,695 in

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 84 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar

= 84 in – 2 . 3

16 in= 83,625 in

Tebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13 – 12, pg 258, Brownell :

th =

0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P

+c

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 5,125 in r = 84 in

Maka,

th =

0 ,885 .(17 ,64 psi) .(84 in)(16 . 250 psi .0 ,80 )−(0,1.17 ,64 psi)

+0 ,125in

= 0,23 in

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar = 1

4 in

9. Anion exchanger (TAE)Fungsi : Menghilangkan kesadahan air yang disebabkan oleh ion – ion

anion (SO42-, CO3

2-) dan garam – garam yang terlarut dalam air dengan bantuan resin

Jenis : Tangki silinder tegak yang didalamnya berisi resin sebagai ion exchanger.

Jenis resin yang digunakan = Duolite A – 2 ( R – NH3OH)

Banyaknya air yang dilunakkan = 10.000

kgjam


kg

m3


Q =

10 .000kg

jam

992,792kgm3

= 10.07 m3

jam

= 10,07 m3

jam x 264,17 gallon

l x 1 jam

60menit

= 44.35 gpmAsumsi : Kondisi air sama dengan kondisi air pada tabel 2, Powell, 1954, pg 161 (Missisipi River Water)

Kadar ion yang akan diserap = 242mg

l

Kadar ion yang tidak terserap = 193mg

l

Kation yang dapat dihilangkan

= (242 – 193) mg

l x

1grain64 ,84mg x

3 ,7854 lgallon

= 2,86

graingallon

Masa aktif resin yang digunakan = 24 jam

Volume air yang dapat dilunakkan

= 102,85gpm x 60 menit

jam x 24 jam= 148.104 gallon

Total anion yang dapat dihilangkan

= 148.104 gallon x 2,86

graingallon

= 423.577,44 grainDari tabel 6, Powell diperoleh spesifikasi resin yang digunakan :

Nama resin : Duolite A – 2 (Phenolic)

Flow rate = 5 – 7,5

gpmft 2

Dipilih flow rate = 5

gpmft 2

Kapasitas penyerapan = 25

kgrft 3 (Powell, pg 170)

= 25

kgrft 3 x 1000

grainkgr= 25.000

grainft 3

Volume resin yang dibutuhkan =

TotalkationyangdapatdihilangkanKapasitaspenyerapan

=

628 . 467,84 grain

25000grain

ft 3 = 25,1387 ft3

Luas penampang tumpukan resin (A)

A =

102,85 gpm

5gpm

ft2 = 20,57 ft2

Dimensi tangki

D = [ 4 . Aπ ]

12

= [ 4 .(20,57 ft 2 )

π ]1

2

= 5,8 ft

= 5,8 ft x 12 inft

= 69,6 inTinggi tangki

Tinggi bed resin =

25,1387 ft 3

20 ,57 ft 2 = 1,22 ftDirancang : jarak bed resin (atas + bawah) = 4 ft (Powell, pg 156)Jadi, Tinggi tangki = tinggi tumpukan resin + jarak bed resin (atas + bawah)

= 1,22 ft + 4 ft= 5,22 ft

Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254, Brownell :

ts =

P .rif .E−0,6 . P

+c

Dimana :P = tekanan perancangan = 1,2 x p operasi

= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi

atm = 17,64 psi


2 = 69 ,6

in2 = 34,8 in

f = max allowable stress = 16.250 psi (SA 212, Grade A, Carbon steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,

ts =

(17 ,64 psi ).(34 ,8in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)

+0 ,125 in= 0,172 in

Dari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :


16 in

OD = ID + 2. ts standar

= 69,6 in + 2 . 3

16 in= 70.6 in

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 60 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar

= 60 in – 2 . 3

16 in= 59,625 in


th =

0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P

+c

Dari tabel 5.7, pg 90, brownell diperoleh :icr = 3,625 in r = 60 in

Maka,

th =

( 0 ,885 ) .(17 ,64 psi ).(60 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )

+0 ,125 in= 0,197 in

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar =1

4 in

10. Tangki penampung tawas (TU – 01)Fungsi : Menampung larutan tawas 5 % berat untuk dialirkan ke dalam bak flokulator (BU – 03)Jenis : Tangki silinder vertikal Banyaknya larutan tawas yang ditampung :Dirancang waktu penampungan tawas = 24 jamBanyaknya larutan tawas yang ditambahkan = 5 % dari air yang dijernihkan

Jumlah air jernih masuk bak flokulator = 10.000

kgjam

Jumlah tawas yang ditambahkan = 5 % x10.000

kgjam

= 500

kgjam

Banyaknya larutan tawas = 500

kgjamx 24 jam= 12000 kg

Volume tangki

Densitas tawas = 1.169,2

kg

m3

Volume larutan =

12000 kg

1169 ,2kgm3

= 10,26 m3

Dirancang over design = 10 %V tangki = 1,1 x 10,26 m3 = 11,28 m3

Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical disheadTinggi dan diameter shell

Vt = Vs + 2 .Vh

Vs =

π4

.D2 .H= π4

.D2 .32D=3. π

8.D3

Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3)Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :

Vh = 0,084672.D3 Sehingga :

Vt = Vs + 2 .Vh

= [ 3 .π

8+(2x 0 ,084672)] .D3

D = [ Vt1 ,346844 ]

13

= [11,28 m3

1 ,346844 ]1

3

= 2,030 m

= 2,030 m x 1 in

0 ,0254m= 79,92 in

H =

32 .D =

32 x 79,92 in= 119,9 in

= 119,9 in x 0,0254 min= 3,045 m


ts =

P .rif .E−0,6 . P

+c


= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi

atm = 17,64 psi


2 =

79,92 in2 = 39,96 in


ts =

(17 ,64 psi ).(39 ,96 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)

+0 ,125 in= 0,180 in



4 in


= 79,92 in + 2 . 1

4 in= 80.42 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 180 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar

= 180 in – 2 . 1

4 in = 179,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13 – 12, pg 258, Brownell :

th =

0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P

+c

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 11 in r = 170 inMaka,

th =

(0 ,885 ) .(17 ,64 psi ).(170 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )

+0 ,125 in= 0,329 in


8 in

11. Tangki penampung larutan kapur (TU – 02)Fungsi : Menampung larutan kapur untuk dialirjan ke dalam bak flokulator

(BU – 03), yang berfungsi untuk menghilangkan kesadahan dalam air dan membuat suasana basa sehinga mempermudah penggumpalan.

Jenis : Tangki silinder verticalDirancang waktu penampungan larutan kapur = 24 jamBanyaknya larutan kapur yang ditambahkan = 5 % dari air yang dijernihkan

Jumlah air yang diberi larutan kapur = 84.466,9846

kgjam

Jumlah larutan kapur yang ditambahkan = 5 % x 84.466,9846

kgjam

= 4.223,3492

kgjam

Banyaknya larutan kapur yang ditampung = 4.223,3492

kgjamx24 jam

= 101.360,3808 kgVolume tangki

Densitas larutan kapur = 1.002

kg

m3

Volume larutan =

101 .360,3808 kg

1002kgm3

= 101,158 m3


Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical DisheadTinggi dan diameter shell

Vt = Vs + 2 .Vh

Vs =

π4

.D2 .H= π4

.D2 .32D=3. π

8.D3


Vh = 0,084672.D3Sehingga :Vt = Vs + 2 .Vh

= [ 3 .π

8+(2x 0 ,084672)] .D3

D = [ Vt1 ,346844 ]

13

= [121,3896 m3

1 ,346844 ]1

3

= 4,48 m

= 4,48 m x 1 in

0 ,0254m

= 176,38 in

H = 3

2 .D = 3

2 . 176,38 in= 264,57 in

= 264,57in x 0,0254 min= 6,72 m


ts =

P .rif .E−0,6 . P

+c


= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi

atm = 17,64 psi


2 =

176,38 in2 = 88,19 in


ts =

(17 ,64 psi ).(88,19 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)

+0 ,125 in= 0,245 in



4 in


= 176,38in + 2 . 1

4 in = 176,88 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 180 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar

= 180 in – 2 . 1

4 in= 179,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13 – 12, pg 258, Brownell :

Th =

0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P

+c

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 11 in r = 170 inMaka,

th =

(0 ,885 ) .(17 ,64 psi ).(170 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )

+0 ,125 in= 0,329 in


8 in

12. Tangki penampung kaporit (TU – 03)Fungsi : Menampung larutan kaporit untuk dialirkan ke dalam bak air rumah tangga dan perkantoran (BU – 05)Jenis : Tangki silinder vertikalDirancang: waktu penampungan larutan kaporit = 7 hariBanyaknya larutan kaporit yang ditambahkan = 1 % dari jumlah air yang akan diberi disinfektan

Jumlah air yang diberi larutan kaporit = 3.899,61

kgjam

Jumlah larutan kaporit yang ditambahkan = 1 % x 3.899,61

kgjam

= 38,9961

kgjam

Banyaknya larutan kaporit yang ditampung

= 38,9961

kgjam x 7 hari x 24

jamhari= 6.551,3448 kg

Volume tangki

Densitas kaporit = 998,7

kg

m3

Volume larutan =

6 .551,3448 kg

998 ,7kgm3

= 6,5598 m3

Dirancang over design = 20 %V tangki = 1,2 x 6,5598 m3= 7,87176 m3

Dimensi tangki

Dirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical DisheadTinggi dan diameter shell

Vt = Vs + 2 .Vh

Vs =

π4

.D2 .H= π4

.D2 .32D=3. π

8.D3


Vh = 0,084672.D3 Sehingga :

Vt = Vs + 2 .Vh

= [ 3 .π

8+(2x 0 ,084672)] .D3

D = [ Vt1 ,346844 ]

13

= [7,87176 m3

1 ,346844 ]1

3

= 1,8 m

= 1,8 m x 1 in

0 ,0254m

= 70,866 in

H = 3

2 .D = 3

2 . 70,866 in= 106,299 in

= 106,299 in x 0,0254 min= 2,7 m

Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1,pg254,Brownell :

ts =

P .rif .E−0,6 . P

+c


= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi

atm = 17,64 psi


2 =

70,866 in2 = 35,433 in


ts =

(17 ,64 psi) .(35,433 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)

+0 ,125 in= 0,173 in

Dari appendix f, item 2, pg 350, Brownell, maka dipakai :



= 70,866 in + 2 . 1

4 in = 71,366 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 72 in

ID koreksi = OD standar – 2 . ts standar

= 72 in – 2 . 1

4 in = 71,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13 – 12, pg 258, Brownell :

th =

0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P

+c

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :

icr = 43

8 in r = 72 inMaka,

th =

(0 ,885 ) .(17 ,64 psi ).(72 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 . 64 psi)

+0 ,125in= 0,211 in


4 in

13. Tangki penampung larutan NaOH (TU – 04)Fungsi : Menampung larutan NaOH 5 %berat untuk dialirkan ke dalam

tangki anion exchanger (TAE)Jenis : Tangki silinder vertikalVolume resin yang akan diregenerasi = 25,1387 ft3

Kebutuhan NaOH = 3,2

lbft 3 (Powell, tabel 5, pg 172)

NaOH yang dibutuhkan untuk regenerasi = 3,2

lbft 3x 25,1387 ft3

= 80,444 lbhari

Konsentrasi NaOH yang digunakan 5 % berat, maka banyaknya larutan NaOH yang dibutuhkan (M) :

M =

80,444 lbhari

0 ,05 = 1.608,877 lbhari

Dirancang waktu penampungan larutan NaOH = 30 hari

Banyaknya larutan NaOH = 1.608,877 lbhari x 30 hari = 48.266,33 lb

= 48.266,33 lb x 0,4536 kglb= 21.893,6 kg

Volume tangki

Densitas NaOH = 1.035

kg

m3

Volume larutan =

21 .893,6 kg

1035kgm3

= 21,1453 m3


Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2Head = Torispherical Dishead

Tinggi dan diameter shellVt = Vs + 2 .Vh

Vs =

π4

.D2 .H= π4

.D2 .32D=3. π

8.D3


Vh = 0,084672.D3

Sehingga :Vt = Vs + 2 .Vh

= [ 3 .π

8+(2x 0 ,084672)] .D3

D = [ Vt1 ,346844 ]

13

= [25,384 m3

1 ,346844 ]1

3

= 2,66 m

= 2,66 m x 1 in

0 ,0254m= 104,7244 in

H = 3

2 .D = 3

2 . 104,7244 in= 157,086 in

= 157,086in x 0,0254 min= 3,99 m

Tebal dinding shellTebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1,pg 254,Brownell

ts =

P .rif .E−0,6 . P

+c


= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi

atm = 17,64 psi


2 = 104,7244 in

2 = 52,3622 inf =max allowable stress=18.750 psi (SA 167,Grade 11,Steinless Steel)e = efisiensi sambungan = 80 % (tabel, 13 – 2, pg 254, Brownell)c = faktor korosi = 0,125 inMaka,

ts =

(17 ,64 psi) .(52,3622 in)(18750 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)

+0 ,125 in= 0,1866 in




= 104,7244in + 2 .3


= 108 in – 2 .3

16 in = 107,625 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13–12, pg 258,Brownell

th =

0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P

+c

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 6,5 in r = 103 inMaka,

th =

(0 ,885) .(17 ,64 psi ).(102 in )(18750 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )

+0 ,125 in= 0,231 in

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar=1

4 in

14. Tangki penampung larutan NaCl (TU – 05)Fungsi : Menampung larutan NaCl 5 % berat untuk dialirkan ke dalam tangki kation exchanger (TKE)Jenis : Tangki silinder vertikalKebutuhan NaCl

Volume resin yang akan diregenerasi = 224,4528 ft3

Kebutuhan NaCl = 3,2

lbft 3 (Powell, tabel 5)

NaCl yang dibutuhkan untuk regenerasi = 3,2

lbft 3 x 224,4528 ft3

= 718,2489lbhari

Konsentrasi NaCl yang diperlukan 5 % berat, maka banyaknya larutan NaCl (M) :

M =

718,2489lbhari

0 ,05 = 14.364,978lbhari

Dirancang waktu penampungan larutan NaCl = 15 hariBanyaknya larutan NaCl yang ditampung

= 14.364,978lbhari x 15 hari = 215.474,67 lb

= 215.474,67 lb x 0,4536 kglb= 97.739,31 kg

Volume tangki

Densitas larutan NaCl = 2.165

kg

m3

Volume larutan =

97 . 739,31 kg

2165kgm3

= 45,145 m3

Dirancang over design = 20 %V tangki = 1,2 x 45,145m3 = 54,174 m3

Dimensi tangkiDirancang :Ratio tinggi : diameter = 3 : 2

Head = Torispherical DisheadTinggi dan diameter shell

Vt = Vs + 2 .Vh

Vs =

π4

.D2 .H= π4

.D2 .32D=3. π

8.D3

Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3) Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :

Vh = 0,084672.D3


= [ 3 .π

8+(2x 0 ,084672)] .D3

D = [ Vt1 ,346844 ]

13

= [54,174 m3

1 ,346844 ]1

3

= 3,43 m

= 3,43 m x 1 in

0 ,0254m= 135,04 in

H = 3

2 .D = 3

2 . 135,04 in= 202,56 in

= 202,56in x 0,0254 min= 5,145 m


ts =

P .rif .E−0,6 . P

+c


= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi

atm= 17,64 psi


2 = 135,04 in


ts =

(17 ,64 psi) .(67,52 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)

+0 ,125 in= 0,217 in



4 in


= 135,04in + 2 . 1


= 138 in – 2 . 1

4 in= 137,5 in


th =

0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P

+c


th =

(0 ,885) .(17 ,64 psi ).(132 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )

+0 ,125 in

= 0,283 in


16 in

15. Tangki air pendingin (TU - 06)Fungsi : Menampung air pendingin untuk dialirkan ke cooling tower (CT)Jenis : Tangki silinder verticalDirancang : waktu penampungan air = 1 jam

Banyaknya air yang ditampung = 57.371,5528

kgjam


kg

m3

Kecepatan volumetric air (Q)

Q =

57 .371,5528 kg

jam

992,792kgm3

= 57,788m3

jam

Volume tangkiBanyaknya air yang ditampung selama 1 jam (M) :

M = 57,788m3

jam x 1jam = 57,788 m3




Vs =

π4

.D2 .H= π4

.D2 .32D=3. π

8.D3

Vh = 4,9 .10-5 . D3 (ft3) Jika Vh dan D dinyatakan dalam meter (m), maka :

Vh = 0,084672.D3


= [ 3 .π

8+(2x 0 ,084672)] .D3

D = [ Vt1 ,346844 ]

13

= [69,3456 m3

1 ,346844 ]1

3

= 3,72 m

= 3,72 m x 1 in

0 ,0254m= 146,457 in

H = 3

2 .D = 3

2 . 146,457 in= 219,6855 in

= 219,6855in x 0,0254 min= 5,58 m


Ts =

P .rif .E−0,6 . P

+c


= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi

atm= 17,64 psi


2 = 146,457 in


ts =

(17 ,64 psi) .(73,2285 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)

+0 ,125 in= 0,224 in




= 146,457in + 2 . 1


= 156 in – 2 .1

4 in = 155,5 in

Tebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13–12, pg 258, Brownell

th =

0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P

+c


th =

(0 ,885 ).(17 ,64 psi ).(144 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )

+0 ,125 in= 0,298 in

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai tebal head standar= 5

16 in

16. Tangki air umpan boiler (TU – 07)Fungsi : Menampung air umpan boiler untuk dialirkan ke dalam tangki

deaerator (TDA) dan air proses.Jenis : Tangki silinder verticalVolume tangkiDirancang : waktu penampungan air = 1 jam


kgjam


kg

m3

Kecepatan volumetric air (Q)

Q =

23 .195,8218kgjam

992,792kgm3

= 23,364 m3

jam

Banyaknya air yang ditampung selama 1 jam (M) :

M = 23,364m3

jam x 1jam = 23,364 m3




Vs =

π4

.D2 .H= π4

.D2 .32D=3. π

8.D3


Vh = 0,084672.D3


= [ 3 .π

8+(2x 0 ,084672)] .D3

D = [ Vt1 ,346844 ]

13

= [28,0368 m3

1 ,346844 ]1

3

= 2,75 m

= 2,75 m x 1 in

0 ,0254m= 108,267 in

H = 3

2 .D = 3

2 . 108,267 in= 162,4 in

= 162,4in x 0,0254 min = 4,1 m

Tebal dinding shell

Tebal dinding shell dihitung dengan persamaan 13.1, pg 254,Brownell

ts =

P .rif .E−0,6 . P

+c


= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi

atm= 17,64 psi


2 = 108,267 in


ts =

(17 ,64 psi) .(54,1335 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)

+0 ,125 in= 0,198 in




= 108,267 in + 2 .1

4 in = 108,767 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 114 inID koreksi= OD standar – 2 . ts standar

= 114 in – 2 . 1

4 in = 113,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 1 –12, pg 258, Brownell

th =

0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P

+c


th =

(0 ,885 ) .(17 ,64 psi ).(108 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )

+0 ,125 in= 0,255 in


16 in

17. Tangki kondensat (TU – 08)Fungsi : Menampung sementara kondensat dari alat – alat penukar panas pada area prosesJenis : Tangki silinder vertikalVolume tangkiDirancang waktu penampungan kondensat = 1 jam

Banyaknya kondensat yang ditampung = 18.460,601

kgjam


kg

m3


Q =

18 . 460,601kg

jam

992,792kgm3

= 18,5946m3

jam

Banyaknya air yang ditampung selama 1 jam (M) :

M = 18,5946m3

jam x 1jam = 18,5946 m3




Vs =

π4

.D2 .H= π4

.D2 .32D=3. π

8.D3


Vh = 0,084672.D3


= [ 3 .π

8+(2x 0 ,084672)] .D3

D = [ Vt1 ,346844 ]

13

= [22,3135 m3

1 ,346844 ]1

3

= 2,55 m

= 2,55 m x 1 in

0 ,0254m= 100,39 in

H = 3

2 .D = 3

2 . 100,39 in= 150,585 in

= 150,585in x 0,0254 min= 3,82 m


ts =

P .rif .E−0,6 . P

+c


= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi

atm= 17,64 psi


2 = 100,39 in


ts =

(17 ,64 psi) .(50 ,195 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)

+0 ,125 in= 0,193 in




= 100,39 in + 2 . 1

4 in = 100,89 inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 102inID koreksi= OD standar – 2 . ts standar

= 102 in – 2 .1

4 in = 101,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13–12, pg 258,Brownell

th =

0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P

+c


th =

(0 ,885 ) .(17 ,64 psi ).(108 in )(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )

+0 ,125 in= 0,255 in


16 in

18. Tangki deaerator (TDA)Fungsi : Menghilangkan gas – gas yang terdapat didalam air dengan

menggunakan steam dan Na2HPO4.2H2OJenis : Tangki silinder horizontal


kgjam


kg

m3


Q =

18 .460,601kg

jam

992,792kgm3

= 18,5946m3

jam

Larutan Na2HPO4.2H2O yang ditambahkan = 1 kgtonAir (Powell, 1954)

Banyaknya Larutan Na2HPO4.2H2O yang ditambahkan =

= 1 kgtonAir x 18.460,601

kgjam x 1

ton1000kg=18,46

kgjam

Dirancang waktu tinggal air didalam tangki = 1 jamBanyaknya air yang disimpan dalam tangki selama 1 jam

= 18,5946m3

jam x 1 jam = 18,5946 m3



Tinggi dan diameter shellVt = vs + 2 .vh

Vs =

π4

.D2 .H= π4

.D2 .32D=3. π

8.D3


Vh = 0,084672.D3


= [ 3 .π

8+(2x 0 ,084672)] .D3

D = [ Vt1 ,346844 ]

13

= [22,3135 m3

1 ,346844 ]1

3

= 2,55 m

= 2,55m x 1 in

0 ,0254m= 100,39 in

H = 3

2 .D = 3

2 . 100,39 in= 150,585 in

= 150,585 in x 0,0254 min= 3,825 m


ts =

P .rif .E−0,6 . P

+c


= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi

atm= 17,64 psi


2 = 100,39 in


ts =

(17 ,64 psi) .(50 ,195 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)

+0 ,125 in= 0,193 in



4 in


= 100,39in + 2 . 1


= 102 in – 2 . 1

4 in = 101,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13–12, pg 258, Brownell

th =

0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P

+c

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :icr = 6,125in r = 96 inMaka,

th =

(0 ,885 ).(17 ,64 psi ).(96 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )

+0 ,125 in= 0,24in


4 in

19. Tangki penampung larutan Na2HPO4.2H2O (TU – 09)Fungsi : Menampung larutan Na2HPO4.2H2O yang berfungsi mencegah

kerak dalam boiler (BL)Jenis : Tangki silinder tegak

Volume tangki

Banyaknya Na2HPO4.2H2O yang ditampung = 18,46

kgjam

Densitas Na2HPO4.2H2O = 995,647

kg

m3

Dirancang waktu penampungan = 30 hari

Volume larutan =

18,46kg

jam

995 ,647kgm3

= 0,0185 m3

jam

Banyaknya larutan yang ditampung (M) :

M = 0,0185 m3

jam x 30 hari x 24 jam

hari= 13,32 m3




Vs =

π4

.D2 .H= π4

.D2 .32D=3. π

8.D3


Vh = 0,084672.D3


= [ 3 .π

8+(2x 0 ,084672)] .D3

D = [ Vt1 ,346844 ]

13

= [15,984 m3

1 ,346844 ]1

3

= 2,42 m

= 2,42 m x 1 in

0 ,0254m= 95,276 in

H = 3

2 .D = 3

2 . 95,276 in= 142,914 in

= 142,914 in x 0,0254 min= 3,63 m


ts =

P .rif .E−0,6 . P

+c


= 1,2 x 1 atm x 14,7 psi

atm= 17,64 psi


2 = 95,276 in


ts =

(17 ,64 psi ).( 47,638 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,6 . 17 ,64 psi)

+0 ,125 in

= 0,189 inDari appendix f, item 2, pg 350, Brownell maka dipakai :



= 95,276in + 2 . 1

4 in = 95,776inDari tabel 5.7, pg 90, Brownell dipakai OD standar = 96 inID koreksi = OD standar – 2 . ts standar

= 96 in – 2 . 1

4 in = 95,5 inTebal headTebal head dapat dihitung dengan persamaan 13–12, pg 258, Brownell

th =

0 ,885 .P . rif .E−0,1 .P

+c

Dari tabel 5.7, pg 90, Brownell diperoleh :

icr = 5,875 in r = 96 inMaka,

th =

(0 ,885 ).(17 ,64 psi ).(96 in)(16250 psi . 0 ,80)−(0,1 .17 ,64 psi )

+0 ,125 in= 0,24 in


4 in

20. Boiler (BL)

Fungsi : memproduksi steam jenuh sebanyak 18.460,601

kgjam

Dirancang efisiensi boiler = 80 %Jumlah air masuk boiler (M)

M =

jumlah Steamη =

18 . 460,601kg

jam80 % = 23.075,7512

kgjam

= 23.075,7512

kgjam x

1 lb0 , 4536kg x

1 lbmol18 lb

= 2.826,248 lbmol

jam


kg

m3

Volume air =

23 .075,7512 kgjam

992 ,792kgm3

= 23,243m3

jam

Spesifikasi steam :Ts = 257ºF = 125ºC

ΔHfg = 827,354 Btu

lb

P = 2,29 atm = 33,663 psiMenghitung kebutuhan pemanas

Suhu air masuk = 90ºC = 194ºF

Kapasitas panas air = 1 Btu

lb . ° F

Beban panas boiler (Qb)Qb = Ma.Cpa.(Ts – Ta) + 0,80 .Ma.ΔHfg

= 23.075,7512

kgjam x

1 lb0 , 4536kg x 1

Btulb . ° F x (257 – 194) ºF + 0,80.

23.075,7512

kgjam x

1 lb0 , 4536kg x 827,354

Btulb

= 36.876.596,94Btu

jam

Jenis bahan bakar yang digunakan adalah berupa bahan bakar cair. Kriteria bahan bakar cair didapat dari (Petroleum Refinery, Eng, Nelson, 1985, pg 416). Dipilih jenisminyak bakar : Residual Fuel Oil

NHV = 17.351Btu

lb

Komposisi minyak :

C = 87,50 %H2 = 10,17 %S = 1,14 %Abu = 1,14 %Air = 0,05 %Total = 1

Kebutuhan kelebihan udara =25–35%(tabel 14–6,Nelson,1985,pg 420)Dirancang :Kebutuhan kelebihan udara = 25 %Efisiensi pembakaran = 80 %Maka,

Kebutuhan bahan bakar =

Beban panas boilerEfisiensi pembakaran x NHV

=

36 . 876 .596,94 Btu

jam

80 %×17 . 351 Btu

lb

= 2.656,66 lbjam

= 2.656,66 lbjam x 0,4536

kglb

= 1.205,06

kgjam

Kebutuhan udaraReaksi yang terjadi :1. C + O2 CO2

2. H2 +1

2O2 H2O3. S +O2 SO2

Kebutuhan O2 stoichiometri :C = 87,5 % x kebutuhan bahan bakar x koefisien O2 pada reaksi : BM C

= 87,5 % x 2.656,66 lbjam x 1 x

112 = 193,71

lbjam

H2 = 10,17 % x kebutuhan bahan bakar x koefisien O2 pada reaksi : BM H2

= 10,17 % x 2.656,66 lbjam x

12 x

12 = 67,55

lbjam

S = 1,14 % x kebutuhan bahan bakar x koefisien O2 pada reaksi : BM S

= 1,14 % x 2.656,66 lbjam x 1 x

132 = 0,946

lbjam

Kebutuhan O2 = C + H2 + S

= (193,71 + 67,55 + 0,946)lbjam= 262,206

lbjam

Menentukan BM udaraUdara terdiri dari :

O2 = 21 % berat N2 = 79 % berat

Maka, BM udara = 21 % . 32 + 79 % . 28 = 28,84

Excess O2= 125 % x kebutuhan O2

= 125 % x 322,644 lbjam= 403,305

lbjam

Kebutuhan udara pada boiler =

10021 x kebutuhan kelebihan udara

=

10021 x 262,206

lbjam= 1.248,6

lbjam

= 1.248,6lbjam x 0,4536

kglb= 566,365

kgjam

Blow down (B)Karena efisiensi boiler sebesar 80 %, maka jumlah blow down air boiler sebesar 20 %Blow down = 20 % x jumlah air masuk

= 20 % x 23.075,7512

kgjam= 4.615,15

kgjam

Pemilihan boilerJenis : Fire tube boilerMenurut Nelson, 1985, tabel 18 – 5, pg 608, harga heat flux untuk residual fuel oil

berkisar 8000 – 120000

Btujam . ft 2

Dipilih heat flux sebesar = 50.000

Btujam . ft 2

Luas transfer panas (A)

A =

QbHeatflux =

36 . 876 .596,94 Btu

jam

50000Btu

jam . ft 2 = 737,53 ft2

Dipilih spesifikasi pipa boiler :Nps = 1 inSch no.= 40ID = 1,049 inOD = 1,32 in

Ao = 0,344

ft2

ftL = 16 ft

Jumlah pipa (Nt)

Nt =

AAo . L =

737,53 ft 2

0 ,344ft 2

ft.16 ft

= 133,99 buahDari Kern, tabel 9, pg 842 diperoleh :

Jumlah tube standar = 138 buahSusunan pipa = Triangular PitchJarak antara pipa (pitch) = 1 in

Diameter shell boiler = 151

4 in

Fan udara pembakarFungsi : Mengalirkan udara ke furnace untuk proses pembakaran

Kapasitas = kebutuhan udara = 1.248,6lbjam

= 1.248,6lbjam x

1 lbmol28 ,84 lb= 43,294

lbmoljam

= 43,294 lbmol

jam x 0,4536 kgmol

lbmol x 1000

gmolkgmol

= 19.638,1584

gmoljam

Diperkirakan peningkatan tekanan udara dalam furnace = 0,3 psiMaka, Tekanan udara keluar furnace = 33,663 psi + 0,3 psi = 33,963psiKerja yang dilakukan fan (Wk)

Wk =

γγ−1

. R .T 1 .[( P2

P1)γ−1γ −1]

γ =

cpcv = 1,39

R = 1,987 kal

gmol .K

T1 = 30ºC = 303 K

Wk =

1 ,391,39−1 x 1,987

kalgmol .K x303Kx

[(33,963 psi33,663 psi )

1,39−11,39 −1]

= 5,348 kal

gmol

= 5,348 kal

gmol x

1,56 . 10−6Hp1kal = 8,34.10-6

Hpgmol

Tenaga yang dibutuhkan = Wk = kebutuhan udara

= 8,34.10-6

Hpgmol x 19.638,1584

gmoljam= 0,164 Hp

Dari Vilbrandt, fig 4 – 10 diperoleh Efisiensi motor = 80 %

BHP =

0,164Hp80 % = 0,205 Hp

Dari Ludwig, volume 3, dipakai motor standar NEMA = 0,5 Hp

21. Cooling tower (CT)Fungsi : Mendinginkan kembali air pendingin proses sampai suhu 30ºCJenis : Induced Draft Cooling TowerBanyaknya air pendingin yang masuk cooling tower (M)

M = 57.371,5528

kgjam x 1

jam3600 det ik = 15,9365

kgdet ik

Udara pendinginUdara pendingin masuk cooling tower pada suhu, T1 = 30ºC

Suhu wet bulb (suhu udara basah) = 75ºF = 25ºC (Kern, pg 594)Dari fig 7.5 a, Treyball, pg 232 diperoleh :

Relatif humidity, RH = 85 %

Absolut humidity, Y1’ = 0,016

kg H2O

kg udara kering

Entalphy udara masuk, H1* = 72 kJ

kg udara kering

Air pendinginAir pendingin masuk cooling tower pada suhu, t2 = 90ºCDan suhu keluar dirancang 5ºC diatas suhu wet bulb udara masuk, t1 = 30ºC (Treyball, pg 248)Dari Treyball, pg 251 diperoleh :

Kesadahan air make up = 500 ppmKesadahan air sirkulasi max = 2000 ppm

Dari Treyball, pg 259 diperoleh :

Kecepatan aliran massa air, L’ = 2,7

kg

m2 .sec

Dari Treyball, pg 261 diperoleh :

Kecepatan aliran massa udara, Gud = 2

kg

m2 .sec

Dirancang : Kecepatan aliran massa udara = 1,5 x Gs minP : L = 2 : 1

Densitas air pendingin = 1000

kg

m3

Kecepatan volumetrik air pendingin (Q)

Q =

57 .371,5528 kg

jam

1000kgm3

= 57,3715m3

jam

L’ = 2,7

kg

m2 .sec

=

2,7kgm2 . sec

x 3600sec

jam

1kgl = 9.720

lm2 . jam

=9.720

lm2 . jamx

1 jam60menit x

1gallon3 ,78 L x (0 ,3048

mft )

2

= 3,97

gallonft 2 .menit

=3,97

gallonft 2 .menit x

1m3

264 ,17 gallonx60menit

jamx

(1 ft 0 ,3048m)2

= 7,44

m3

m2 . jam

Luas penampang cooling tower (A)

A =

57,3715 m3

jam

7 ,44m3

m2 . jam = 7,71 m2

Dimensi cooling towerP = Tinggi cooling towerL = Lebar cooling towerA = P x L

7,71 m2 = P x 1

2PP = 3,927 m

L = 1

2P = 1,9635 mMenentukan tinggi kolom

Tabel hubungan tL dengan H*t1 = 30ºCt2 = 90ºCN = 12ΔH = 5

N tL, ºCH*,

kJkg H',

kJkg

1H∗−H '

0 30 100 72 0,03571 35 130 80 0,0202 40 167 100 0,01423 45 212 142 0,01424 50 273 202 0,01425 55 350 280 0,01426 60 502 383 0,00837 65 650 520 0,00768 70 810 660 0,00679 75 1100 860 0,004110 80 1502 1242 0,003811 85 2400 1948 0,002212 90 4000 3201 0,0012

Dari persamaan 7.54, Treyball, pg 247 :

KYa. ZGud

=∫H 1 '

H2 '

dHH∗−H '

Dimana,Kya = koefisien transfer massa fase gas = 2Z = tinggi kolomH* = dari suhu (tl) dipotongkan ke garis ’entalphy of saturated air’ (fig 7.5 a, Treyball)H’ = ditentukan dari grafik hubungan antara tL dengan H*

Dari grafik hubungan tL dengan H* diperoleh :

Slope garis operasi = tan α =

ab =

(4000−72 )(90−30 )

L' .cpGs ' = 65,47

65,47 kcal

kg .° C =

57 . 371,5528 kg

jam. 1kcal

kg . °CGs 'min

Gs’min = 876,303

kgjam

Gs operasi = Gs baru = 1,2 x 876,303

kgjam= 1.051,5636

kgjam

Slope garis operasi baruL ' .cpGs' baru

=H 2 '−H1 '

( t2−t1 )

57 .371,528kg

jam.1kcal

kg .° C

1 .051,5636kgjam

=H 2 '−72

kJkg

(90−30 )°C

H2’ – 72 = 3.273,5H2’ = 3.345,5

Dari persamaan 7.54, Treyball, pg 247 :

KYa. ZGud

=∫H 1 '

H2 '

dHH∗−H '

Z =

GudKYa

∫H1 '

H2 '

dHH∗−H '

Persamaan tersebut dapat diselesaikan dengan Simpson’s Rule

∫H1 '

H2 '

dHH∗−H '

=

53 {0,00357 + (4 x 0,020) + (2 x 0,0142) + (4 x 0,0142) + (2 x

0,0142) + (4 x 0,0142) + (2 x 0,0083) + (4 x 0,0076) + (2 x 0,0067) + (4 x 0,0041) + (2 x 0,0038) + (4 x 0,0022) + 0,0012}

=

53 x 0,3805= 0,634

Maka,

Z =

20,9 x 0,634= 1,408 m

Menentukan kebutuhan air make upUntuk make up dan blow down secara kontinu (Treyball, pg 251)

M = B + E + W …………..(1)Neraca kesadahan air

M.Xm = (B + W) . Xc

M =

(B+W ). XcXm …………..(2)

Persamaan (2) disubstitusikan ke persamaan (1)(B+W ). Xc

Xm = B + E + W

B . Xc+W . XcXm

=B+E+W

B . XcXm

+W . XcXm

=B+E+W

B . XcXm

−B=E+W−W . XcXm

B . Xc−B . XmXm

=E+W . Xm−W . XcXm

B . [ Xc−XmXm ]=E+W . [ Xm−Xc

Xm ]} x

[ XmXc−Xm ]

B = E. [ XmXc−Xm ]

- WDimana :

E = kecepatan air teruapkan, kg

det

W = kehilangan karena udara, kg

det

B = kecepatan blow down, kg

det

M = kecepatan air make up, kg

det

Xc = kesadahan air pada air sirkulasi, ppmXm= kesadahan air pada air make up, ppm

Kecepatan air teruapkan (E)Asumsi : udara keluar cooling tower jenuh dengan uap air

Pada suhu, t2 = 90ºC

H2’ = 3.345,5 kJkg

Dari fig 7.5 a, Treyball diperoleh Y2’ = 0,121

kg H2O

kg udara kering

E = Gud x A x (Y2’ – Y1’)

= 2

kg

m2 .sec x 7,71 m2 x (0,121 – 0,016) = 1,619kg

sec

Air hilang karena efek udara (W)Untuk aliran udara secara mekanis, air hilang = 0,1 – 0,3 dari air sirkulasi (Treyball, pg 248)Dirancang : air hilang = 0,2 %

W = 0,2 % x 15,9365 kg

det ik= 0,0318kg

det ik

Banyaknya blow down (B)

B = 1,619kg

sec x

500 ppm(2000−500) ppm - 0,0318

kgdet ik

= 0,4882 kg

det ik

Kebutuhan air make up (M)M = B + E + W

= (0,4882 + 1,619 + 0,0318) kg

det ik = 2,139kg

det ik

Menghitung tenaga fan

Dari Evan, untuk Induced draft cooling tower : setiap 8000 ft3

menit , udara masuk memerlukan tenaga fan sebesar = 1 Hp

Densitas udara = 1,131

kg

m3

Kecepatan volumetrik udara (Q)

Q =

Gsρudara =

1. 051,5636 kg

jam

1 ,131kgm3

= 929,7644m3

jam

= 929,7644m3

jam x 1 jam

60menit x 35,3134

ft3

m3

= 547,219ft3

menit

Tenaga fan =

1 ,13128 ,84 = 0,039 Hp

Dipakai motor induksi standar NEMA = 0,5 Hp

tahap pengolahan dan penjernihan air dari sungai dapat dilakukan melalui beberapa tahap(edi newt)

Documents