utilitas

UTILITAS

Unit utilitas merupakan unit pendukung dalam proses produksi pada suatu pabrik yang meliputi air, steam, listrik dan udara tekan

I. KEBUTUHAN AIR

Penggunaan air dalam pabrik Phenilacetic acid meliputi : 1. Air pendingin 2. Air proses 3. Air umpan boiler 4. Air pemadam kebakaran 5. Air minum dan lain-lain

Satuan: perjam 1. Air pendingin - Reaktor 01 = 41115 kg - Reaktor 02 = 16103 kg - Flaker = 25599 kg - Heat exchanger 01 = 16219 kg - Condensor = 9887 kg - Barometric cond = 1978 kg ──────────── = 110901 kg

2. Air umpan boiler Steam sebagai pemanas : - Heat exchanger 02 = 230 kg - Reboiler = 595 kg ─────────── = 825 kg

Steam proses : - Steam jet ejctor = 294 kg

4. Air pemadam kebakaran sebanyak 5000 liter/jam , diambil langsung dari air sungai

5. Kebutuhan air untuk karyawan Asumsi : Jumlah karyawan 200 orang . - Kebutuhan air untuk perorang = 150 l/hari Untuk 1 jam = 200 x 150 x (1/1000) x 1/24 = 1.250 m3 = 1250 kg - Setiap keluarga terdiri dari 5 orang dan ada 17 perumahan . Kebutuhan air untuk keluarga karyawan : Untuk 1 jam = 17 x 150 x 5 x (1/1000) x 1/24 = 0.531 m3 = 531 kg

Air yang hilang : Prosen steam yang hilang (anggapan) = 20 % Prosen air yang hilang (anggapan) = 20 %

Air yang hilang = 0.20 x 825 + 0.20 x 110901 = 22345 kg Air yang harus disediakan = air yang hilang + air karyawan + air umpan steam proses = 22345 + ( 1250 + 531 ) + 294 = 24420 kg = 24.420 m3

Kebutuhan air dipenuhi dengan mengolah air sungai yang terdekat dengan pabrik. Pengolahan air meliputi tahap-tahap sebagai berikut :

1. Tahap pengendapan . Dilakukan dalam bak pengendap yang terbuat dari beton, tujuannya untuk mengendapkan kotoran yang berupa lumpur, pasir dan kotoran lain secara gravitasi .

2. Tahap penggumpalan . Dilakukan dalam precipitator berupa bangunan dua buah kerucut ter- potong yang berhadap-hadapan, ke dalamnya ditambahkan bahan-bahan kimia untuk menggumpalkan yang tersuspensi, kemudian diendapkan

3. Tahap penyaringan . Dilakukan dalam bak beton yang berisi pasir dan batu kerikil, fungsinya untuk menyaring kotoran yang belum terendapkan.

4. Tahap pelunakan . Khusus untuk air umpan boiler dan air proses perlu pengolahan lebih lanjut untuk menghilangkan kandungan mineral dalam air yang dapat merusak boiler yang beroperasi pada suhu dan tekanan tinggi. Pada kondisi tersebut, garam mineral akan membentuk kerak yang menempel pada dinding boiler sehingga kecepatan transfer panas akan berkurang

5. Tahap penghilangan bau dan bibit penyakit . Untuk air minum perlu dibebaskan dari bibit penyakit dan bau dengan menambah bahan-bahan kimia .

Persamaan Reaksi Koagulasi

CaSO4 + Na2CO3 ──────> CaCO3 + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 ──────> CaCO3 + 2 NaCl 6 NaAlO2 + Al2(SO4)3.18H2O ──────> 8 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 6 H2O

Persamaan reaksi di Kation Exchanger:

- Softening : Ca(HCO3)2 + Na2Z ──────> 2 NaHCO3 + CaZ Mg(HCO3)2 + Na2Z ──────> 2 NaHCO3 + MgZ CaSO4 + Na2Z ──────> 2 Na2SO4 + CaZ MgSO4 + Na2Z ──────> 2 Na2SO4 + MgZ CaCl2 + Na2Z ──────> 2 NaCl + CaZ MgCl2 + Na2Z ──────> 2 NaCl + MgZ

- Regenerasi: CaZ + 2 NaCl ──────> Na2Z + CaCl2 MgZ + 2 NaCl ──────> Na2Z + MgCl2

Persamaan reaksi di Anion Exchanger:

- Softening : RNH2 + HCl ──────> RNH3Cl 2 RNH3OH + H2CO3 ──────> (RNH3)2CO3 + 2 H2O

- Regenerasi: RNH3Cl + NaOH ──────> RNH2 + NaCl + H2O (RNH3)2CO3 + 2 NaOH ──────> 2 RNH3OH + Na2CO3

Perhitungan Alat Utilitas ─────────────────────────

1. POMPA (PU-1)

Fungsi : Mengalirkan air dari sungai ke bak pengendap (BU-01) sebanyak 24.420 m3/j.

Perhitungan:

a. Pemilihan pipa Densitas air , ρ = 62.4 lb/cuft Viskositas air, µ = 0.85 cp = 5.71.10^(-4) lb/dt.ft

Jumlah massa dipompa, W : W = 24420 kg/j Laju alir volumetris pemompaan, Q : Q = 24.420 m3/j = 14.373 cuft/menit = 107.51 gpm = 0.2396 cuft/dt

Dari pers.15 Peters, ed.3 didapat : 0.45 0.13 Di opt = 3.9 x ( Q ) x ( ρ )

dengan : Di opt = diameter dalam pipa opt., in Q = kec. volumetris, cuft/dt ρ = densitas fluida,lb/cuft 0.45 0.13 Di opt = 3.9 x ( 0.2396 ) x ( 62.4 ) = 3.51 in

Dari tabel 11 Kern , dipilih pipa Commercial steel, NPS : 3 in , sch.no = 40 ID : 3.068 in = 0.2557 ft OD : 3.5 in at : 7.38 in² = 0.0512 ft²

Kecepatan aliran linier, V Q 0.240 cuft/dt V = ──── = ─────────────── = 4.6743 ft/det at 0.0512 ft²

ρ V D 62.4 x 4.6743 x 0.2557 Re = ─────── = ────────────────────── = 130598 µ 5.71.10^(-4)

Dari fig.126 , Brown didapat ε/D = 0.00059 dan dari fig.125 , Brown, p.140 didapat f = 0.0200

b. Menentukan head pompa, H

Direncanakan sistem pemipaan : Panjang pipa lurus, L = 300 ft 4 buah standar elbow 90 = Le = 40 ft 1 buah globe valve = Le = 90 ft ─────────────── Total (L + Le) = 430 ft

Persamaan Bernoully: - ws = Δz.g/gc + Δv²/2.gc + Δp/ρ + ΣF

static head = Δz.g/gc = ( 20 )( 1 ) = 20 ft-lbf/lbm velocity head = Δv²/2.gc = 4.6743²/(2x32.174) = 0.34 ft-lbf/lbm pressure head = ΔP/ρ = 0 ft-lbf/lbm f.V²(L + Le) friksi head = ΣF = ───────────── 2. gc . D (0.0200) (4.6743)² (430) = ──────────────────────── = 11.45 ft-lbf/lbm 2 x 32.174 x 0.256

- ws = H = 20 + 0.34 + 0 + 11.45 = 31.79 ft-lbf/lbm

c. Menentukan tenaga pompa, BHP

BHP = ρ Q H / η η = efisiensi pompa = 46 % ( fig 4-7, Vilbrandt ) (62.4)lbm/ft3 x (0.240)ft3/dt x 31.79 ft-lbf/lbm BHP = ────────────────────────────────────────────────── 0.46 ft.lbf Hp = 1033 ─────── x ────────────── = 1.878 Hp det 550 ft.lbf/det

Efisiensi motor = 82 % ( fig.4-10, Vilbrandt ) 1.878 Hp Tenaga motor = ────────── = 2.29 Hp 0.82

Dipilih pompa centrifugal dengan motor standar NEMA : 3 Hp, 3 phase, 220-240 volt, 50 cycle, 2400 rpm. Ac - squirrel cage induction.

Specific speed : --------------- Kecepatan putar = 2400 rpm Kapasitas pompa = 107.51 gpm Head pemompaan = 31.79 ft-lbf/lbm

Specific speed dihitung dengan persamaan : 0.5 N. Q Ns = ─────────── 0.75 [ gc . H ] ( G.G. Brown, 1950 ) 0.5 ( 2400 rpm) ( 107.51 gpm ) Ns = ────────────────────────────────── 0.75 [ ( 1 ) ( 31.79 ft-lbf/lbm ) ] = 1858.8

Ns yang diperkenankan antara 500 sampai 15000 ( G.G. Brown, 1950 )

2. Bak pengendap (BU-1)

Fungsi : Mengendapkan kotoran-kotoran besar yang terdapat pada Air sungai.

Jenis : Bak persegi panjang dari beton dengan ukuran , p : l : t = 5 : 3 : 1

Perhitungan:

Jumlah air yang akan ditampung = 24.420 m3/j Waktu tinggal = 24 jam Volume air yang akan ditampung = 24.420 m3 /j x 24 jam = 586.09 m3 Diambil faktor keamanan 20 % Jadi volume bak = 1.2 x 586.09 = 703.31 m3 Volume bak = 5t x 3t x t 703.31 = 15 t3 t = 3.6 m ----- t = 4 m l = 12 m p = 20 m

3. POMPA (PU-2)

Fungsi : Mengalirkan air dari bak pengendap (BU-01) ke clarifier (TU-01) sebanyak 24.420 m3/j. Perhitungan:



Dari pers.15 Peters, ed.3 didapat : 0.45 0.13 Di opt = 3.9 x ( Q ) x ( ρ ) 0.45 0.13 Di opt = 3.9 x ( 0.2396 ) x ( 62.4 ) = 3.51 in



ρ V D 62.4 x 4.6743 x 0.2557 Re = ─────── = ────────────────────── = 130598 µ 5.71.10^(-4)






- ws = H = 20 + 0.34 + 0 + 11.45 = 31.79 ft-lbf/lbm






Specific speed dihitung dengan persamaan : 0.5 N. Q Ns = ─────────── 0.75 [ gc . H ] ( G.G. Brown, 1950 ) 0.5

( 2400 rpm) ( 107.51 gpm ) Ns = ────────────────────────────────── 0.75 [ ( 1 ) ( 31.79 ft-lbf/lbm ) ] = 1858.8


4. Tangki clarifier(TU - 1)

Fungsi : Sebagai tempat pencampuran antara air dengan koagulan alum dan sodium carbonat sehingga kotoran yang tersuspensi dalam air akan digumpalkan dan diendapkan

Jenis : Tangki silinder tegak yang dilengkapi dengan pengaduk dan bagian bawah berbentuk kerucut tumpul

Perhitungan:

Jumlah air = 24.420 m3 /j Diambil waktu tinggal penggumpalan = 1 jam Maka volume air = 24.420 m3/j x 1 jam = 24.42 m3

Dirancang: ---------- H = 2 D1 h = 1/3 H = 2/3 D1 D2 = 1/3 D1 Volume Tangki = V ( ¼ π D1² - ¼ π D2² ) V = ¼ π D1² H + ( ¼ π D1² h - ──────────────────── h ) 2 ( ¼ π D1² - ¼ π 1/9 D1² ) 24.42 = ½ π D1^3 + (2/12 π D1^3 - ─────────────────────── 2/3 D1) 2 24.42 = ½ π D1^3 + π/6 D1^3 - 1/12 (π D1^3 - 1/9 π D1² ) 24.42 = D1^3 (π/2 + π/6 - π/12 + π/108 ) 24.42 = 1.862 D1^3 D1 = 2.36 m ≈ 2.5 m h = 2/3 x 2.5 m = 1.7 m D2 = 1/3 x 2.5 m = 0.8 m H = 5.0 m Tinggi total = 6.7 meter

Menghitung power pengaduk ─────────────────────────

Dipilih Di = 1/3 Dt = 1/3 2.5 = 0.8 m (2.73 ft) ρ = 62.4 lb/cuft µ = 0.85 cp = 5.71.10^(-4) lb/dt.ft Kecepatan pengaduk diambil = 90 rpm = 1.5 rps

N Di² ρ (1.5) (2.73)² (62.4) NRe = ------- = ------------------------- = 1225314 µ 5.71.10^(-4)

Dari fig.6-5 Treybal, p.152, didapat Po = 0.38

Power motor, P:

Po.ρ.N^3.Di^5 P = ───────────── gc (0.38) (62.4) (1.5)^3 (2.73)^5 = ─────────────────────────────── 32.2 = 380 ft.lbf/det ft.lbf Hp = 380 ─────── x ────────────── = 0.7 Hp det 550 ft.lbf/det

Efisiensi motor = 80 % ( Vilbrandt, fig.4-10 ) 0.7 Hp Jadi tenaga motor = ───────── = 0.86 Hp 0.80 Dipilih motor standar NEMA : 1 Hp, 3 phase, 220-240 volt, 50 cycle, 1800 rpm. Ac - squirrel cage induction.

Menghitung kebutuhan koagulan

Untuk mengurangi kesadahan air dari 100 ppm menjadi 35 ppm untuk setiap 100 ton air membutuhkan : Na2CO3 = 25 kg Alum = 1.7 kg (Handbook of Chemical Engineering Calculation , Chopey ) Jumlah air = 24.420 m3/j = 24.420 ton/j

Jadi kebutuhan koagulan Na2CO3 = 24.420 ton/j x 25 kg/100 ton = 6.1 kg/j

Alum = 24.420 ton/j x 1,7 kg/100 ton = 0.4 kg/j

5. Tangki Sodium Karbonat (TU-2)

Fungsi : Menampung Na2CO3 17,5 % yang digunakan sebagai koagulan pada clarifier.

Jenis : Tangki silinder vertikal

Perhitungan:

Jumlah Na2CO3 = 6.1 kg/j = 13.5 lb/j

Jadi berat larutan = (100/17.5) x 13.5 lb/j = 76.9 lb/j Densitas larutan = 62.4 lb/cuft Dirancang waktu tinggal larutan = 24 jam 76.9 lb/j Jadi volume larutan = ───────────── x 24 jam = 29.6 cuft 62.4 lb/cuft Faktor keamanan 20 % Jadi volume tangki = 1.2 x 29.6 cuft = 35.5 cuft

Dirancang : D = H ( tangki kecil )

Volume tangki = ¼ π D1² H

35.5 = ¼ π D1^3 D = 3.56 ft ≈ 4.0 ft H = 4.0 ft

6. Tangki Alum (TU-3)

Fungsi : Menampung Alum 5 % yang digunakan sebagai koagulan pada clarifier.


Jumlah Alum = 0.4 kg/j = 0.9 lb/j

Jadi berat larutan = (100/5) x 0.9 lb/j = 18.3 lb/j

Densitas larutan = 62.4 lb/cuft Dirancang waktu tinggal larutan = 24 jam 18.3 lb/j Jadi volume larutan = ───────────── x 24 jam = 7.0 cuft 62.4 lb/cuft Faktor keamanan 20 % Jadi volume tangki = 1.2 x 7.0 cuft = 8.4 cuft

Dirancang : D = H ( tangki kecil ) Volume tangki = ¼ π D1² H 8.4 = ¼ π D1^3 D = 2.21 ft ≈ 2.5 ft H = 2.5 ft

7. Bak Saringan Pasir (BU-02)

Fungsi : Menyaring partikel-partikel padat dalam air yang tidak terendapkan .

Perhitungan : Banyaknya air yang harus disaring = 24.420 m3/j = 107.51 gpm Kecepatan penyaringan 2 - 5 gallon/ft².men ( Brown , p.230 ) Diambil kecepatan penyaringan = 3 gpm/ft² (v) = 0,00668 cuft/ft².dt maka: 107.51 gpm Luas penyaringan diperlukan = ──────────── = 35.84 ft² 3 gpm/ft² Sebagai media penyaring digunakan pasir dengan ukuran rata -rata 24 mesh. Diameter pasir, Dp = 24 mesh = 0,002 ft Porosity, X = 0,383 (tabel 26, Brown) Sphericity, Y = 1 (tabel 26, Brown) Dari fig.219 dan fig.220 , Brown diperoleh : FRe = 47 , Ff = 1750

Persamaan 170, Brown: gc .Dp². FRe ρ . Pvf L = ( ──────────── ) ( ─────── ) 32 . Ff µL. v

dimana:

Pvf = pressure drop, diambil = 0,01 psi = 1,44 lb/ft² L = tinggi pasir penyaring µ air = µL = 0,0005712 lb/ft.dt , maka :

(32.17)(.002)²(47) (62.5) (1.44) L = ( ────────────────── ) ( ─────────────────── ) (32) (1750) (.00057/12) (.01114)

= 1.53 ft = 0.47 m ≈ 0.5 m

Volume pasir = ( 35.84 ft² ) ( 1.53 ft) = 54.8 cuft Dipilih ukuran bak dengan bentuk persegi panjang P = 2 x L A = P x L 35.84 = 2 L x L = 2 L² L = 4.23 ft = 1.29 m ≈ 1.5 m P = 3.0 m

Tinggi air di atas pasir = 0.75 m Tinggi lapisan pasir = 0.50 m Tinggi lapisan kerikil = 0.25 m Tinggi air di bawah kerikil = 0.50 m ─────────── 2 m

Bahan: beton Jenis : Graving sand filter

8. POMPA (PU-3)

Fungsi : Mengalirkan air dari bak penyaring pasir (BU-02) ke bak air bersih (BU-03).

Perhitungan:






ρ V D 62.4 x 4.6743 x 0.2557 Re = ─────── = ────────────────────── = 130598 µ 5.71.10^(-4)






- ws = H = 20 + 0.34 + 0 + 11.45 = 31.79 ft-lbf/lbm








9. Bak Penampung Air Bersih (BU-03)

Fungsi : Menampung air bersih dari saringan pasir.


Perhitungan:

Jumlah air yang akan ditampung = 24.420 m3/j Waktu tinggal = 24 jam Volume air yang akan ditampung = 24.420 m3 /j x 24 jam = 586 m3 Diambil faktor keamanan 20 % Jadi volume bak = 1.2 x 586 = 703 m3 Volume bak = 5t x 3t x t 703 = 15 t3 t = 3.6 m ----- t = 4 m l = 12 m p = 20 m

10. POMPA (PU-4)

Fungsi : Mengalirkan air dari bak air bersih (BU-03) ke bak air minum (BU-04).

Perhitungan:






ρ V D 62.4 x 2.9122 x 0.0874 Re = ─────── = ────────────────────── = 27821 µ 5.71.10^(-4)





static head = Δz.g/gc = ( 15 )( 1 ) = 15 ft-lbf/lbm velocity head = Δv²/2.gc = 2.9122²/(2x32.174) = 0.13 ft-lbf/lbm pressure head = ΔP/ρ = 0 ft-lbf/lbm f.V²(L + Le) friksi head = ΣF = ───────────── 2. gc . D (0.0278) (2.9122)² ( 96) = ──────────────────────── = 4.03 ft-lbf/lbm 2 x 32.174 x 0.087

- ws = H = 15 + 0.13 + 0 + 4.03 = 19.16 ft-lbf/lbm


BHP = ρ Q H / η η = efisiensi pompa = 22 % ( fig 4-7, Vilbrandt ) (62.4)lbm/ft3 x (0.017)ft3/dt x 19.16 ft-lbf/lbm

BHP = ────────────────────────────────────────────────── 0.22 ft.lbf Hp = 95 ─────── x ────────────── = 0.173 Hp det 550 ft.lbf/det


Dipilih pompa centrifugal dengan motor standar NEMA : 0.50 Hp, 3 phase, 220-240 volt, 50 cycle, 2400 rpm. Ac - squirrel cage induction.




11. Bak Air Minum (BU-04)

Fungsi : Mencampur air dengan kaporit sehingga didapatkan air yang bebas penyakit dan bau .


Perhitungan:

Jumlah air yang akan ditampung = 1.781 m3/j Waktu tinggal = 24 jam Volume air yang akan ditampung = 1.781 m3 /j x 24 jam = 42.750 m3 Diambil faktor keamanan 20 % Jadi volume bak = 1.2 x 42.750 = 51.300 m3 Volume bak = t x t x t 51.300 = t3 t = 3.72 m ----- t = 4.0 m l = 4.0 m p = 4.0 m

12. Tangki Kaporit(TU - 4)

Fungsi : Menyimpan larutan Ca(OCl)2 yang ditambahkan pada bak air minum . Jenis : Tangki silinder tegak .

Perhitungan :

Jumlah air yang diproses = 1.781 m3/j = 1781 kg/j Kaporit yang digunakan mengandung 70 % Cl2, kadar Chlorine dalam air 2 ppm.

Jadi kaporit yang dibutuhkan =(100/70) x .000002 x 1781 = 0.00509 kg/j = 0.122 kg/hari Kaporit yang digunakan berupa larutan 4 % : Kaporit 4 % = (100/4) x 0.122 kg/hari / (1000) kg/m3 = 0.00305 m3/hari Tangki dirancang untuk waktu 7 hari dengan over

design 20 % . Volume tangki = (1.2) x 0.00305 x 7 m3 = 0.026 m3 Dirancang : D = H ( tangki kecil )

Volume tangki = ¼ π D1² H 0.026 = ¼ π D1^3 D = 0.32 m ≈ 0.5 m H = 0.5 m

13. POMPA (PU-5)

Fungsi : Mengalirkan air dari bak air bersih menuju bak air pendingin dan tangki kation exchanger

Perhitungan :

Pemilihan pipa

* Pipa ke tangki kation exchanger Jumlah air yang dipompa, (wL)1 :

Densitas air , ρ = 62.4 lb/cuft Viskositas air, µ = 0.85 cp = 5.71.10^(-4) lb/dt.ft



Dari tabel 11 Kern , dipilih pipa Commercial steel, NPS : 0.50 in , sch.no = 40 ID : 0.622 in = 0.0518 ft OD : 0.840 in at : 0.304 in² = 0.0021 ft²


ρ V D 62.4 x 2.1328 x 0.0518 Re = ─────── = ────────────────────── = 12081 µ 5.71.10^(-4)





static head = Δz.g/gc = ( 20 )( 1 ) = 20 ft-lbf/lbm velocity head = Δv²/2.gc = 2.1328²/(2x32.174) = 0.07 ft-lbf/lbm pressure head = ΔP/ρ = 3 lb/in² x 144 in²/ft²x 1 /(62.4 lb/ft3) = 6.92 ft-lbf/lbm f.V²(L + Le) friksi head = ΣF = ───────────── 2. gc . D (0.0338) (2.1328)² ( 48) = ──────────────────────── = 2.21 ft-lbf/lbm 2 x 32.174 x 0.052

- ws = H = 20 + 0.07 + 6.92 + 2.21 = 29.21 ft-lbf/lbm

* Pipa ke bak air pendingin Jumlah air yang dipompa, (wL)2 Densitas air , ρ = 62.4 lb/cuft Viskositas air, µ = 0.85 cp = 5.71.10^(-4) lb/dt.ft





ρ V D 62.4 x 4.2455 x 0.2557 Re = ─────── = ────────────────────── = 118617 µ 5.71.10^(-4)





static head = Δz.g/gc = ( 10 )( 1 ) = 10 ft-lbf/lbm velocity head = Δv²/2.gc = 4.2455²/(2x32.174) = 0.28 ft-lbf/lbm pressure head = ΔP/ρ = 3 lb/in² x 144 in²/ft²x 1 /(62.4 lb/ft3) = 6.92 ft-lbf/lbm f.V²(L + Le) friksi head = ΣF = ───────────── 2. gc . D (0.0203) (4.2455)² (330) = ──────────────────────── = 7.33 ft-lbf/lbm 2 x 32.174 x 0.256

- ws = H = 10 + 0.28 + 6.92 + 7.33 = 24.53 ft-lbf/lbm

Total aliran:






ρ V D 62.4 x 4.3333 x 0.2557 Re = ─────── = ────────────────────── = 121072 µ 5.71.10^(-4)

Dari fig.126 , Brown didapat ε/D = 0.00059

dan dari fig.125 , Brown, p.140 didapat f = 0.0202


Direncanakan sistem pemipaan : Panjang pipa lurus, L = 20 ft 4 buah standar elbow 90 = Le = 40 ft 1 buah globe valve = Le = 90 ft 1 buah standar T = Le = 18 ft ─────────────── Total (L + Le) = 168 ft



- ws = H = 20 + 0.29 + 6.92 + 3.88 = 31.09 ft-lbf/lbm

Total head pompa = H = H1 + H2 + H3 = 29.21 + 24.53 + 31.09 = 84.83 ft-lbf/lbm c. Menentukan tenaga pompa, BHP





Specific speed dihitung dengan persamaan : 0.5 N. Q Ns = ─────────── 0.75 [ gc . H ] ( G.G. Brown, 1950 )

0.5 ( 2400 rpm) ( 99.67 gpm ) Ns = ────────────────────────────────── 0.75 [ ( 1 ) ( 84.83 ft-lbf/lbm ) ] = 857.2


14. Kation exchanger (TU-5)

Fungsi : Menghilangkan kesadahan air yang disebabkan oleh garam-garam kation seperti Ca, Mg dan Na.

Bentuk alat : Menara silinder yang didalamnya diisi resin sebagai ion exchanger .

Perhitungan :

Jumlah air yang akan dilunakkan = 459 kg/j = 1011.9 lb/j Kapasitas = 1011.9 lb/j = 2.02 gpm Kesadahan air sebagai CaCO3 = 200 ppm Bulkdensity zeolith = 90 lb/ft Kapasitas kemampuan zeolith = 8 kgrain/ft Efisiensi = 40 % 1 grain/gallon = 17.1 ppm 200 ppm = 11.7 grain/gallon

Yang harus diambil = 11.7 x grain/gal x 2.02 gpm x 60 men/j = 1419 grain/j Mineral yang diambil = 1419 grain/j x ( 8 j ) = 11354 grain 11354 grain Volume ion exchanger = ──────────────────────── (0.4) ( 8000 grain/ft3) = 3.55 ft3

Kecepatan alir air = 3 - 5 gpm/ft² ( Ryan 1946 ) Diambil = 5 gpm/ft² 2.02 gpm Luas penampang menara = ──────────── = 0.40 ft² 5 gpm/ft² ½ Diameter menara = ( 0.40 x 4/π ) = 0.72 ft = 0.22 m

Tinggi bed = Volume / Luas = 3.55 / 0.40 = 8.78 ft = 2.67 m

Kebutuhan zeolith = 3.55 ft3 x 90 lb/ft3 = 319.3 lb ( 146 kg )

15. Tangki NaCl (TU-6)

Fungsi : Menyimpan larutan NaCl 10 % yang digunakan untuk regenerasi resin kation.

Jenis : Tangki silinder vertikal.

Perhitungan :

Waktu regenerasi di kation exchanger = 8 jam Tangki ini digunakan untuk 5 kali regenerasi Kebutuhan NaCl = 0,5 lb/1000 grain Rapat massa NaCl 10 % = 1 kg/l

NaCl dibutuhkan = 11354 grain x (0.5 lb/1000 grain) x (5) = 28.4 lb Dibuat larutan NaCl 10 % : Larutan NaCl = 28.4 x 100/10 x 0.4536 x 1 l/kg = 129 l = 5 ft3

Volume tangki = (1.2) x 5 = 5 ft3 Dirancang : D = H ( tangki kecil ) Volume tangki = ¼ π D1² H 5 = ¼ π D1^3 D = 1.91 ft ≈ 1.0 m H = 1.0 m

16. Anion Exchanger (TU-07)

Fungsi : Menghilangkan anion-anion yang terdapat dalam air yang disebabkan oleh garam-garam anion seperti Cl, SO dan NO dengan bantuan resin anion exchanger.

Jenis : Tangki silinder vertikal yang dilengkapi bed

Perhitungan : Jumlah air yang akan dilunakkan = 459 kg/j = 2.02 gpm = 121 gal/j Asumsi : kadar anion = 145 ppm kadar anion yang tidak terserap = 50 ppm Masa keaktifan resin penyerap = 12 jam ( Powel, p.163)

Jadi anion yang dapat dihilangkan : = ( 145 - 50 mg/l ).( 1/64,86 grain/mg )(3,785 l/gal ) = 5.544 grain/gal x 121 gal/j . 12 j = 8070 grain Resin yang digunakan jenis Doulite A-2 . Kapasitas penyerapan = 2 - 3 kgrain/ft3 resin Diambil kapasitas penyerapan = 2 kgrain/ft3 Jadi volume resin = 8070 / 2000 ft3 = 4.03 ft3

Kecepatan penyerapan = 5 - 7,5 gpm/ft² Diambil kecepatan penyerapan = 5 gpm/ft²

2.02 gpm Luas bed resin = ──────────── = 0.40 ft² 5 gpm/ft² ½ Diameter menara = ( 0.40 x 4/π ) = 0.72 ft = 0.22 m Tinggi bed = Volume / Luas = 4.03 / 0.40 = 9.98 ft = 3.04 m

Kebutuhan zeolith = 4.03 ft3 x 90 lb/ft3 = 363.1 lb ( 166 kg )

Menentukan tinggi tangki : Lapisan gravel atas dan bawah = 2 ft lapisan spacing atas dan bawah = 2 ft tinggi bed resin = 10 ft ────────────── = 14 ft

Digunakan 2 buah tangki, satu untuk operasi dan yang lainnya untuk regenerasi .

Densitas resin = 90 lb/ft Kebutuhan resin anion = 2 (volume resin) ( densitas ) = 2 ( 4.03 ft3) (90 lb/ft3) = 726 lb ( 329 kg)

Menentukan tebal dinding tangki : Dipergunakan persamaan 13.1 Brownel-Young :

p D t = ──────────────── + c 2 f E - 1.2 p

Bahan konstruksi dipilih : baja karbon SA 283 grade C dengan spesifikasi sebagai berikut : f all = 12650 psi E = 0.85 c = 0,125 in p = 14,7 psi

(14.7) ( 0.72 x 12 ) t = ────────────────────────────────── + 0.125 2 x (12650) (0.85) - 1.2 x (14.7)

= 0.13 in Dipakai tebal standar = 0.25 in

17. Tangki NaOH (TU-8)

Fungsi : Menyimpan larutan NaOH 5 % yang digunakan untuk regenerasi resin anion.


Perhitungan :

Banyaknya resin yang digunakan = 4.03 ft3 Kemampuan NaOH untuk meregenerasi = 1,25 lb/ft3 resin ( Powel, p. 172 )

Kebutuhan NaOH = 4.03 ft3 x 1.25 = 5.04 lb Larutan NaOH yang digunakan 5 %, densitas = 64,1 lb/ft

Volume larutan NaOH 5 % = 5.04 x 100/5 . 1/64,1 ft3 = 1.57 ft3 Direncanakan tangki dapat menampung larutan NaOH untuk 5 kali regenerasi , maka volume larutan NaOH : 5 x 1.57 = 7.87 ft3 ( 0.22 m3)

Over design 20 % , maka volume tangki :

Volume tangki = (1.2) x 8 = 9 ft3

Dirancang : D = H ( tangki kecil )

Volume tangki = ¼ π D1² H 9 = ¼ π D1^3 D = 2.29 ft ≈ 1.0 m H = 1.0 m

18. POMPA (PU-6)

Fungsi : Memompa larutan NaCl 10 % yang digunakan untuk

regenerasi pada kation exchanger.

Perhitungan:

a. Pemilihan pipa


Jumlah larutan yang dipompa = 5 / 5 = 0.91 ft3 Diambil waktu pemompaan = 10 menit

Laju alir pemompaan, Q: 0.91 ft3 Q = ────────── = 0.0015 cuft/dt 10 x 60 = 0.7 gpm




ρ V D 62.4 x 2.0985 x 0.0303 Re = ─────── = ────────────────────── = 6956 µ 5.71.10^(-4)






- ws = H = 15 + 0.07 + 6.92 + 4.77 = 26.76 ft-lbf/lbm








19. POMPA (PU-7)

Fungsi : Memompa larutan NaOH 5 % yang digunakan untuk regenerasi pada anion exchanger.

Perhitungan:

a. Pemilihan pipa


Jumlah larutan yang dipompa = 1.57 ft3 Diambil waktu pemompaan = 10 menit

Laju alir pemompaan, Q: 1.57 ft3 Q = ────────── = 0.0026 cuft/dt 10 x 60 = 1.2 gpm




ρ V D 62.4 x 1.9671 x 0.0411 Re = ─────── = ────────────────────── = 8832 µ 5.71.10^(-4)






- ws = H = 15 + 0.06 + 6.92 + 2.85 = 24.84 ft-lbf/lbm








20. Tangki Penampung Sementara (TU-09)

Fungsi : Menampung air yang keluar dari anion exchanger sebelum dikenakan proses deaerasi.

Jenis : Tangki silinder horisontal

Perhitungan :

Jumlah air yang ditampung = 16.21 cuft/j Diambil faktor design 20 % dan tangki dirancang dengan waktu tinggal 1 jam Jadi volume tangki = 1.2 x 16.2 cuft/j x 1 j = 19.45 cuft

Dirancang : L/D = 2 Volume tangki = ¼ π D² L 19.45 = ¼ π D² ( 2L ) D = 2.31 ft ≈ 1.0 m L = 2.0 m

21. POMPA (PU-8)

Fungsi : Mengalirkan air dari tangki penampung sementara (TU-09) ke tangki deaerator (TU-10) Densitas air , ρ = 62.4 lb/cuft Viskositas air, µ = 0.85 cp = 5.71.10^(-4) lb/dt.ft

Jumlah massa dipompa, W : W = 459 kg/j Laju alir volumetris pemompaan, Q Q = 0.459 m3/j = 16.2 cuft/j = 0.270 cuft/menit = 2.02 gpm = 0.0045 cuft/dt


Dari tabel 11 Kern, dipilih pipa Commercial steel: NPS : 0.50 in , sch.no : 40 ID : 0.622 in = 0.0518 ft OD : 0.840 in at : 0.304 in² = 0.0021 ft²


ρ V D 62.4 x 2.1328 x 0.0518 Re = ─────── = ────────────────────── = 12081 µ 5.71.10^(-4)



Direncanakan sistem pemipaan : Panjang pipa lurus, L = 50 ft 4 buah standar elbow 90 = Le = 8 ft 1 buah globe valve = Le = 20 ft 1 buah standar T = Le = 4 ft ─────────────── Total (L + Le) = 82 ft



-ws = H = 20 + 0.07 + 4.62 + 3.78 = 28.47 ft-lbf/lbm

Head pompa = 28.47 ft-lbf/lbm


BHP = ρ Q H / η η = efisiensi pompa = 22 % ( fig 4-7, Vilbrandt )

(62.4)lbm/ft3 x (0.005)ft3/dt x 28.47 ft-lbf/lbm BHP = ────────────────────────────────────────────────── 0.22 ft.lbf Hp = 36 ─────── x ────────────── = 0.066 Hp det 550 ft.lbf/det




Specific speed dihitung dengan persamaan : 0.5 N. Q Ns = ─────────── 0.75 [ gc . H ] ( G.G. Brown, 1950 )

0.5 ( 4800 rpm) ( 2.02 gpm ) Ns = ────────────────────────────────── 0.75 [ ( 1 ) ( 28.47 ft-lbf/lbm ) ] = 553.6


22. Tangki Deaerator (TU-10)

Fungsi : Menghilangkan gas-gas yang terdapat dalam air dengan menggunakan steam dan Na2HPO4.2H2O.

Jenis : Tangki silinder horisontal

Perhitungan:

Jumlah air yang ditampung = 165 kg/j = 0.459 ton/j = 16.2 cuft/j Bahan kimia yang ditambahkan = 1 kg/ton air Na2HPO4.2H2O yang ditambahkan = 0.459 kg/j

Diambil faktor keamanan 20 % dan tangki dirancang dengan waktu tinggal 1/2 jam. Jadi volume tangki = 1.2 x 16.2 cuft/j x 1/2 j = 9.73 cuft Dirancang : L/D = 2 Volume tangki = ¼ π D² L 9.73 = ¼ π D² ( 2L ) D = 1.84 ft ≈ 1.0 m L = 2.0 m

23. Tangki Na2HPO4.2H2O (TU-11)

Fungsi : Menyimpan larutan natrium hidrofosfat yang digunakan di dalam tangki deaerator.

Jenis : Tangki silinder tegak

Perhitungan : Kebutuhan Na2HPO4.2H2O = 0.459 kg/j Larutan Na2HPO4.2H2O yang digunakan dengan konsentrasi 1 % Volume Na2HPO4.2H2O = 100 ( 0.459 )/ ( 1000 ) = 0.0459 m3/j

Tangki direncanakan untuk waktu operasi 1 hari dan over design 20 % . Volume tangki = 1.2 x 0.0459 m3/j x 24 j = 1.322 m3 Dirancang : H=D Volume tangki = ¼ π D² H 1.322 = ¼ π D3 D = 1.19 m ≈ 1.5 m H = 1.5 m

24. POMPA (PU-9)

Fungsi : Mengalirkan air dari tangki deaerator ke tangki kondensat serta menaikkan tekanan dari 14,7 psi menjadi 279 psi

Perhitungan:

a. Pemilihan pipa



Dari pers.15 Peters, ed.3 didapat : 0.45 0.13 Di opt = 3.9 x ( Q ) x ( ρ ) 0.45 0.13 Di opt = 3.9 x ( 0.0045 ) x ( 62.4 )

= 0.59 in



ρ V D 62.4 x 2.1328 x 0.0518 Re = ─────── = ────────────────────── = 12081 µ 5.71.10^(-4)





static head = Δz.g/gc = ( 30 )( 1 ) = 30 ft-lbf/lbm velocity head = Δv²/2.gc = 2.1328²/(2x32.174) = 0.07 ft-lbf/lbm pressure head = ΔP/ρ = 263.81 lb/in² x 144 in²/ft²x 1 /(62.4 lb/ft3) =608.80 ft-lbf/lbm

f.V²(L + Le) friksi head = ΣF = ───────────── 2. gc . D (0.0338) (2.1328)² ( 58) = ──────────────────────── = 2.68 ft-lbf/lbm 2 x 32.174 x 0.052

-ws = H = 30 + 0.07 + 608.80 + 2.68 = 641.55 ft-lbf/lbm





Dipilih pompa centrifugal dengan motor standar NEMA : 2 Hp, 3 phase, 220-240 volt, 50 cycle,45000 rpm. Ac - squirrel cage induction.




25. Tangki kondensat (TU-12)

Fungsi : Menampung kondensat yang keluar dari tangki deaerator (TU-09) dan air kondensat.

Jenis : Tangki silinder horisontal.

Perhitungan :

Jumlah air yang ditampung = 825 kg/j = 0.825 m3/j

Diambil faktor design 20 % dan tangki dirancang dengan waktu tinggal 1 jam

Jadi volume tangki = 1.2 x 0.825 m3/j x 1 j = 1.343 m3 Dirancang : L/D = 2 Volume tangki = ¼ π D² L 1 = ¼ π D² ( 2D ) D = 0.95 m ≈ 1.0 m L = 2.0 m

26. Bak Air Pendingin (BU-06)

Fungsi : Menampung air pendingin yang berasal dari cooling tower dan air make-up.

Jenis : Bak persegi panjang dari beton cor dengan ukuran p : l : t = 4 : 4 : 1

Perhitungan :

Jumlah air ditampung = jumlah air diperlukan dalam alat proses = 110901 kg/j = 110.901 m3 /j Diambil faktor keamanan 20 % dan waktu tinggal 1 jam maka volume bak = 1.2 x 110.901 m3 x 1 jam = 133.08 m3 Volume bak = 4t x 4t x t 133.08 = 16 t3 t = 2.03 m ≈ 2.5 m l = 10.0 m p = 10.0 m

27. POMPA (PU-10)

Fungsi : Mengalirkan air pendingin dari bak pendingin ke alat-alat proses.

Perhitungan sama seperti pompa (PU-12).

28. POMPA (PU-11)

Fungsi : Mengalirkan air pendingin yang telah digunakan dari alat-alat proses ke cooling tower untuk didinginkan kembali.

Perhitungan sama seperti pompa (PU-12).

29. POMPA (PU-12)

Fungsi : Mengalirkan air yang sudah didinginkan oleh cooling tower menuju ke bak air pendingin.

Perhitungan:

a. Pemilihan pipa




Dari tabel 11 Kern, dipilih pipa Commercial steel: NPS : 6 in , sch.no : 40 ID : 6.065 in = 0.5054 ft OD : 6.625 in at : 28.9 in² = 0.2007 ft²


ρ V D 62.4 x 5.4207 x 0.5054 Re = ─────── = ────────────────────── = 299399 µ 5.71.10^(-4)






-ws = H = 15 + 0.46 + 0 + 4.63 = 20.08 ft-lbf/lbm









30. Bak Penampung Air Pendingin Bekas (BU-07)

Fungsi : Menampung air pendingin bekas sebelum masuk ke cooling tower .

Jenis : Bak persegi panjang dari beton dengan ukuran dan volume penampungan sama dengan bak air pendingin (BU-06).

31. POMPA (PU-13)

Fungsi : Memompa kondensat masuk ke steam boiler furnace

Perhitungan:

a. Pemilihan pipa


Jumlah massa dipompa, W : W = 1119 kg/j Laju alir volumetris pemompaan, Q Q = 1.119 m3/j = 39.5 cuft/j

= 0.659 cuft/menit = 4.93 gpm = 0.0110 cuft/dt




ρ V D 62.4 x 2.9601 x 0.0687 Re = ─────── = ────────────────────── = 22213 µ 5.71.10^(-4)






-ws = H = 14 + 0.14 + 6.92 + 7.82 = 28.88 ft-lbf/lbm


BHP = ρ Q H / η

η = efisiensi pompa = 22 % ( fig 4-7, Vilbrandt )

(62.4)lbm/ft3 x (0.011)ft3/dt x 28.88 ft-lbf/lbm BHP = ────────────────────────────────────────────────── 0.22

ft.lbf Hp = 90 ─────── x ────────────── = 0.163 Hp det 550 ft.lbf/det






32. Cooling Tower (CT)

Fungsi : Mendinginkan kembali air yang berasal dari peralatan - peralatan pendingin.

Jenis : Induced Draft Cooling Tower

Pendingin : Udara yang dialirkan secara berlawanan arah dengan arah air.

Perhitungan :

Ukuran cooling tower : Suhu air masuk cooling tower = 50.0°C ( 122.0°F ) Suhu air keluar cooling tower = 30°C ( 86°F ) Air yang keluar cooling tower = 110901 kg/j = 244491 lb/j

Ukuran penampang menara dipilih = 15 ft x 15 ft Luas menara = 15 x 15 = 225 ft² 244491 lb/j L = ────────────── 225 ft² = 1086.6 lb/j.ft² ( antara 500 - 2500 lb/j.ft , Treybal p.261 )

Dipakai udara , G diambil = 900 lb/j.ft² Dew point = 80°F Dari tabel 17.1 Kern 1965 diperoleh : Entalpi H1 = Hdew = 44.1 Btu/lb udara

Persamaan 17.83 Kern 1965 :

H2 = H1 + L/G x (T2 - T1) 1086.6 H2 = 44.1 + ──────────── (122.0 - 86) 900.0 = 87.6 Btu/lb

Dari fig.17.12 Kern 1965 diperoleh : H1' = 52 Btu/lb udara H2' = 131 Btu/lb udara

(H2'- H2) - (H1' - H1) Log mean (H'- H) = ────────────────────── (H2'- H2) ln ───────── (H1'- H1) (131 - 88) - ( 52 - 44.1) Log mean (H'- H) = ────────────────────────── (131 - 88) ln ──────────── ( 52 - 44.1) = 21.18 Btu/lb udara

Nd = number of diffusion unit ( pers.17.81 Kern )

ΔT Nd = ──────────────── Log mean (H'- H) = (122.0 - 86.0 )/ 21.18 = 1.700

Kxa = 115 lb/j.ft ( Kern p.604 )

Tinggi cooling tower :

Nd x L 1.700 x 1086.6 Z = ─────── = ───────────────── Kxa 115 = 16.1 ft ( 4.9 m)

Hdu = height of diffusion unit

Z 16.1 Hdu = ──── = ─────── Nd 1.700 = 9.4 ft ( 2.9 m)

BM udara = 28,84

ρ udara 80°F = 1/14.09 lb/ft = 0.0709 lb/ft ( tabel 17.2 Kern )

900 lb/j.ft² x 225 ft² Udara yang dipakai = ─────────────────────────── 0.0709 lb/ft3 x 3600 det/j = 793.37 ft3/det = 47602 ft3/men

33. Fan Cooling Tower

Tugas : Menarik udara sekitar supaya berkontak langsung dengan air dalam cooling tower .

Kapasitas = 47602 ft3/men

Kelembaban = 0.0222 lb air/lb udara (tabel 17.2 Kern ) = 0.0222 x 28.84/18 = 0.03557 lbmol air/lbmol udara BM campuran = (0.03557 x 18 + 28.84 x 1)/1.03557 = 28.47 V(air + udara) = 14.09 ft /lb = 14.09 x 28.47 = 401.14 ft3/lbmol

47602 ft3/men Kecepatan udara = ──────────────── 401.14 ft3/lbmol = 118.67 lbmol/men

Diambil beda tekan (-DP) = 1 in air = 1 x 62,4 x 1/12 = 0.0362 lb/in²

Kerja yang dilakukan kipas :

k P2 (k-1)/k Wk = ───── R T1 [ (───── ) - 1 ] ; k = cp/cv = 1,39 k - 1 P1

1.39 14.736 (0.39/1.39) Wk = ────── ( 1.987) (80+460) [ (────────) - 1 ] 0.39 14.7

= 2.6377 Btu/lbmol

Tenaga Total = 2.6377 Btu/lbmol x 118.67 lbmol/men = 313.0 Btu/men x 1 Hp/(42.4 Btu/men) = 7.38 Hp

Effisiensi motor 85 % : Tenaga motor = 7.38 / 0.85 = 8.7 Hp Dipilih motor standar NEMA : 10 Hp, 3 phase, 220-240 volt, 50 cycle, 1800 rpm. Ac - squirrel cage induction.

II. STEAM

Steam digunakan untuk media pemanas di pabrik

Kebutuhan steam = 1119.0 Kg/j Suhu tertinggi steam = 410°F (210°C) Tekanan jenuh steam = 18.8 atm Panas latent penguapan, Hv = 819.0 Btu/lb = 455.02 Kkal/kg

Panas untuk membangkitkan steam : = Panas sensibel preheating + panas latent penguapan

Q1 = Panas sensibel preheating = 165.0 kg/j x (1 kkal/kg.°C) (210.0 - 30) = 29700 kkal/j

Q2 = Panas latent penguapan = 1119.0 kg/j x ( 455.02 kkal/kg) = 509168 kkal/j

Q total = 29700 + 509168 = 538868 kkal/j = 2138365 Btu/j

Panas diperoleh dengan membakar minyak (fuel oil). Sifat-sifat minyak °API = 16.5

Net heating value = 17351 Btu/lb Densitas, ρ = 0.956 g/cm3 Viskositas, µ = 0.143 poise

Komposisi minyak: C = 87.5 % H2 = 10.17 % S = 1.14 % Abu = 1.14 % Air = 0.05 %

Kebutuhan kelebihan udara 25 % Effisiensi pembakaran 60 %

2138365 Btu/j Kebutuhan bahan bakar = ───────────────────────── ( 0.60 ) ( 17351 Btu/lb ) = 205 lb/j = 97 l/j Kebutuhan Udara ───────────────

C + O2 ──────────> CO2

H2 + ½ O2 ──────────> H2O

S + O2 ──────────> SO2

Kebutuhan oksigen stoikiometris:

C = (0.875 ) ( 205 ) (1/12) (1) = 14.98 lbmol/j H2 = (0.1017) ( 205 ) (1/2) (1/2) = 5.22 lbmol/j S = (0.0114) ( 205 ) (1/32) (1) = 0.07 lbmol/j ──────────────────────────── = 20.27 lbmol/j

Kebutuhan oksigen = 20.27 lbmol/j Kebutuhan kelebihan oksigen = (1.25) ( 20.27 ) = 25.34 lbmol/j

Udara: 21 % O2 dan 79 % N2 Kebutuhan udara = (100/21) ( 25.34) = 120.67 lbmol/j x 28.84 lb/lbmol = 3480.2 lb/j = 1578.6 kg/j

34. Boiler

Jenis Boiler : Water-tube boiler Fluks panas = 12000 Btu/j.ft² (Kern, 1965) Kebutuhan luas perpindahan panas, A:

Q 2138365 Btu/j A = ───────── = ──────────────── heat flux 12000 Btu/j.ft² = 178.2 ft²

Dipilih tube: NPS : 3 in , sch.no : 40 ID : 3.068 in = 0.2557 ft OD : 3.5 in A0 : 0.917 ft² perlin ft panjang tube = 20 ft

A Jumlah tube, Nt = ─────── A0 x L 178.2 ft² = ────────────────────── (0.917 ft²/ft) (20 ft) = 10

35. Fan Udara Pembakar

Tugas : Mengalirkan udara ke furnace untuk pembakaran

Kapasitas = 3480.2 lb/j = 120.67 lbmol/j = 2.01 lbmol/men

Beda tekan = 0.3 psi (diperkirakan tekanan udara dalam furnace 0.3 psig) Tekanan keluar = 15 psi

Kerja yang dilakukan kipas : k P2 (k-1)/k Wk = ───── R T1 [ (───── ) - 1 ] ; k = cp/cv = 1,39 k - 1 P1

1.39 15 (0.39/1.39) Wk = ────── (1.987) (32+273) [ (─────) - 1 ] 0.39 14.7

= 12.278 kkal/kmol = 22.1 Btu/lbmol

Udara yang dialirkan = 2.01 lbmol/men Tenaga Total = 22.1 Btu/lbmol x 2.01 lbmol/men = 44.4 Btu/men x 1 Hp/(42.4 Btu/men) = 1.05 Hp

Effisiensi motor 80 % : Tenaga motor = 1.05 / 0.80 = 1.3 Hp

Dipilih motor standar NEMA : 1.50 Hp, 3 phase, 220-240 volt, 50 cycle, 1800 rpm. Ac - squirrel cage induction.

36. POMPA (PU-14)

Fungsi : Memompa bahan bakar dari tangki penyimpan ke furnace sebanyak 205 lb/j

Jenis : pompa centrifugal

Perhitungan:

a. Pemilihan pipa

Densitas, ρ = 59.65 lb/cuft

Jumlah massa dipompa, W : W = 205 lb/j

Laju alir volumetris pemompaan, Q = M/ρ 205 lb/j Q = ───────────── = 3.4 cuft/j 59.65 lb/cuft = 0.0010 cuft/dt = 0.4 gpm

Dari pers.15 Peters, ed.3 didapat : 0.45 0.13 Di opt = 3.9 x ( Q ) x ( ρ )

dengan : Di opt = diameter dalam pipa opt., in Q = kec. volumetris, cuft/dt ρ = densitas fluida,lb/cuft 0.45 0.13 Di opt = 3.9 x ( 0.0010 ) x (59.65) = 0.29 in


Head diperkirakan = 20 ft

BHP = ρ Q H / η η = efisiensi pompa = 22 % ( fig 4-7,Vilbrandt )

(59.65)lbm/ft3 x (0.001)ft3/dt x 50 ft-lbf/lbm BHP = ──────────────────────────────────────────────

0.22

ft.lbf Hp = 13 ─────── x ────────────── = 0.02 Hp det 550 ft.lbf/det

Efisiensi motor = 80 % ( fig.4-10, Vilbrandt ) 0.02 Hp Tenaga motor = ──────── = 0.03 Hp 0.80

Dipilih pompa centrifugal dengan motor standar NEMA : 0.50 Hp, 3 phase, 220-240 volt, 50 cycle,14400 rpm. Ac - squirrel cage induction.

Specific speed : --------------- Kecepatan putar = 14400 rpm Kapasitas pompa = 0.43 gpm Head pemompaan = 50 ft-lbf/lbm

Specific speed dihitung dengan persamaan : 0.5 N. Q Ns = ─────────── 0.75 [ gc . H ] ( G.G. Brown, 1950 ) 0.5 ( 14400 rpm) ( 0.43 gpm ) Ns = ───────────────────────────────── 0.75 [ ( 1 ) ( 50 ft-lbf/lbm ) ] = 501.8


III. LISTRIK

Listrik digunakan untuk menggerakkan motor-motor penggerak alat-alat seperti halnya pompa - pompa dan alat lainnya. Disamping itu, listrik dibutuhkan juga untuk penerangan

Listrik untuk menggerakkan alat-alat :

┌────────────────────────────────────────────┐ │ Nama Hp │ ╞════════════════════════╤═══════════════════╡ │ 1 PU-01 │ 3 │ │ 2 PU-02 │ 3 │ │ 3 T.Clarifier │ 3 │ │ 4 PU-03 │ 3 │ │ 5 PU-04 │ 0.5 │ │ 6 PU-05 │ 3 │ │ 7 PU-06 │ 0.5 │ │ 8 PU-07 │ 0.5 │ │ 9 PU-08 │ 0.5 │ │ 10 PU-09 │ 2 │ │ 11 PU-10 │ 5 │ │ 12 PU-11 │ 5 │ │ 13 PU-12 │ 5 │ │ 14 PU-13 │ 0.5 │ │ 15 Fan CT │ 10 │ │ 16 Fan Boiler │ 1.5 │ │ 17 PU-14 │ 0.5 │ │ 18 Flaker │ 80 │ │ 19 Reaktor │ 30 │ │ 20 Tangki pencampur │ 10 │ │ 21 Belt conveyor │ 2 │ │ 22 Bucket elevator │ 5 │ │ 23 Pompa 01 │ 10 │ │ 24 Pompa 02 │ 0.5 │ │ 25 Pompa 03 │ 15 │ │ 26 Pompa 04 │ 0.5 │ │ 27 Pompa 05 │ 0.75 │ │ 28 Pompa 06 │ 0.75 │ │ 29 Pompa 07 │ 0.75 │ │ 30 Pompa 08 │ 1 │ │ 31 Pompa 09 │ 0.5 │ │ 32 Pompa 10 │ 0.5 │ │ 33 Pompa 11 │ 0.5 │ │ 34 Pompa 12 │ 1 │ ╞════════════════════════╪═══════════════════╡ │ Jumlah │ 205.25 │ └────────────────────────┴───────────────────┘

Kebutuhan listrik untuk motor = 205.25 Hp x 0.7457 K Kw/Hp = 153.05 Kw

Listrik untuk instrumentasi = 20 % x 153.05 = 30.61 Kw

Listrik untuk penerangan : - Jumlah rumah = 17 buah, dengan masing-masing memakai 1.5 Kw = 25.50 Kw - Perkantoran = 25 Kw - Listrik untuk kawasan pabrik= 20 % x 153.05 = 30.61 Kw ──────────────────────────────────────── Jumlah = 264.78 Kw

Semua kebutuhan listrik dipenuhi oleh Perusahaan Listrik Negara. Cadangan generator hanya untuk berjaga-jaga pada saat listrik dari PLN mati.

Kebutuhan Bahan Bakar ─────────────────────

Minyak diesel , ρ = 0.8 gr/cm3 Nett heating value = 18250 Btu/lb Effisiensi perubahan tenaga panas minyak diesel menjadi tenaga listrik 65 % = 11862.5 Btu/lb

264.78 Kw 3415 Btu Kebutuhan bahan bakar = ────────────── x ───────── 11862.5 Btu/lb 1 Kwh = 76.22 lb/j ( ≡ 34.6 kg/j ) = 43.2 l/j

IV. KEBUTUHAN UDARA TEKAN

Fungsi : udara tekan diperlukan untuk aliran dalam alat control sebagai aliran pneumatik

Kondisi udara: Tekanan = 5 atm Suhu = 30°C BM = 28.84 kg/kmol

P . BM Rapat massa udara, ρg = ────── R . T

5 atm (28.84 kg/kmol) = ──────────────────────── (0.08206 m3.atm) (303 K) ────── kmol.K

= 5.8 kg/m3

Dipilih tube: NPS : 2 in , sch.no : 40 ID : 2.067 in OD : 2.380 in at : 3.350 in² = 0.0233 ft²

Kecepatan linier udara, V = 10 ft/det

Kecepatan volume udara, Q = V . at = ( 10 ft/det) (0.0233 ft²) = 0.233 ft3/det = 23.75 m3/j

Kecepatan massa udara, m = Q . ρg = (23.75 m3/j) (5.8 kg/m3) = 137.76 kg/j

utilitas

Documents