View
1.229
Download
3
Category
Preview:
Citation preview
PRA RENCANA PABRIK
METANA (CH4) DARI KOTORAN SAPI
KAPASITAS 16.662 TON / TAHUN
SKRIPSI
Disusun Oleh:
MATIAS PONE : 0305010010
PETRUS PULANG : 0305010012
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS TRIBHUWANA TUNGGADEWI MALANG
2008
LEMBAR PERSETUJUAN
PRA RENCANA PABRIK
METANA (CH4) DARI KOTORAN SAPI
KAPASITAS 16.642 TON / TAHUN
SKRIPSI
Disusun Oleh:
Matias Pone : 0305010010
Petrus Pulang : 0305010012
Program Studi : Teknik Kimia
Fakultas : Teknik
Menyetujui,
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Ir. Achamad Chumaidi, MT Ir. Taufik IskandarNIP : 131803725 NIY : 014024247
Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknik Ketua Program Studi Teknik Kimia
Nawir Rasidi, ST. MT S. P. Abrina Anggraini, ST. MT NIP : 132158734 NIY : 014024146
LEMBAR PENGESAHAN
Nama mahasiswa : Matias Pone (0305010010)
: Petrus Pulang (0305010012)
Program studi : Teknik Kimia
Fakultas : Teknik
Judul skripsi : Pra Rencana Pabrik Metana (CH4) dari Kotoran Sapi
dengan kapasitas 16.662 Ton / Tahun
Dipertahankan di hadapan tim penguji skripsi jenjang strata satu (S - 1) Pada: Hari : Sabtu
Tanggal : 11 Oktober 2008
Nilai :
Tim penguji:
1. Ir. Achamad Chumaidi, MT ...............................................
2. Ir. Taufik Iskandar ...............................................
3. Susy Yuniningsih. ST. MT ..............................................
LEMBAR PERNYATAAN
Kami yang bertandatangan di bawah ini: Nama mahasiswa : Matias Pone (0305010010) : Petrus Pulang (0305010012) Program Studi : Teknik Kimia Fakultas : Teknik Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang berjudul :Pra Rencana Pabrik Metana (CH4) dari Kotoran Sapi dengan kapasitas 16.662 Ton / Tahun, adalah hasil karya kami sendiri, bukan merupakan duplikasi serta tidak mengutip atau menyadur sebagian atau seluruhnya dari hasil karya orang lain, kecuali yang tidak disebutkan dari sumber aslinya.
Malang, November 2008
Yang menyatakan,
Matias Pone Petrus Pulang0305010010 0305010012
Mengetahui, Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Ir. Achmad Chumaidi, MT Ir. Taufik IskandarNIP : 131803725 NIY : 014024247
RIWAYAT HIDUP Matias Pone.
Dilahirkan di : Kolikapa – Nagekeo, Nusa Tenggara Timur pada tanggal 6
Mey 1982 dari pasangan Bapak Lukas Nuwa dengan Mama Lusia Sena.
Penulis merupakan anak ke – 8 dari sembilan bersaudara.
Lulus pendidikan tingkat dasar pada SDK Watuapi, Wolowae – Nagekeo
tahun 1995, pendidikan tingkat menengah pada SMP Negeri I Wolowae tahun
1999 dan SMUK Frateran Ndao Ende tahun 2002. Pada tahun akademik
2003/2004, penulis melanjutkan studi pada Universitas Tribhuwana Tunggadewi
Malang Fakultas Teknik Program Studi Teknik Kimia.
Petrus Pulang
Dilahirkan di : Tokojaeng Lembata, Nusa Tenggara Timur pada tanggal 29
Maret 1981 dari pasangan Bapak Gabriel Hering dengan Mama Katarina
Kaleka Penulis merupakan anak ke – 4 dari enam bersaudara.
Lulus pendidikan tingkat dasar pada SDK Biarwala Kedang Lembata tahun 1993,
pendidikan tingkat menengah pada SMPK St. Pius X Lewoleba tahun 1996 dan
SMUK Seminari San Dominggo Hokeng tahun 2000.. Tahun 2000-2003
melanjutkan pendikan sebagai calon Imam SVD pada Novisiat Sang Sabda Kuwu
Ruteng. Pada tahun akademik 2003/2004, penulis melanjutkan studi pada
Universitas Tribhuwana Tunggadewi Malang Fakultas Teknik Program Studi
Teknik Kimia.
ABSTRAKSI
PRA RENCANA PABRIK METANA (CH4) DARI KOTORAN SAPI DENGAN KAPASITAS 16.662 TON/ TAHUN
Metana adalah senyawa Hidrokarbon dengan rumus molekul CH4. Metana merupakan bahan kimia yang di gunakan sebagai biogas dan juga dapat digunakan sebagai bahan bakar listrik. Sebagai bahan baku pembuatan gas metana adalah kotoran sapi dan bahan pembantu air dan kapur. Proses pembuatan biogas merupakan proses fermentasi anaerobik yaitu proses dekomposisi bahan-bahan organik secara biologis dengan bantuan mikroorganisme yang menghasilkan biogas dan kompos pada lingkungan tanpa adanya oksigen. Secara umum kandungan karbon di dalam sampah dapat dikonversi menjadi biogas (campuran metana dan CO2), sedangkan kandungan nutriennya akan dikonversi menjadi kompos. Pada proses pembuatan gas metana akan mereaksikan bahan organik dan air dengan konversi 70% sehingga memperoleh kemurnian 99%. Pra rencana pabrik Metana ini diharapkan mampu berproduksi dengan : Kapasitas produksi 16.662 ton/tahun,Waktu operasi 300 hari/tahun, 24 jam/hari Lokasi pabrik akan dibangun di Kecamatan Mbay Kabupaten Nagekeo Provinsi Nusa Tenggara Timur .Bentuk perusahaan Perseroan Terbatas (PT), Struktur Organisasi Garis dan Staft Ditinjau dari perhitungan analisa ekonomi terhadap pabrik Metana, maka diperoleh data sebagai berikut :Total Capital Invesment (TCI) :Rp 176.674.606.135 Return Of Invesment (ROIBT) : 38,87 % Return Of Invesment (ROIAT) : 31,51 % Play Out Time (POT) : 3,5 tahun Break Even Point (BEP): 32,15 % Internal Rate Of Return (IRR) : 17,29 %. Maka dapat disimpulkan bahwa Pra Rencana Pabrik Metana dari kotoran sapi dengan Kapasitas 16.662 ton/tahun adalah layak didirikan.
KATA PENGANTAR
Jiwaku memuliakan Tuhan dan hatiku bersuka cita karena Allah Juru Selamatku, sebab Ia telah melakukan perbuatan-perbuatan yang besar kepadaku dan nama-Nya adalah Kudus. Atas berkat dan uluran tangan kasih-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir (PRP) yang berjudul “Pra Rencana Pabrik Metana Dari Kotoran Sapi dengan Kapasitas 16.662 Ton / Tahun”.
Penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan berbagai pihak. Oleh sebab itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Prof. Dr. Ir. Wani Hadi Utomo, M.Sc, selaku Rektor Universitas Tribhuwana Tunggadewi Malang yang telah memberi peluang bagi kami untuk belajar di kampus UNITRI.
2. Nawir Rasidi, ST. MT selaku Dekan Fakultas Teknik yang telah banyak memberikan bimbingan, arahan dan dukungan dalam penyelesaikan tugas akhir ini.
3. SP. Abrina Anggraini, ST. MT selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia yang telah banyak memberikan bimbingan, arahan dan dukungan dalam penyelesaikan tugas akhir ini.
4. Ir. Achmad Chumaidi, MT selaku dosen pembimbing I yang telah banyak memberikan bimbingan, arahan dan dukungan dalam penyelesaikan tugas akhir ini.
5. Ir. Taufik Iskandar selaku dosen pembimbing II yang telah banyak memberikan bimbingan, arahan dan dukungan dalam penyelesaian tugas akhir ini.
6. Susy Yuniningsih. ST. MT. selaku dosen penguji atas bimbingan dan masukkan yang diberikan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Orang tua dan seluruh keluarga besar yang selalu mendo’akan, memberikan dukungan dan semangat pada penulis mulai awal perkuliahan hingga mengerjakan tugas akhir ini.
8. Rekan-rekan teknik kimia terutama angkatan 2003 dan semua pihak yang telah banyak membantu hingga terselesainya tugas akhir ini. Tugas akhir ini tentunya masih terdapat banyak kesalahan dan kekurangan,
oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran demi penyempurnaan tugas akhir ini. Akhirnya, penulis berharap agar tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Malang, Novenber 2008
Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
LEMBAR PERSETUJUAN
LEMBAR BERITA ACARA UJIAN TUGAS AKHIR
LEMBAR PERNYATAAN
RIWAYAT HIDUP
LEMBAR PERSEMBAHAN
ABSTRAKSI .................................................................................................. i
KATA PENGANTAR.................................................................................... ii
DAFTAR ISI .................................................................................................. iii
DAFTAR TABEL ......................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... v
DAFTAR GRAFIK ...................................................................................... vi
BAB I. PENDAHULUAN .............................................................................. I-1
BAB II. SELEKSI DAN URAIAN PROSES ................................................. II-1
BAB III. NERACA MASSA .......................................................................... III-1
BAB IV. NERACA PANAS ........................................................................... IV-1
BAB V. SPESIFIKASI PERALATAN .......................................................... V-1
BAB VI. PERANCANGAN ALAT UTAMA FERMENTOR ....................... VI-1
BAB VI. PERANCANGAN ALAT UTAMA ABSORBER .......................... VI-1
BAB VII. INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ................. VII-1
BAB VIII. UTILITAS .............................................................................. .....VIII-1
BAB IX. LOKASI DAN TATA LETAK ....................................................... IX-1
BAB X. ORGANISASI PERUSAHAAN ..................................................... X-1
BAB XI. ANALISA EKONOMI .................................................................... XI-1
BAB XII. KESIMPULAN .............................................................................. XII-1
DAFTAR PUSTAKA
APPENDIX :
APPENDIX A. PERHITUNGAN NERACA MASSA ........................ APP A-1
APPENDIX B. PERHITUNGAN NERACA PANAS ......................... APP B-1
APPENDIX C. PERHITUNGAN PERALATAN................................. APP C-1
APPENDIX D. PERHITUNGAN UTILITAS ..................................... APP D-1
APPENDIX E. PERHITUNGAN ANALISA EKONOMI .................. APP E-1
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Komposisi gas bio..................................................................I-6
Tabel 1.2. Data Jumlah Sapi di Pulau Flores Propinsi NTT...................I-8
Tabel 2.1 Perbandingan sistem batch dan sistem kontinyu ....................II-5
Tabel 3.1 Neraca Massa pada Tangki Pengencer Kapur ........................III-2
Tabel 3.2 Neraca Massa pada Tangki Pencampur Feed .........................III-2
Tabel 3.3. Neraca Massa pada Tangki Pemanas.....................................III-4
Tabel 3.4 Neraca Massa pada Tangki Buffer..........................................III-4
Tabel 3.5 Neraca Massa pada Fermentor................................................III-6
Tabel 3.6 Neraca Massa pada Absorber .................................................III-8
Tabel 3.7 Neraca Massa pada Menara Regenerasi .................................III-9
Tabel 3.8 Neraca Massa pada Kompresor ..............................................III-10
Tabel 3.9 Neraca Massa pada Screw Press .............................................III-11
Tabel 4.1. Neraca Panas pada Tangki Pemanas......................................IV-1
Tabel 4.2. Neraca Panas pada Fermentor................................................IV-2
Tabel 4.3. Neraca Panas pada Cooler .....................................................IV-3
Tabel 7.1. Instrumentasi pada tiap peralatan..........................................VII-5
Tabel 7.2. Alat keselamatan kerja...........................................................VII-14
Tabel 9.1. Keterangan Gambar ...............................................................IX-13
Tabel 10.1. Jadwal Kerja Karyawan .......................................................X-12
Tabel 10.2. Perincian Jumlah Tenaga Kerja ...........................................X-14
Tabel 11.1. Cash Flow untuk Npv Selama 10 Tahun ...........................XI-12
Tabel A.1. Neraca Massa pada Tangki Pengencer Kapur......................APP A-1
Tabel A.2. Neraca Massa pada Tangki Pencampur Feed .......................APP A-3
Tabel A.3. Neraca Massa pada Tangki Pemanas ....................................APP A-5
Tabel A.4. Neraca Massa pada Tangki Buffer........................................APP A-6
Tabel A.5. Neraca Massa pada Fermentor..............................................APP A-8
Tabel A.6. Neraca Massa pada Absorber................................................APP A-13
Tabel A.7. Neraca Massa pada Menara Regenerasi................................APP A-15
Tabel A.8. Neraca Massa pada Kompresor ............................................APP A-16
Tabel A.9. Neraca Massa pada Screw Press ...........................................APP A-16
Tabel B.1. Neraca Panas pada Tangki Pemanas .....................................APP B-1
Tabel B.2. Neraca Panas pada Fermentor ...............................................APP B-9
Tabel B.3. Neraca Panas pada Cooler.....................................................APP B-17
Tabel D.1. Kebutuhan Air Pendingin .....................................................APP D-2
Tabel D.2. Kebutuhan Air Proses ...........................................................APP D-3
Tabel D.3 . Kebutuhan Air yang di Disuplay…………………………...APP D-3
Tabel D.4. Pemakaian listrik pada peralatan proses produksi ................APP D-103
Tabel D.5. Pemakaian listrik pada daerah pengolahan air......................APP D-103
Tabel D.6. Pemakaian listrik untuk penerangan .....................................APP D-105
Tabel E.1. Indeks Harga Alat Pada Tahun Sebelum Evaluasi ................APP E-2
Tabel E.2. Harga Peralatan Proses pada Tahun 2010 .............................APP E-5
Tabel E.3. Harga Peralatan Utilitas pada Tahun 2010............................APP E-6
Tabel E.4 Daftar Gaji / Upah Karyawan.................................................APP E-10
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram alir sistem batch ..................................................II- 2
Gambar 2.2. Pembuatan Gas metana secara kontinue ............................II- 4
Gambar 9.1. Peta Lokasi Pabrik Gas Metana ..... ................................. IX-8
Gambar 9.2. Tata letak Pabrik Gas Metana ............................................IX-12
Gambar 9.3. Tata Letak Peralatan Proses ...............................................IX-16
DAFTAR GRAFIK
Grafik 11.1. Perhitungan Break Event Point...........................................IX-14
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang
Saat ini Indonesia menerapkan kebijakan baru yang cukup meresahkan
masyarakat yaitu pengurangan subsidi bahan bakar minyak secara bertahap. Ini
menyebabkan harga BBM semakin hari akan semakin meninggi yang tidak diimbangi
dengan daya beli masyarakat. Padahal selama ini masyarakat telah sedemikian
tergantung terhadap bahan bakar fosil ini.
Energi alternative kurang begitu dilirik oleh pemerintah dan juga masyarakat.
Sehingga aplikasinya hanya bersifat proyek penelitian ataupun proyek kecil yang
bersifat lokal. Padahal energi alternative yang terbarukan sebenarnya sangatlah
mudah dikonstruksikan dan dipakai.
Sementara di Indonesia bergolak masalah bahan bakar fosil, maka masyarakat
di luar negeri telah membangun instalasi dalam skala besar untuk memproduksi
energi alternatif dari bahan terbarukan serta ramah lingkungan. Salah satunya adalah
biogas.
Bahan baku dari biogas ini sangat mudah dan bermacam-macam yaitu limbah industri
(padat dan cair) pertanian dan peternakan serta limbah domestik/sampah kota.
Dinegara lain seperti India dan Cina biogas digunakan untuk bahan bakar memasak
I- 1
dan penerangan /listrik. Sedangkan di Negara-negara Eropa dan Amerika biogas
digunakan sebagai bahan bakar (biofuel).
Kotoran sapi merupakan bahan baku utama dan terbaik serta memiliki hasil
biogas yang paling besar dibandingkan dengan bahan lain, selain itu waktu
inkubasinya juga lebih cepat
Pembuatan biogas ini umumnya merupakan program Zero Weste, yaitu
dengan mengolah limbah menjadi kompos dengan proses yang mudah serta
menghasilkan zat hara yang bernilai tinggi. Sehingga ini akan menjadi solusi dari
meningginya harga pupuk kimia. Karena di samping masalah harga, penggunaan
pupuk kimia serta kontiyu akan menyebabkan tanah akan menjadi keras dan
kehilangan unsure hara.
1.2. Manfaat Gas Metana
Dari hasil penelitian menunjukan bahwa biogas untuk 1 ekor sapi yang
dihasilkan adalah 1 m3/hari (maksimal) dan 1 m3/hari untuk 1,5 ekor sapi. Jika nilai
kalor 1 m3 biogas minimal adalah 4.700 kkl (efisiensi kompor 60), sedangkan nilai
kalor minyak tanah 9100 kkl (efisiensi kompor 50%), maka 1 m3 biogas akan setara
dengan 0,62 liter minyak tanah.
Peternak sapi perah yang memiliki 4 ekor peliharaan dan mendaptkan biogas
sebanyak 2,7-4 m3/hari yang artinya dapat menghemat 1,7 – 2,5 liter minyak/hari.
I- 2
Jumlah yang lebih dari cukup untuk keperluan penyediaan energi rumah tangga
pedesaan. Jumlah ini juga setara dengan 9,5 – 14 kg kayu bakar /hari.
Dari analisa tersebut dapat diperkirakan berapa penghematan minyak tanah
secara makro jika pemanfaatan biogas ini dilakukan secara intensif dan terstruktur.
Begitu pula dengan penurunan perusakan lingkungan hidup akibat pengambilan kayu
bakar yang secara terus menerus. Selain itu adalah solusi dari penanggulangan
masalah limbah peternakan yang dikhawatirkan bisa mengganggu kesehatan manusia.
Secara spesifik dan lebih lanjut biogas dengan pengambilan metana murni
dapat dikonversi menjadi berbagai macam energi dan aplikasinya yaitu 1 m3 biogas
dapat digunakan untuk melakukan kegiatan-kegiatan seperti:
1. Memasak untuk keperluan keluarga (5-6 orang) selam 3 jam.
2. Menyalakan lampu listrik 80 watt selam 6 jam
3. Menjalankan motor berkekuatan 1 hp selam 2 jam
4. Menggerakan truk berbobot 3 ton sejauh 2,8 km.
5. Membangkitkan listrik sebesar 1,25 kw
1.3. Komposisi dan Sifat Bahan Baku dan Produk
1.3.1. Sifat Bahan Baku Utama
Bahan baku utama: Kotoran Sapi
Sifat Fisika:
- Bentuk; Padat (19,78% cair)
I- 3
- Warna: Hijau
- Bau: Tajam dan menyengat
Sifat kimia:
- Larut dalam air
- pH asam
- Bersifat korosi
Unsur-unsur yang terdapat dalam kotoran sapi adalah :
Selulosa = 76,52%
NH3 = 1,46%
P (Phosfor) = 0,93%
K (Kalium) = 0,68%
Ca (Calsium) = 0,24%
Mg = 0,18%
H2S = 0,21%
Air = 19,78%
1.3.2. Sifat-sifat bahan pembantu
1. Air (H2O)
Sifat fisika:
• Tidak berwarna
• Tidak bau
• Pelarut yang baik
I- 4
Sifat kimia:
• Rumus kimia: H2O
• Berat molekul: 18
• Titik beku: 00C
• Titik didih: 1000C
2. Kapur (Ca(OH)2)
Sifat fisika:
• Berwarna putih gading
• Bentuk kristal hexagonal
• Larut dalam air dan NH4Cl
Sifat kimia:
• Berat molekul: 74,10
• Spesifik grafity: 2,2
• Titik lebur: 5800C
• Panas pembentukan: -213,90 kkal/mol
• Energi pembentukan: -213,90 kkal/mol
1.3.3. Produk utama: Methane (CH4)
Gas metana terdapat dalam biogas dengan komposisi sebagai berikut :
I- 5
Table 1.1. Komposisi gas bio
Komponen Konsentrasi
Metana (CH4)
Karbon diosida (CO2)
Air (H2O)
Hidrogen sulfida (H2S)
Nitrogen (N2)
Oksigen (O2)
Hidrogen (H2)
50 -75% vol.
25 – 45% vol.
2 – 7% vol. (20 – 40o C )
20 – 20.000 ppm
<2% vol.
<2% vol.
<1% vol.
Sumber : Kaltschmitt dan Hartmann, 2001
Sifat fisika:
• Bentuk = gas
• Titik lebur = 182,60C
• Titik didih = 161,40C
• Tidak berbau
• Tidak berwarna
Sifat Kimia:
• Berat molekul = 16,04
• Kelarutan dalam (100 bagian) air = 0,420cc
• Larutan dalam (100 bagian) alkohol = 4720cc
• Larutan dalam (100 bagian) ether = 10420cc
• Spesifik geravity = 0,415+164
• Ekplosif pada komsentrasi 10-12%
I- 6
1.3.4. Produk Samping
1. dry ice
Sifat kimia:
• Berwarna putih
• Berbentuk gumpalan es kering
• Tidak mudah mencair
Sifat kimia
• Barat molekul: 44,004
• Solubility: 79ft3/ft3 air
• Panas laten: 241 BTU
2. Kompos
Sifat fisik
• Bentuk: padat (5%air)
• Warna: hijau
• Bau: tidak terlalu tajam
Sifat kimia
• Larut dalam air
• pH asam
• Bersifat korosi
I- 7
1.3.5. Perhitungan kapasitas pabrik
Dalam mendirikan pabriik diperlukan suatu perkiraan kapasitas produksi agar
produk yang dihasilkan sesuai dengan permintaan dan bahan bakunya.
Berdasarkan tabel 1.2 maka pabrik layak didirikan di daerah Flores Tengah
tepatnya di kota Mbay Kabupaten Nagekeo, karena jumlah populasi sapi paling
banyak dan secara transportasinya menguntungkan karena tidak terlalu jauh antara
daerah yang satu dengan yang lainnya dan juga dekat dengan daerah pemasaran yaitu
pusat pemasaran wilayah Flores. Dengan populasi ternak rata-rata sebesar 57.118
ekor sehingga kebutuhan bahan baku bisa mencukupi. Kotoran yang dihasilkan
setiap sapi sekitar 8 – 15 kg /hari, diambil asumsi kotoran yang dihasilkan 10 kg/hari
dan populasi sapi yang dipakai 35.000 ekor sehingga persediaan bahan baku
(kapasitas bahan baku) per hari kotoran sapi adalah 350.000 kg/hari.
Tabel 1.2. Data Jumlah Sapi di Pulau Flores Propinsi NTT
Kabupaten Total % Tahun Flotim Sikka Ende Ngada Manggarai
2003 1499 4621 6393 32869 10031 55413 2004 1528 4711 6517 33505 10225 56486 1.942005 1555 4795 6647 34263 10447 57707 2.162006 1586 4889 6781 34953 10658 58867 2.01
Jumlah 228473 6.11Rerata 57118 2.04
Sumber : BPS Propinsi NTT
Untuk menentukan kapasitas bahan baku pabrik digunakan rumus :
F = P (1 + i)n
I- 8
Dimana :
F = Nilai tahun mendatang
P = Nilai tahun sebelumnya
i = Nilai persentase kenaikan
n = Selisih tahun (2010-2006)
Asumsi :
Kenaikan populasi ternak sapi tiap tahun 2,04%
Maka :
F = 58.867 (1 + 0,0204)4
= 58.867 (1,0204)4
= 58.867 x 1.084131
= 63.820
Untuk menetukan kapasitas pabrik per tahun diasumsi 55% dari populasi
ternak sapi. Sehingga pabrik diperkirakan berdiri di kota Mbay Kabupaten Ngada,
dengan basis bahan baku per tahun 105.000 ton/tahun. Dengan dasar perhitungan
bahan baku per hari yaitu 350.000 kg/hari = 350 ton/hari.
Proses produksi dalam 1 tahun = 300 hari
Basis bahan baku dalam 1 tahun = 350 ton/hari x 300 hari/tahun
= 105.000 ton/tahun
Jadi pabrik tersebut merupakan pabrik biogas (metana) dengan skala
menengah yang belum pernah ada di Indonesia, sedangkan pabrik biogas yang ada
I- 9
adalah pabrik biogas untuk energi listrik di daerah Jawa Barat, dan beberapa dengan
skala rumah tangga yang tersebar di daerah pedesaan di pulau Jawa.
I- 10
BAB II
SELEKSI DAN URAIAN PROSES
2.1. Pengertian Seleksi Dan Uraian Proses
Seleksi dan uraian proses merupakan suatu bagian dalam perencanaan
pendirian pabrik dimana pada bagian tersebut akan dipilih atau diseleksi dalam
beberapa alternatif proses yang memungkinkan. Pemilihan proses akan
disesuaikan tentang bagaimana memilih proses dengan memperhatikan parameter
segi teknis dan segi ekonomis. Segi teknis meliputi proses dan kondisi operasi,
sedangkan segi ekonomis meliputi biaya operasi. Proses yang dipilih akan
disesuaikan pada uraian proses secara detail.
2.2. Tujuan Seleksi dan Uraian Proses
Tujuan seleksi dan uraian proses untuk mendapatkan proses yang terbaik
diantara beberapa alternatif proses yang memungkinkan dari segi teknis maupun
segi ekonomis.
2.3. Macam-macam Proses
Proses pembuatan gas metana dari kotoran sapi dilakukan dengan proses
fermentasi anaerobik (tidak kontak dengan udara luar) di dalam reaktor yang
sekaligus sebagai fermentor dan disebut dengan digester.
Macam-macam prosesnya antara lain :
2.3.1. Sistem batch
Batch adalah jenis digester yang pengisian bahan organik (campuran
kotoran ternak dan air) dilakukan sekali sampai penuh, kemudian ditunggu sampai
biogas dihasilkan. Setelah biogas tidak berproduksi lagi atau produksinya sangat
II- 1
rendah, isian digesternya dibongkar, lalu diisi kembali dengan kotoran sapi yang
baru. Sistem pengumpanan dilakukan ke dalam digester, kalau menggunakan
starter maka ditambahkan secara bersamaan. Setelah itu ditunggu sampai masa
inkubasi berakhir 3-4 minggu dan gas hasil (biogas) diperoleh pada lubang output
secara kontinyu. Setelah selesai maka bahan dikeluarkan secara bersamaan pula.
Jumlah gas yang diperoleh setiap hari akan meningkat hingga pencapaian
maksimum dan kemudian menurun. Untuk mengatasi ketidakstabilan peroleh gas
maka sistem ini membutuhkan digester yang cukup besar dan dalam jumlah
banyak secara paralel untuk waktu star yang berbeda.
Untuk mengatasi temperatur digester dan mengencerkan limbah padat,
sebagian liquid dimasukkan ke digester dari atas dipompa melewati heat
exchanger dan direycle ke atas digester.
fweFFFFF
Feed
Metana Slury
Adsorber
Fermentor
Gambar 2.1. Diagram alir sistem batch.
2.3.2. Sistem kontinyu
Kontinyu adalah jenis digester yang pengisian bahan organiknya dilakukan
setiap hari dalam jumlah tertentu, setelah biogas mulai berproduksi. Pada
pengisian awal digester diisi penuh, lalu ditunggu sampai biogas berproduksi.
II- 2
Setelah berproduksi pengisian bahan organik secara kontinyu setiap hari dengan
jumlah tertentu.
Setiap pengisian bahan organik yang baru akan selalu diikuti pengeluaran
bahan sisa (sludge). Karena itu, jenis digester ini akan didesain dengan membuat
lubang pemasukkan dan lubang pengeluaran. Sludge adalah cairan lumpur yang
keluar dari digester yang telah mengalami fermentasi. Sludge bisa dipisahkan
menjadi bagian padatan dan cairan yang semuanya dapat dimanfaatkan langsung
sebagai pupuk tanaman, yaitu pupuk organik padat dan pupuk organik cair.
Digester jenis kontinyu mempunyai dua model yatiu model tetap (fixed)
dan model terapung (floating). Perbedaan model ini adalah pengumpul biogas
yang dihasilkan. Pada model floating, pengumpul gasnya terapung diatas sumur
pencerna sehingga kapasitasnya akan naik turun sesuai dengan produksi gas yang
dihasilkan dan pemanfaatan gas untuk memasak.
II- 3
Bahan baku
(kotoran Sapi) Pemberian bahan baku dilakukan secara terus Pemberian bahan baku dilakukan secara terus
menerus dalam jumlah tertentu. menerus dalam jumlah tertentu. Tahap Prereatement Tahap Prereatement Tangki pencampur
air
Fermentasi • Tahap hidrolisa • Tahap pengasaman • Tahap pembentukan
metana
Pemberian
starter Tahap Reaksi Tahap Reaksi Pendinginan (30 0C) Tahap Pemurnian Tahap Pemurnian Kompresi (10 bar)
Penyerapan gas H2S
dan CO2
Gas impuritis Tahap Penanganan Produk Tahap Penanganan Produk
Metana 99%
Kompresi 3 bar
Tahap Penanganan Tahap Penanganan Produk Samping Produk Samping
Pengemasan
Kompresi (46 bar)
Dry ice
Regerasi
Produk bawah
Gambar 2.2. Pembuatan Gas metana secara kontinue Gambar 2.2. Pembuatan Gas metana secara kontinue
II- 4
2.4. Pemilihan proses
Perolehan gas dengan jumlah dan kualitas maksinum dapat dilakukan
dengan pemilihan proses yang tepat, dan didukung dengan pertimbangan dari
aspek teknis, biologis dan ekonomi serta lingkungan. Perbandingan dapat dilhat
pada tabel berikut ini :
Tabel 2.1. Perbandingan sistem batc dan sistem kontinyu
Parameter Sistem batch Sistem kontinyu
Teknis • Kurang fleksibel
• Tidak membutuhkan
teknologi tinggi.
• Sulit dilkontrol, resiko
ledakan selama
pengosongan.
• Membutuhkan pretreatment
yang rumit.
• Desain fleksibel
• Membutuhkan teknologi yang
tinggi
• Mudah dikontrol selam
operasi
• Tidak membutuhkan
pretreatment yang rumit
Biologis • Organic Loading Rate kecil
• Yield biogas kecil
• Waktu fermentasi lambat
• Organic Loading Rate tinggi
• Yield biogas tinggi
• Waktu fermentasi cepat
Ekonomi
dan
lingkungan
• Biaya infestasi kecil
• Dibutuhkan lahan yang luas
• Biaya pengendalian slury
besar
• POT lambat
• ROI rendah
• Biaya investasi besar
• Tidak membutuhkan lahan
luas
• Biaya pengendalian slury
kecil
• POT cepat
• ROI tinggi
II- 5
Dilihat dari parameter yang ada maka dapat diputuskan bahwa proses yang
digunakan dalam perencanaan pabrik biogas ini adalah proses secara kontinyu-
dengan dasar pertimbngan sebagai berikut :
• Aspek teknis yang fleksibel dan mudah dikontrol
• Tidak membutuhkan pretreatment yang rumit
• Produk yang dihasilkan lebih banyak dan berkualitas
• Dari segi ekonomi lebih menguntungkan
• Pada tahap uraian proses ada yang dilakukan secara kontinyu dan juga
secara batch.
2.5. Uraian Proses
Proses pembuatan biogas merupakan proses fermentasi anaerobik yaitu
proses dekomposisi bahan-bahan organik secara biologis dengan bantuan
mikroorganisme yang menghasilkan biogas dan kompos pad lingkungan tanpa
adanya oksigen. Secara umum kandungan karbon di dalam sampah dapat
dikonversi menjadi biogas (campuran metana dan CO2), sedangkan kandungan
nutriennya akan dikonversi menjadi kompos.
Proses pembuatan gas metana secara garis besar dibagi ke dalam tahap-
tahap berikut ini :
1. Tahap pretreatment
2. Tahap reaksi
3. Tahap pemurnian produk
4. Tahap penamganan produk utama
5. Tahap penanganan hasil samping
II- 6
2.5.1. Tahap pretreatment
Pada tahap persiapan bahan baku dilakukan proses secara kontinyu. Pada
tahap ini faktor yang perlu diperhatikan untuk mempermudah proses reaksi serta
mampu menghasilkan produk dengan kuantitas dan kualitas yang tinggi adalah :
1. Pemilihan jenis bahan baku dan kualitasnya
Bahan baku dalam bentuk selulosa mudah dicerna oleh bakteri anaerobik.
Tetapi bila banyak mengandung lignin maka pencernaa menjadi sukar.
2. Faktor keasaman (pH)
pH optimum bakteri anaerobik bekerja yaitu antara 6,8 – 8. Pada kondisi
ini akan mencapai hasil laju produksi maksimum.
3. Pengenceran bahan baku isian
Jenis kotoran pengencer isian dengan air dilakukan berbeda-beda agar
diperoleh isian dengan kandungan bahan kering yang optimum. Adapun
isian yang paling baik untuk menghasilkan gas metana mengandung 7 – 9
% bahan kering.
4. Faktor temperatur
Perkembangbiakan bakteri dipengaruhi oleh temperatur. Temperatur kerja
yang optimum untuk menghasilkan metana adalah 300C.
5. Faktor pengadukan
Pengadukan dilakukan agar hambatan terhadap laju gas metana yang
dihasilkan dapat dikurangi. Adapun hambatan yang sering terjadi biasanya
bahan baku yang membentuk kerak pada permukaan cairan.
II- 7
Bahan baku berupa kotoran sapi dengan pH 4-5 dan suhu 300 C ditampung
dalam Storage kotoran sapi (F-113) kemudian diangkut dengan bucket elevator (J-
117) menuju bin kotoran (F-114) ke dalam tangki pencampur/mixing tank (M-
110) beroperasi 15-50 rpm, kemudian disertai dengan penambahan air dengan
perbandingan 2 : 1 ( 2 kg air : 1 kg kotoran sapi ). Bubuk kapur dari bin kapur (F-
112) dialirkan ke tangki pengencer (M-111) untuk diencerkan dengan air hingga
konsentrasi 10 %, kemudian hasilnya dialirkan ke mixing tank. Hasil campuran
dari mixing tank dipompa ke tangki pemanas (R-121) sampai suhu sekitar 50 0C
dan pH 7-8. setelah itu bahan siap dipompa ke tahap berikutnya.
2.5.2. Tahap reaksi
Pada tahap ini proses yang digunakan secara batch dimana setelah bahan
memenuhi syarat pH 7-8 dan temperatur 50 0C serta tekanan 1 bar, maka dapat
langsung dipompakan ke tangki buffer (F-123) untuk pengkondisian kapasitas
untuk mensuplai kebutuhan feed pada digester/fermentor (R-120). Bahan
dimasukkan dalam fermentor dengan tujuan untuk didegradasi / diuraikan oleh
bakteri fermentatif untuk menghasilkan biogas dengan retention time pada
digester adalah 2 hari. Dari biogas yang dihasilkan maka lebih dari 60 % berupa
gas metana. Proses dalam tahap ini dijaga pada pH 7-8 dan suhu 50 0C.
Mikrobia merupakan salah satu faktor kunci yang ikut menentukan berhasil
tidaknya suatu proses penanganan limbah cair organik secara biologi. Keadaan
sangat penting diperlukan untuk berbagai tahapan dalam perombakan bahan
organik.
II- 8
Machaim (1992) menyatakan bahwa efektifitas biodegradasi limbah organik
menjadi metana membutuhkan aktifitas metabolik yang terkoordinasi dari
populasi mikroba yang berbeda-beda. Populasi mikroba dalam jumlah dan kondisi
fisiologi yang siap diinokulasikan pada media fermentasi disebut sebagai starter.
Sejumlah besar bakteri anaerobik yang terlibat dalam proses hidrolisis dan
fermentasi senyawa organik antara lain adalah Bacteroides, Bifidobacterium,
Clostridium, Lactobacillus, dan Streptococcus. Bakteri asidogenik (pembentukan
asam) seperti Clostridium, bakteri asetogenik (bakteri yang memproduksi asetat
dan H2) seperti Syntrobacter wolinii dan Syntrohomonas wolfei (Said, 2006).
Berikut dalah mekanisme reaksi perombakan bahan organik (selulosa) :
1. Tahap Hidrolisa
Pada tahapan hidrolisa, mikroba hidrolitik mendegradsi senyawa organik
kompleks yang berupa polimer menjadi monomernya yang berupa senyawa tak
terlarut dengan berat molekul yang lebih ringan. Proses hidrolisis membutuhkan
mediasi exo-enzim yang dieksresi oleh bakteri fermentatif. Pada tahap hidrolisis,
bahan-bahan biomasa yang mengandung selulosa, hemiselulosa diuraikan
Hidrolisis molekul komplek dikatalisasi oleh enzim ekstra seluler seperti sellulase,
protease dan lipase (Said, 2006).
Reaksi yang terjadi :
C6H10O5 + H2O C6H12O6
Selulosa glukosa
C6H12O6 + H2O 2CH3CH2OH + 2CO2
Glukosa etanol
II- 9
2. Tahap Asetogenesis
Monomer-monomer hasil hidrolisis dikonversi menjadi asam asetat.
CH3CH2OH + 2CO2 CH3COOH + 2H2
Etanol asam asetat
3. Tahap Pembentukan Metana (Metanogenesis)
Pada tahap ini, terbentuk metana dan karbondioksida. Metana dihasilkan dari
asam asetat.
CH3COOH CH4 + CO2
Asam asetat metana
2.5.3. Tahap pemurnian
Pada tahap ini produk berupa biogas dilewatkan cooler (E-131) untuk
menurunkan suhu dari 50 0C hingga 30 0C, kemudian dialirkan ke kompresor (G-
132) untuk menaikkan tekanan dari 1 bar hingga 10 bar. Setelah itu langsung
dialirakan ke absorber (D-130) untuk penyerapan gas H2S dan CO2 dengan
menggunakan air pada suhu yang sama yaitu 30 0C, gas CH4 yang tidak larut
dalam air dapat langsung diperoleh sebagai produk utama dengan kemurnian 99%,
dan ditangkap oleh gas holder (F-134).
2.5.4. Tahap penanganan produk
Gas metana pada suhu 30 0C dan tekanan 10 bar yang sudah dimurnikan
hingga 99% ditangkap oleh gas holder (134), kemudian dicairkan dengan
penaikkan tekanan pada kompresor (G-139) sampai tekanan 46 bar. Setelah itu
metana siap dikemas dan dipasarkan.
II- 10
2.5.5. Tahap penanganan produk samping
Gas impurities yang telah terlarut dalam air, dilewatkan ekspander (G-135)
untuk menurunkan tekanan dari 10 bar hingga 1 bar pada suhu 30 0C, agar
solubilitynya turun hingga mendekati nol, sehingga gas impurities tersebut
terpisah dari air. Pemisahan gas impurities terjadi dalam kolom menara regenerasi
(F-136), dimana air akan menjadi produk bawah dan direcycle menuju kolom
water scrubber sedangkan gas impurities menjadi produk atas dan diolah lebih
lanjut.
Gas impurities yang telah dipisahkan dengan air dikompresi dengan
kompresor multistage (G-138), proses yang terjadi pertama tekanan mencapai titik
kritis CO2 sehingga gas H2S terpisah dan menguap ke atas dan masuk flare.
Setelah dikompresi, lebih lanjut CO2 menjadi snow (dry ice) dan siap dikemas.
Sludge hasil samping dari proses fermentasi dilewatkan pada screw press (H-140)
untuk memisahkan menjadi padatan dan cairan. Hasil padatan akan diaerasi dalam
bak terbuka menjadi kompos (F-142), sedangkan cairnya akan menjadi pupuk cair
dan masuk ke bak penampung slury cair (F-141).
II- 11
BAB III
NERACA MASSA
Keperluan bahan dalam satu (1) hari adalah sebanyak 300 ton/hari atau 300.000
kg/hari.
Basis bahan baku per tahun = 105.000 ton
= 105.000.000 kg.
Basis bahan baku per jam =105.000.000 tahun
kg x 21 harijam x 300
tahunhari
Basis Bahan baku per jam = 16.666,7 kg/jam
Kapasitas pabrik = 2644,8 kg/jam
= 2644,8 kg/jam x 21 kg/hari x 300 kg/ tahun
= 16.662.240 kg/tahun
= 16.662,240 ton/tahun
Dalam satu tahun = 300 hari kerja
1 hari = 21 jam
Satuan = kg/jam
III- 1
1. Tangki Pengencer Kapur (M-111)
Fungsi : untuk mengencerkan konsentrasi bubuk kapur 93% menjadi susu kapur
10 %.
H2O
CaO 93% Ca(OH)2 10 %
Bahan Masuk (Kg/jam) Bahan Keluar (Kg/jam)
CaO = 4,3899 kg
H2O untuk reaksi = 1,3104 kg
Ca(OH)2 = 5,4 kg
H2O = 54 kg
Inert = 0,02073 kg
Losess = 0,01
Jumlah = 5,7003 kg
Air pengencer = 54 kg
Jumlah = 59,7003 kg
Jumlah = 59,7003 kg
2. Tangki Pencampur Feed (M-110)
Fungsi : untuk mencampurkan kotoran sapi serta air pengencer.
III- 2
H2O
Kotoran Sapi Kotoran sapi + Ca(OH)2
Mixing tank
Bahan Masuk Bahan Keluar
Kotoran sapi
Selulosa= 76,52% x 16.666,7 = 12.753,36 kg
NH3 = 1,46 % x 16.666,7 = 243,33 kg
P = 0,93% x 16.666,7 = 155 kg
K = 0,68% x 16.666,7 = 113,334 kg
Ca = 0,24% x16.666,7 = 40 kg
Mg = 0,18% x16.666,7 =30 kg
H2S = 0,21% x16.666,7 =35 kg
Air = 19,78% x16.666,7 =3296,67 kg
Selulosa = 12753,36 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg =30 kg
H2S =35 kg
Ca(OH)2= 0,54 kg
Air = 19711,16 kg
Inert = 0,02 kg
Losses =0,01
Total = 16.666,7 kg
Air Pengencer = 16.666,7 kg `
Total = 33333.34 kg Total = 33333.34 kg
III- 3
3. Tangki Pemanas (R-121)
Fungsi: untuk memanaskan feed sebelum dicampur dengan susu kapur.
Feed masuk Feed Keluar
T = 500 C
Bahan Masuk Bahan Keluar
Selulosa = 12753,4 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg =30 kg
H2S =35 kg
Ca(OH)2= 0,54 kg
Air = 19711,16 kg
Selulosa = 12753,4 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg =30 kg
H2S =35 kg
Ca(OH)2= 0,54 kg
Air = 19711,16 kg
Inert = 0,01
Losess = 0,02
Total = 33333.34 kg Total = 33333.34 kg
4. Tangki Buffer (F-123)
Fungsi : untuk menstabilkan pH
III- 4
Ca(OH)2 10 %
Feed Masuk Feed Keluar
Bahan Masuk Bahan Keluar
Selulosa = 12753,4 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg =30 kg
H2S =35 kg
Ca(OH)2= 0,54 kg
Air = 19711,16 kg
Total = 33333.34 kg
Kapur :
Ca(OH)2 = 5,4 kg
H2O = 54 kg
Inert = 0,03073 kg
Selulosa = 12753,4 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg =30 kg
H2S =35 kg
Ca(OH)2= 5,4 kg
Air = 19.765.16 kg
Inert = 0,02073 kg
Losess = 0,01
Total = 33392,77 kg Total = 33392,77 kg
III- 5
5. Fermentor (R-120)
Fungsi : untuk tempat perombakan senyawa organik menjadi biogas.
Gas
Dari tangki
Slurry
70%
III- 6
Bahan Masuk Bahan Keluar
Dari Tangki Buffer
Selulosa = 12.753,36 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg = 30 kg
H2S = 35 kg
Ca(OH)2 = 5,4 kg
H2O = 19.765,16 kg
Insert = 0,03 kg
Dari Tangky Starter
Selulosa = 769.5939
NH4OH = 14.6838
P = 9.3534
K = 6.8390
Ca = 2.4137
Mg = 1.8103
H2S = 2.1120
Air = 198.9356
Produk atas
CH4 = 2644,8 kg
CO2 = 7273,2 kg
H2S = 35 kg
H2O = 665,64 kg
Total = 10.618,64kg
Produk bawah :
Selulosa = 3604.954 kg
NH4OH = 515.5338
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg = 30 kg
Ca(OH)2 = 5,4 kg
H2O = 19298,46 kg
Inert = 0,02 kg
Losess = 0,01
Total = 34.398,5129 Total = 34.398,5129
III- 7
6. Absorber (D-130)
Fungsi : untuk mengurangi kadar CO2 dan H2S dalam campuran biogas
CH490% Air
Biogas air = CO2 + H2S
Masuk Keluar
Biogas
CH4 = 2644,8 kg
CO2 = 7273,2 kg
H2S = 35 kg
H2O = 665,64 kg
Total = 10.618,64 kg
Air proses = 2.438,06 kg
Produk atas
CH4 = 2644,8 kg
CO2 = 25,9757 kg
Total = 2670,7757 kg
Produk bawah:
H2S = 35 kg
CO2 = 7247,2243 kg
H2O = 3103,7 kg
Total = 10.385,9243 kg
Inert = 0,02
Losess = 0,01
Total = 13.056,7 kg Total = 13.056,7 kg
III- 8
7. Menara Regenerasi (F-137)
Fungsi : untuk memisahkan kembali gas H2S dan CO2 dari air, karena air tidak
layak dibuang.
CO2, H2S
CO2, H2S,H2O H2O
Masuk Keluar
H2S = 35 kg
CO2 = 7247,2243 kg
H2O = 3103,7 kg
Produk Atas
CO2 = 7247,2243 kg
H2S = 35 kg
Total = 7282,2243 kg
Produk bawah
H2O = 3103,7 kg
Inert = 0,02 kg
Losess = 0,01
Total = 10.385,9243 kg Total = 10.385,9243 kg
III- 9
8. Kompresor (G-140)
Fungsi : untuk membuat dri ice (CO2 padat) dan sekaligus menguapkan gas H2S
karena gas tersebut tidak bisa memampat dan menuju gas holder.
Masuk Keluar
H2S = 35 kg
CO2 = 7247,2243 kg
H2S (produk atas) = 35 kg
Dri ice (produk bawah) = 7247,2243 kg
Inert = 0,02
Losess = 0,01
Total = 7282,2243 kg Total = 7282,2243 kg
9. Screw Press (F- 150)
Fungsi : Untuk memisahkan slurry padat dan cair.
Slury padat
Cair
Slury masuk :
Selulosa = 3604.954 kg
NH4OH = 515.5338
P = 155 kg
Slury padat
Selulosa = 3244,4586 kg
NH4OH = 510,378
P = 153,45 kg
III- 10
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg = 30 kg
Ca(OH)2 = 5,4 kg
H2O = 19298,46 kg
K = 112,2007 kg
Ca = 39,6 kg
Mg = 29,7 kg
Ca(OH)2 = 5,346 kg
Inert = 0,0248 kg
H2O = 3859,692 kg
Total = 7954.9041 kg
Slury Cair
Selulosa = 36,04954 kg
NH4OH = 4,9584 kg
P = 1,5345 kg
K = 1,1220 kg
Ca = 0,396 kg
Mg = 0,297 kg
Ca(OH)2 = 0,054 kg
Inert = 0,00025 kg
H2O = 15.438,768 kg
Total = 15483,1797 kg
Inert = 0,02 kg
Losess = 0,01 kg
Total = 23.438,0838 kg Total = 23.438,0838 kg
III- 11
III- 12
BAB IV
NERACA PANAS
Di pabrik biogas ini tidak semua alat mengalami interaksi panas, maka
perhitungan neraca panas hanya dikerjakan pada peralatan yang mengalami
interaksi panas.
Kebutuhan bahan baku :
Waktu operasi : 300 hari /tahun
: 21 jam/ hari.
Satuan : ∆H : kkal/jam
: Cp : kkal/kg. 0C
: m : kg/jam
: t : 0C
Suhu referensi : 25 0C = 298,1 K
1. TANGKI PEMANAS (R-121)
300C 500C ∆H1 ∆H2
∆Hk Q
1200C 1200C
Neraca panas total :
Panas masuk = panas keluar
∆H1 + Q = ∆H2 + ∆Hk + Qloss
Dimana :
IV- 1
∆H1 = panas yang terkandung pada bahan masuk
Q = panas yang terkandung pada steam
∆H2 = panas yang terkandung pada bahan keluar
∆Hk = panas yang terkandung dalam kondensat keluar
Qloss = panas yang hilang
Tabel 4.1. Neraca panas pada Tangki pemanasan
Komponen Panas masuk
(kkal/ jam)
Panas keluar
(kkal / jam)
Panas bahan masuk (∆H1)
Steam (Q)
Kondensat (∆Hk)
Panas bahan keluar (∆H2)
Panas hilang (Qloss)
155.600,0311
808.752,3550
80967,9331
835.166,8337
48217,6193
Total 964.352,3861 964.352,3861
2. FERMENTOR (120)
∆H1 ∆H2 ∆H3
Q
HR 500C
pendingin
Neraca panas total :
Panas masuk = panas keluar
∆H1 + HR = ∆H2 + ∆H3 + Q + Qloss
Dimana :
IV- 2
∆H1 = panas dalam bahan masuk
HR = panas reaksi
∆H2 = panas dalam biogas keluar
∆H3 = panas dalam slurry
Q = panas dari air pendingin
Qloss = panas yang hilang
Tabel 4.2. Neraca panas pada Fermentor
Komponen Panas masuk
(kkal/ jam)
Panas keluar
(kkal/ jam)
Panas masuk (∆H1)
Panas keluar (∆H2)
Panas dalam slurry (∆H3)
Panas reaksi (HR)
Panas air pendingin (Q)
Panas hilang (Qloss)
835.166,8337
405151,838
80.408,2191
683.831,4
355.724,373
21.500,7498
Total 1240318,243 1240318,243
3. COOLER I (E-131)
500C 300C
∆H1 ∆H2
Q
IV- 3
Neraca panas total :
Panas masuk = panas keluar
∆H1 = ∆H2 + Q + Qloss
Dimana :
∆H1 = panas pada bahan masuk
∆H2 = panas bahan keluar
Q = panas yang diserap oleh air pendingin
Qloss = panas yang hilang
Tebel 4.3. Neraca panas pada Cooler I
Komponen Panas masuk (kkal/jam) Panas keluar (kkal/jam)
Panas masuk (∆H1)
Panas keluar (∆H2)
Panas air pendingin (Q)
Q loss
80.408,2191
23384,8999
53.002,9082
4.020,4109
Total 80.408,2191 80.408,2191
IV- 4
IV- 5
BAB V
SPESIFIKASI PERALATAN
1. STORAGE KOTORAN SAPI (F-113)
Fungsi : Menyimpan feed kotoran sapi sebelum dialirkan ke tangki
pencampur.
Type : Tangki silinder dengan bagian bawah flat dan tutup atas
berbentuk standard dished.
Dimensi :
di = 239.375 in
Do = 240 in
ts = 5/16 in
tha = 5/16 in
Ls = 373,65 in
ha = 40,45 in
Tinggi strage = 414,10 in
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 3 buah
2. BUCKET ELEVATOR (J-117)
Fungsi : Mengangkut kotoran ke bin sebelum masuk tangki pencampur
Type : Centrifugal discharge
Kapasitas = 20 ton/jam
Kecepatan = 490,30 ft/menit
V- 1
Daya motor = 2,5 HP
Jumlah = 1 buah
3. BIN KOTORAN SAPI (F-115)
Fungsi : Menampung kotoran sapi sebelum masuk tangki pencampur
Type : Tangki silinder dengan tutup bawah berbentuk conis dengan
sudut 60o.
Dimensi :
di = 89.625 in = 7,47 ft
Do = 90
thb = 3/16
ts = 3/16
Tinggi tutup bawah = 6,47 ft = 77,64 in
Tinggi bin = 16,66 ft = 199,92 in.
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 1 buah
4. BIN CaO (F-112)
Fungsi : Menampung batu kapur sebelum masuk tangki pengencer.
Type : Tangki silinder dengan tutup bawah berbentuk conis dengan
sudut 60o.
Dimensi :
di = 37,625 in = 3,14 ft
Do = 38
thb = 3/16
V- 2
ts = 3/16
Tinggi tutup bawah = 2,64 ft = 31,70 in
Tinggi bin = 6,86 ft = 82,32 in.
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 1 buah
5. TANGKI PENGENCER (M-111)
Fungsi : Untuk mereaksikan antara CaO dan H2O yang akan membentuk
Ca(OH)2.
Type : Berbentuk bejana tegak dengan bagian badan berbentuk shell,
tutup atas berbentuk standard dished dan tutup bawah berbentuk
conical.
Dimensi :
di = 59,625 in = 4,97 ft
Do = 60
thb = 3/16
tha = 3/16
ts = 3/16
Tinggi tutup bawah = 4,30 ft = 51,65 in
Tinggi tutup atas = 0,8397 ft = 10,0766 in
Tinggi tangki = 10,2297 ft = 122,7564 in.
Jenis pengaduk : Axial turbine with 6 blades at 45o angle
Dimensi pengaduk :
Di = 19,875 in = 1,656 ft = 0,505 m
V- 3
Zi = 17,888 in = 1,49 ft = 0,45 m
L = 6,625 in
W = 3,379 in = 0,28 ft
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Daya : 7 Hp
Jumlah : 1 buah
6. POMPA (L-114)
Fungsi : Untuk memindahkan larutan dari tangki pengencer ke mixer.
Type : Pompa sentrifugal
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 0,540 in = 0,045 ft
ID = 0,364 in = 0,030 ft
A = 0,00072 ft2
Daya pompa = 1,0 Hp
Jumlah = 1 buah
7. TANGKI PENCAMPUR (M-110)
Fungsi : Untuk mencampur bahan baku dengan air dan Ca(OH)2
Type : Bejana tegak dengan bagian badan berbentuk shell, tutup atas
berbentuk standard dished dan tutup bawah berbentuk conical.
Dimensi :
di = 119,625 in = 9,97 ft
Do = 120
V- 4
thb = 3/16
tha = 4/16
ts = 3/16
Tinggi tutup bawah = 8,64 ft = 103,62 in
Tinggi Tangki = 23,47 ft = 281,70 in.
Jenis pengaduk : axial turbine with 6 blades at 45o angle
Dimensi pengaduk :
Di = 39,875 in = 3,32 ft = 1,91 m
Zi = 35,89 in = 2,99 ft = 0,91 m
L = 39,875 in = 3,32 ft
W = 6,78 in = 0,56 ft
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Daya : 1,0 Hp
Jumlah : 1 buah
8. POMPA (L-116)
Fungsi : Untuk memompa larutan dari tangki pencampur ke tangki
pemanas.
Type : Pompa sentrifugal
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 4,500 in = 0,375 ft
ID = 4,026 in = 0,3355 ft
A = 0,08840 ft2
V- 5
Daya pompa = 12,5 Hp
Jumlah = 1 buah
9. TANGKI PEMANAS (R-121)
Fungsi : Untuk memanaskan slury hingga suhu 50 oC sebelum masuk
fermentor.
Jenis : Silinder tegak, tutup atas berbentuk standard dished, tutup bawah
berbentuk conical dan dilengkapi pengaduk.
Dimensi tangki :
do = 114 in
di = 113,75 in = 9,479 ft
ts = 3/16 in
tha = 6/16 in
thb = 6/16 in
Tinggi tangki = 222,687 in = 18,557 ft
Bahan : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 1 buah
Jenis pengaduk : Axial turbine with 6 blades at 45 oC angle
Dimensi pengaduk :
Di = 2,9597 ft = 35,51625 in = 0,902 m
L = 0,7399 ft = 8,8791 in
W = 0,7399 ft = 8,8791 in
Daya pompa : 20 Hp
Jumlah : 1 buah
V- 6
Bahan : Carbon steel SA 240 Grade M Type 316
Dimensi coil :
Di = 1,610 in
Do = 1,90 in
a’ = 2,04 in
a“ = 0,498 ft
Lc = 18,0062 ft
Jumlah lilitan = 64 lilitan
10. POMPA (L-122)
Fungsi : Untuk mengalirkan larutan dari tangki pemanas ke tangki buffer.
Type : Centrifugal pump
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 4,500 in = 0,375 ft
ID = 4,026 in = 0,3355 ft
A = 0,08840 ft2
Daya pompa = 1,0 Hp
Jumlah = 1 buah
11. TANGKI BUFFER (F-123)
Fungsi : Untuk menampung slury dari tangki pemanas sebelum masuk
fermentor.
Daya motor : 20 Hp
Dimensi tangki :
V- 7
V total = 2496,176 ft3
do = 186,44 in = 15,54 ft
di = 191,75 in = 15,98 ft
ts = 4/16 in
tha = 6/16 in
thb = 6/16 in
Ls = 23,969 ft = 287,625 in
Tinggi tangki = 352,437 in = 29,370 ft
Bahan : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 1 buah
Jenis pengaduk : Axial turbine with 6 blades at 45 oC angle
Dimensi pengaduk :
Da = 2,9597 ft = 35,51625 in = 0,902 m
L = 0,7399 ft = 8,8791 in
W = 0,7399 ft = 8,8791 in
N = 90 rpm = 1,5 rps
12. POMPA (L-124)
Fungsi : Untuk mengalirkan larutan dari tangki buffer ke fermentor.
Type : Centifugal pump
Jumlah :1 buah
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 4,500 in = 0,375 ft
V- 8
ID = 4,026 in = 0,3355 ft
A = 0,08840 ft2
Daya pompa = 1,0 Hp
Jumlah = 1 buah
13. FERMENTOR (R-120)
(Perancangan alat utama oleh : MATHIAS PHONE. 0305010010)
14. POMPA (L-125)
Fungsi : Memindahkan larutan dari fermentor 1 ke fermentor berikutnya.
Type : Centrifugal pump
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 4,500 in = 0,375 ft
ID = 4,026 in = 0,3355 ft
A = 0,08840 ft2
Daya pompa = 12,5 Hp
Jumlah = 24 buah
15. COOLER (E-131)
Fungsi : Mendinginkan biogas dari suhu 50 oC menjadi 30 oC.
Type : Shell and tube
Bahan : Carbon Steel
Dimensi : Bagian shell : - IDs = 21 ¼I
- n = 4
- B = 12
V- 9
- de = 0,99 in = 0,0825 ft
- L = 12 ft
Bagian tube : - OD = ¾
- ID = 0,620”
- a’ = 0,302
- a” = 0,1963 ft2/ft
- L = 16 ft
- n = 4
- pitch = 1
16. KOMPRESOR (G-132)
Fungsi : Menaikkan tekanan aliran dari 1 atm menjadi 10 bar.
Type : Axial kompresor
Daya kompresor = 7,5 Hp
Jumlah = 1 buah
17. ABSORBER (D-130)
(Perancangan alat utama oleh : PETRUS PULANG. 0305010012)
18. GAS HOLDER METANA (F-133)
Fungsi : Untuk menampung metana dari water scrubber.
V total = 11798,3126 cuft
ts = 6/16
do = 20 ft
di = 19,9375 ft
Ls = 32,408 ft = 388,9 in
V- 10
tha = thb = ¼ in
Jumlah = 1 buah
19. KOMPRESOR (G-134)
Fungsi : Menaikkan tekanan aliran dari 10 bar menjadi 46 bar.
Type : Axial kompresor
Daya kompresor = 15 Hp
Jumlah = 1 buah
20. EKSPANDER (G-135)
Fungsi : Menurunkan tekanan gas dari 10 bar menjadi 1 bar.
Type : Multi stage reciprocating expander.
Bahan konstruksi : Commercial steel
Massa laju alir : 22896,8087 lb/ jam
Daya : 0,5 Hp
Jumlah : 1 buah
21. POMPA (L-136)
Fungsi : Memindahkan slury dari ekspander ke menara regenerasi.
Type : Pompa sentrifugal
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 3,500 in = 0,2917 ft
ID = 3,068 in = 0,2557 ft
A = 0,05130 ft2
Daya pompa = 4,0 Hp
V- 11
Jumlah = 1 buah
22. MENARA REGENERASI (F-137)
Fungsi : Sebagai tempat pemisah antara air dengan gas impurities.
Type : Silinder vertikal, tutup atas dan bawah berbentuk standard dished.
Dimensi tangki :
do = 126 in
di = 10,47 ft = 125,625 in
ts = 3/16 in
tha = 3/16 in
thb = 3/16 in
Tinggi tangki total = 18,99 ft = 227,88 in
Jumlah : 1 buah
23. POMPA (L-138)
Fungsi : Memindahkan air dari menara regenerasi ke scrubber.
Type : Pompa sentrifugal
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 1,660 in = 0,138 ft
ID = 1,380 in = 0,115 ft
A = 0,01040 ft2
Daya pompa = 1,5 Hp
Jumlah = 1 buah
V- 12
24. KOMPRESOR (G-139)
Fungsi : Menaikkan tekanan aliran dari 1 bar menjadi 20 bar.
Type : Axial kompresor
Massa laju alir = 7282,2243 kg/jam = 16054,391 lb/jam
Daya kompresor = 2,5 Hp
Jumlah = 1 buah
25. EKSPANDER (G-140)
Fungsi : Menurunkan tekanan gas dari 10 bar menjadi 1 bar.
Type : Multi stage reciprocating expander.
Bahan konstruksi : Commercial steel
Massa laju alir : 22896,8087 lb/ jam
Daya : 0,5 Hp
Jumlah : 1 buah
26. AKUMULATOR (G-141)
Fungsi : Untuk menampung kondensat dari kolom distilasi I selama 10
menit.
Type : Silinder vertikal, tutup atas dan bawah berbentuk standard dished.
Dimensi tangki :
do = 66 in
di = 65,75 in = 5,48 ft
ts = 2/16 in
tha = 2/16 in
thb = 2/16 in
V- 13
Tinggi tangki total = 8,23 ft = 98,77 in
Jumlah : 1 buah
27. SCREW PRESS (F-140)
Fungsi : Meemeras dan memisahkan slury padat dan cair.
Power : 0,5 Hp
Waktu : 24 jam
Tekanan : 7,298 psi
Jumlah : 1 buah
28. BAK PENAMPUNG SLURY CAIR (F-141)
Fungsi : Menampung slury cair dan sekaligus sebagai bak pengendap.
Type : Bak segi empat dari bahan batu bata dilapisi beton setebal 5 cm.
Bahan : Beton
Ukuran :
Panjang : 25,9 m
Lebar : 22 m
Tinggi : 3 m
Jumlah : 2 buah (1 cadangan ).
29. BAK PENAMPUNG SLURY PADAT (F-142)
Fungsi : Menampung slury padat dan sekaligus sebagai bak aerasi terbuka
O2.
Type : Bak segi empat dari bahan batu bata dilapisi beton setebal 5 cm.
Bahan : Beton.
Ukuran :
V- 14
Panjang : 26 m
Lebar : 25,54 m
Tinggi : 1,5 m
Jumlah : 4 buah
V- 15
BAB VI
PERANCANGAN ALAT UTAMA
Nama : Absorber
Fungsi : Menerap gas impurities dengan menggunakan air
Tipe : Packed kolom
Prinsip Kerja :
Absorber berupa bejana tegak, yang berdiri pada skirt dan pondasi beton.
Dalam operasi normal, feed gas yan masuk dari bawah melalui nozzle pemasukan
gas bergerak ke atas melalui kolom isian, sedangkan air yang digunakan untuk
mengikat gas impurities dialirkan secara berlainan arah dari nozzle pemasukan
feed liquid. Akibat kontak tersebut, gas yang tidak dinginkan dapat terserap oleh
air dan mengalir melalui bottom, sedangkan produk gas yang diinginkan dengan
kemurnian tinggi keluar melalui top dari kolom.
Data : Dari neraca massa Appendik A
1. Temperatur : 300C = 3030 K
2. Tekanan : 1 atm.
Tahap Perancangan
A. Perancangan Kolom absorber
- Ukuran diameter
- Pressure drop
- Liquid hold up
- Menentukan dimensi shell
VI- 1
- Menentukan dimensi isian
- Menentukan dimensi support plate
B. Perencanaan nozzle untuk masuk
- Pemasukan gas
- pemasukan liquid
- Pengeluaran gas
- Pengeluaran liquid
C. Perencanaan mekanis
D. Perencanaan skirt dan pondasi
Perhitungan
6.1. Perencanaan kolom absorber
Gas masuk absorber
Komponen Kg/jam lb/jam Lbmol/jam
CH4 2644,8 5381,2550 364,4534
CO2 7273,2 16.035,9514 364,4534
H2S 35 77,1680 1,4290
H2O 665,64 1467,6031 81,5335
Jumlah 10.618,64 23411,9775 811,8694
Liquid masuk absorber
Komponen Kg/jam lb/jam Lbmol/jam
Air proses 2438,4347 5375,4347 298,6353
Jumlah 2438,4347 5375,4347 298,6353
VI- 2
Gas keluar absorber
Komponen Kg/jam lb/jam Lbmol/jam
CH4 2644,8 5381,2550 364,4534
CO2 25,9757 57,2712 1.3016
Jumlah 2670,7757 5888,5263 365,7551
Liquid keluar absorber
Komponen Kg/jam lb/jam Lbmol/jam
CO2 7247,2243 15.978,6801 363,1518
H2S 35 77,1680 1,4290
H2O 3103,7 6851,8570 380,6587
Jumlah 10.389,9243 22907,7051 745,2396
Kecepatan gas masuk (G) = 10.618,64 kg/jam
= 23410,07 lb/jam
= 6,50 lb/sec
Kecepatan liquid masuk (L) = 2348,4347 kg/jam
=5375,821 lb/jam
= 1,49 lb/sec
BM campuran gas = 35,36123
BM air = 18
ρ campuran gas = 0,9208 lb/ft3
ρ air = 62,4280 lb/ft3
VI- 3
μ campuran gas = 0,1635 cp
μ air = 0,9 cp
Penentuan diameter :
Absis = L ρG 1/2
G ρL
= 2/1
4280,629208,0
5,649,1
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
= 0,058
Ordinat = G2 a Ø x μ0,2
ρG €3 ρL x gc
dimana :
Ø = 0170,02
2
)()(
ldododtl −− harus > 0,20 (Ludwig 147)
=)2,32)(4280,62(9208,0
)125()9,0()014,0()3600/27,23410( 2,022
= 0,058
l : ring height
do : outside diameter of ring
dt : inside diameter ring
maka ditrial Ø = 0.30
a = packing factor €3
Packing yang digunakan adalah Berl Sadless 1 inchi maka
a = 125 (Ludwig hal 155) €3
Dimana :
a : area onterfesial efektif
VI- 4
€ : Fractional voids
gc : konversi gravitasi = 32,2 ft/dtk2
Berdasarkan Ludwig fig 9-11B maka diketahui ordinat = 0,03
= G2 a x μ0,2 = Vg2 a ρG x x2 x μ0,2
ρG €3 ρL x gc €3 ρL x gc
maka Vg2 = 22 9,09208,01301428,642,3203,0xxx
xx
= 0,64
Vg = 0,8 ft/sec (kecepatan flooding)
Flow rate gas :
Qv = V x 1 jam Ρ 3600 detik
=9208,0
07,23410 x ik
jamdet3600
1
= 7,062 ft3/detik
Maka cross sectional area diperoleh :
A = 7,062 ft3/detik 0,4 ft/detik
= 17,65 ft2
Diameter tower :
Diameter tower :
D = 65,17)14,3/4( x
= 4,74 ft =56 in
Lokasi 0,05 dan 0.0546 pada fig 9-11D reading berada pada kondisi lower loading
region.
VI- 5
Diameter pada flooding sebesar 50%
Kecepatan operasi = 0,5 x 0,8 = 0,4 ft/detik
- Persen flooding
Diameter pada flooding sebesar 50 %
Kecepatan operasi = 0,5 x 0,8 = 0,4 ft/detik
Dari gambar 9-11A diperoleh flooding line for dumped packing = 0,064
Maka persen flooding :
%97%100064,0058,0
=x
Evaluasi :
Menurut Ludwig hal 155, koreksi persen floding dapat dicari melalui jenis
packing yang digunakan yakni Berl Sadlles 1 inch;
sama) (terbukti%97%100158125
8,12
2
=x
- Persen loading (average)
Menentukan tinggi isian
Absis 0,058 untuk memberikan ordinat 0,064 pada line B
Kecepatan masa gas = 23.410,27 lb/jam : 4,74 ft2
= 4938,8 lb/jam ft2
(gambar 9.30 ludwig) diperoleh harga
Hog = 1,875
Kog untuk air = 6,33
Maka : Z =1,875 x 6,33
= 11,9 ft packing
VI- 6
- Pressure drop
Dari gambar 9-11A Ludwing diperole pressure drop (∆P) : 0,4 in water per
feet (lower limit loading zone)
Pressure drop untuk water absorber = 0,4 – 0, 6 (memenuhi)
∆P bed = (0,4) x (15) = 6 in water/ft packing
Estimasi presure drop per support: 1 in
Maka untuk 2 support + 1 support plate :
= 3 x 1 in = 3 in
Total estimasi pressure drop :
∆P : 6 in water/ft packing
Internal : 3, 0 in water/ft packing
Total : 9 in water/ft packing
Liquid hold-up dalam tower
htw = 0,004 L’ 0,6
dP
htw = 0,004 1,49’ 0,6
0,68
= 0,485 ft3/ft3 water.
Dimana :
Htw = Water Hold up
L’ = Liquid rate
Dp = Equivalent Spherical packing
Dp diperoleh dari tabel 9-7 untuk nominal size 1 in = 0,68
VI- 7
- Berat
Berat packing kerin dalam kolom
= 45 lbs/ft3 x 15 x 0,785
= 529,875 lbs
Total berat pada bottom support plate jika operasi tidak flooded
= 52,3 + 529,875
= 582,175 lbs
Keamanan pada saat flooding
Menurut tabel 9.6A hal 124 Luwig % free gas space = 69 %
Volume liquid space = 15 x 0,785 x 0,69
= 8,12 ft3
Berat air dalam space = 8,12 x 62,428
= 506.,91
Maximum support load = 529,875 + 506.,91
= 1036,785 lbs
Specifik support load = 1,1 x 1036,785 lbs
= 1140,46 lbs
Dari fugure 9-2D Ludwig dan tabel 14-7b Perry, untuk tower silinder
standard, dari data-data di atas diperoleh:
Dimensi shell
ID : 15 in
OD : 16,25 in
VI- 8
Tinggi shell : 15 feet = 180 in
Tebal shell : 5/8 in
Tebal bottom :3/4 in
Dimensi isian
Jenis : keramik intalox saddle
Ukuran : 1 in
Dp : 0,68 in
Berat/ft3 : 42 lb/fit3
Dimensi Support plate
Diameter plate : 14 in
Tinggi plate : 1 in
D lubang : 1 ¼ in
Jml lubang : 31
Berat : 19 lbs
Menentukan tingi tutup atas dan bawah berbentuk standartdishead (ha = hb dan
thb=tha)
Tinggi tutup : 0,169 x ID
: 0,169 x 15 in = 2,535 in
Tinggi kolom (L) = tinggi shell + 2 (ha)
= 180 in + 2 x (2,535 in )
=185,07 in = 15,4225 ft.
VI- 9
Menentukan tebal tutup atas (tha)
Tha = 0,885 x pi x r + C
F x E – 0,1pi
= 161
763,1301,085,0152005,7763,130885,0
+− xx
xx
= 3/16 in
Thb = tha = 3/16 in
6.4. Perhitungan Nozzle
A. Perencanaan :
Nozzle pada tutup bawah standard dishead
• Nozzle untk pemasukan gas masuk
• Nozzle untuk pengeluaran slurry
Nozzle pada tutup bawah standard dishead
• Nozzle untuk pemasukan air
• Nozzle untuk pengeluaran gas produk
Digunanakan flange standard tipe welding neck pada :
• Nozzle untuk pemasukan gas masuk.
• Nozzle untuk pengeluaran slurry
• Nozzle untuk pemasukan air
• Nozzle untuk pengeluaran gas produk.
VI- 10
B. Dasar Perhitungan
Nozzle pada tutup bawah standard dished
A. Nozzle pemasukan gas.
Rate gas masuk = 2438,4347 kg/jam= 5375 lb/jam
Densitas produk = 62,428 lb/ft3
Perhitungan
Rate volumerik (Q) = Rate produk keluar ρ produk
= 5375 lb/jam 62,428 Lb/ft3
= 405 ft3/jam
=0,012 ft3/dt
Dari Peter & Timmerhausse fig 14.2 hal 498, didapatkan Di optimum :
Di opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13
= 3,9 (0,112)0,45 (57,7015)0,13
= 3,9 x 0,373 x 1,69
= 2,45 in
= 0,204 ft
Dari Geankoplis, App. A.5 al 892, maka dipilih pipa 2 in IPS Sch. 40 dengan
ukuran :
• ID = 2,06 in
• OD = 2,375 in
• A = 0,023 ft2
VI- 11
Dari Brownell & Young, table 12-3 di dapatkan :
Ukuran pipa nomina (NPS) = 2 in
Diameter flange (A) = 6 in
Ketebalan flange minimum(T) = ¾ in
Diameter luar bagian yang menonjol (R) = 3 5/8 in
Diameter hub pada dasar (E) = 3 1/6 in
Diameter hub pada titik pengelasan (K) = 2,38 in
Panjang julakan hub (L) = 2 ½ in
Diameter dalam flange (B) = 2,07 in
Jumlah lubang baut = 4 buah
Diameter baut = 5/8
B Nozzle pengeluaran slurry :
- Rate slurry =10.389,9243 kg/jam = 22.907,7051lb/jam
- Densitas = 66,65731 lb/ft3
Perhitungan :
Rate volumerik (Q) = Rate produk keluar ρ produk
=22.907,7051lb lb/jam 66,65731 Lb/ft3
= 343,663 ft3/jam
= 0,095 ft3/dt
Dari Peter & Timmerhausse fig 14.2 al 498, di dapatkan Di optimum:
Di opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13
= 3,9 (0,095)0,45 (66,65731)0,13
VI- 12
= 3,9. 0,346. 1,72
= 2,32 in
= 0,193 ft
Dari Geankoplis, APP A.5 al 892, maka dipilih pipa 2 in IPS Sch.40 dengan
ukuran:
ID = 2,067 in
OD = 2, 375 in
A = 0,023 ft2
Dari Brownell & Young tabel 12-3 di dapatkan :
Ukuran pipa nomina (NPS) = 2 in
Diameter flange (A) = 6 in
Ketebalan flange minimum(T) = ¾ in
Diameter luar bagian yang menonjol (R) = 3 5/8 in
Diameter hub pada dasar (E) = 3 1/6 in
Diameter hub pada titik pengelasan (K) = 2,38 in
Panjang julakan hub (L) = 2 ½ in
Diameter dalam flange (B) = 2,07 in
Jumlah lubang baut = 4 buah
Diameter baut = 5/8
C Nozzle pemasukan air
Rate bahan masuk = 2438,4347 kg/jam = 5375,4347 lb/jam
Densitas = 62,428 lb/ft3
Perhitungan :
VI- 13
Rate volumerik (Q) = Rate air masuk ρ produk
= 5375,4347 lb/jam 62,428 Lb/ft3
= 86,106 ft3/jam
= 0,0239 ft3/dt
Dari Peter & Timmerhausse fig 14.2 al 498, di dapatkan Di optimum:
Di opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13
= 3,9 (0,0239)0,45 (62,428 )0,13
= 3,9.0,186.1,71
= 0,0816 in
= 0,0068 ft
Dari Geankoplis, APP A.5 al 892, maka dipli pipa 1,25 in IPS Sch.40 dengan
ukuran:
ID = 1,380 in
OD = 1,660 in
A = 0,0104 ft2
Dari Brownell & Young, table 12-3 di dapatkan :
Ukuran pipa nomina (NPS) = 1,25 in
Diameter flange (A) = 4 5/8 in
Ketebalan flange minimum(T) =5/8 in
Diameter luar bagian yang menonjol (R) = 2 ½ in
Diameter hub pada dasar (E) = 2 5/16 in
Diameter hub pada titik pengelasan (K) = 1,66 in
VI- 14
Panjang julakan hub (L) = 2 ¼ in
Diameter dalam flange (B) = 1,38 in
Jumlah lubang baut = 4 buah
Diameter baut = 1/2
D. Nozzle Untuk Pengeluaran Gas Produk
Rate gas keluar = 2670,7757 kg/jam = 5888,5263lb/jam
Densitas = 26,3358 lb/ft3
Perhitungan :
Rate volumerik (Q) = Rate gas keluar ρ produk
= 5888,5263 lb/jam 26,3358 Lb/ft3
= 223.5939 ft3/jam
= 0,062 ft3/dt
Dari Peter & Timmerhausse fig 14.2 al 498, di dapatkan Di optimum:
Di opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13
= 3,9 (0,062)0,45 (26,3358 )0,13
= 3,9 0,286. 1,53
= 1,70 in = 0,14 ft
Dari Geankoplis, APP A.5 al 892, maka dipli pipa 1,25 in IPS Sch.40 dengan
ukuran:
ID = 1,380 in
OD = 1,660 in
A = 0,0104 ft2
VI- 15
Dari Brownell & Young, table 12-3 di dapatkan :
Ukuran pipa nomina (NPS) = 1,25 in
Diameter flange (A) = 4 5/8 in
Ketebalan flange minimum(T) =5/8 in
Diameter luar bagian yang menonjol (R) = 2 ½ in
Diameter hub pada dasar (E) = 2 5/16 in
Diameter hub pada titik pengelasan (K) = 1,66 in
Panjang julakan hub (L) = 2 ¼ in
Diameter dalam flange (B) = 1,38 in
Jumlah lubang baut = 4 buah
Diameter baut = 1/2
Dari Brownell & Young tabel 12.2 hal 221 diperoleh dimensi flange untuk semua
nozzle, dipilih flange standard tipe welding nec dengan dimensi nozzle sebagai
berikut:
Nozzle A = Nozzle untuk pemasukn gas
Nozzle B = Nozzle untuk pengeluaran slurry
Nozzle C = Nozzle untuk pemasukan air
Nozzle D = Nozzle untuk pengeluaran produk
NPS = Ukuran pipa nominal, in
A = Diameter luar flange, in
T = ketebalan flange minimum, in
R = Diameter bagian luar ang menonjol, in
E = Diameter hubungan atas, in
VI- 16
K = Diameter hubungan pada titik pengelasan, in
L = panjang julakan, in
B = Diameter dalam flange, in
Nozzle NPS A T R E K L B
A 2 6 ¾ 3 5/8 3 1/16 2,38 2 ½ 2,07
B 2 6 ¾ 3 5/8 3 1/16 2,38 2 ½ 2,07
C 1 ¼ 4 5/8 5/8 2 ½ 2 5/16 1,66 2 ¼ 1,38
D 1 ¼ 4 5/8 5/8 2 ½ 2 5/16 1,66 2 ¼ 1,38
2. Sambungan Antar Tutup dengan Shell.
Untuk mempermudah pemeliharaan dan perbaikan dari kolom absorbsi maka
tutup menara dihubungkan dengan bagian shell dengan menggunakan system
flange dal bolting.
1. Flange : Hingh alloy Steel SA-336 Grade F8 Type 304
Tensil stress min : 75.000
Allowable stress :18.750
Type flange : Ring flange loose Type
2. Bolting : High alloy Steel SA-193 Grade B8 Tpe-321
Tensil stress min : 75.000
Allowable stress :15.000
3. Gasket : Asbeston with suitable binder
VI- 17
Gasket factor (m) : 2,75 y = 3700 (B & Y fig.12.11 hal 228)
(Browned & Young
Perencanaan Gasket
A. Menentukan lebar gasket
dido =
)1( +−−
mpypmy (B & Y per 12.2. hal 226)
= )175,2(463,1453700
)75,2463,145(3700+−
− x
= 1,023
ID Gasket = OD shell =16,25 in
DO Gasket = 1,023 x 16,25 = 16,623
Lebar gasket minimum =2
25.16623,16 − = 0,18
Diameter rata-rata gasket (G) = ID + lebar gasket
= 16,25 + 0,18 =16,43 in
Perhitungan jumlah dan ukuran baut
a. Perhitungan beban baut
Beban agar gasket tidak bocor (H¥)
Wm2 = hy = b x μ x G x y (B%Y pers 12 88 hal 240)
Didapat lebar setting gasket bawah:
Bo = N/2 = 216/2 = 0.0625 in
Evektivitas gasket untuk : b< ¼’ maka:
VI- 18
B = bo
= 0.0625 in
Sehingga:
Hy = Wm2 = 0.0625 x 3.14 x 16.43 x 3700
= 11.475.406
Beban tanpa tekan (Hp)
Hp = 2 x b x μ x G x mxp (B&Y pers. 12.90 hal 20)
= 2 x 0,0625 x 3,14 x 16.43 x 2,75 x 145,463
= 2481,529 lb
Beban baut karena internal pressure (H)
H = 3,14 x G2 x p (B & Y per.12.89 hal 240) 4
= 463,145623,1614,3 2 xx
= 28524,05 lb
Jadi total berat pada kondisi operasi :
Wm1 = H + HP
=28.524,05 lb + 2481,529 lb
=31005,579 lb
Karena Wm1 > Wm2 maka yang memegang kontrol Wm1
Perhitungan luas bolting minimum area
Dari persamaan 12-92 Brownwl & Young, hal 240:
Am = fb
Wm1 = 15000
579,31005 = 2,067 in2
VI- 19
Perhitungan bolt minimum
Dari tabel 10.4 Brownwl & Young, hal 188dicoba:
Ukuran baut : 1 in
Root area : 0,55 in2
Maka jumlah bolting minimum :
= rootarea
Am = 55,0067,2 =3,75 baut = 4 baut
Dari tabel 10.4 Brownwl & Young, hal 188 didapat:
Bolt spacing : 3 in
Minimum radial distance : 1 3/8 in
Edge distance : 1 1/16 in
Bolting cyrcle diameter (C) : ID shell + 2 (1.4159 x go x R)
Dengan go = tebal shell – 3/6 in
C = 15 + 2 (1.4159 x 3/16 + 1 3/8)
= 19,28 in
14.3
nxBs = 14.334x = 3,821 << 4 (memenuhi)
Diameter luar flange (A) :
OD = C + 2E = 19,28 + 2 x 1 1/16
= 21,405
Cek lebar gasket :
Ab actual = jumlah bolt x root area
= 4 x 0,55 = 2,2 in2
VI- 20
Lebar gasket minimum = Ab actual x F 2 x μ x Y x G
= 805,15370014,32
150002,2xxx
x
= 0,0898 >.0,0625 (memenuhi)
Jadi lebar gasket = 3,16 in
Perhitungan momen
Untuk keadaan bolting up (tanpa tekanan dalam)
W = (Ab + Am) x F ( B dan Y pers 12.94 hal 242) 2
= 2
15000)067,22,2( x+
= 341,05 lb
Jarak radial dari beban gasket terhadap bolt ciccle (Hg)
Hg = 2
GC −
= 738,12
805,1528,19=
−
Momen flange (Ma);
Ma= Hg x w =1,738 x 34105,5=59275,36 lb in
Dalam keadaan operasi
W = Wm1= lb
Momen dan force daerah dalam flange (Hd)
Hd = 0,785 x B2 x p ( B & Y pers 12.96 hal 242)
VI- 21
Dimana :
B : diameter luar shell = 16,25 in
P : tekanan operasi = 145,463
Hd : 0,785 x 16,252 x 145,463 = 26.232,24 lb
Radial bolt cycle pada aksi Hd :
hd = 2
BC− = in64,12
1628,19=
−
Moment Hd :
Md = hd x Hd (B & Y pers 12.98 hal 242)
= 1,64 x 26.232,24 = 47.490,88 lb in
Hg = W – H
=34105,5 lb – 28524,05 lb = 5581,45 lb
Mg = Hg x hg
=5581,44 lb – 28254,05 = 5581,45 lb
Ht = H – Hd
=28524,05 lb – 26232,24 lb = 2291,81 lb
Ht = 2
hghd + = in689,13
738,164,1=
+
Moment (Mt)
(Mt) = Ht x ht = 2291,81 x 1,689 in = 3870,87 in
Moment total pada keadaan operasi :
Mo = Md + Mg + Mt
= 47940,88 + 9700,56l +3870,87=61512,31
Karena Mo >>Ma, maka Mmax = Mo = lb in
VI- 22
Perhitungan tebal flange
t = fxB
YxMax
Dimana = k = A/B
A = diameter lubang flange =21,405 in
B = diameter luar shell = 16,25 in
Maka : 21,405 in = 1,34 16,25 in
Dari Brownel & Young fig. 22 hal 238.
Dengan K = 1,34 didapat harga Y=6,5
Sehingga tebal flange :
t = inx
x 67,11615000
31,615125,6=1,67
Perhitungan penyangga
Penyangga dirancang untuk menahan beban kolom absorber dan
perlengkapannya. Beban-bena yang ditahan oleh penyangga terdiri dari :
a. Berat bagian shell
- Berat shell dan berat tutup
b. Berat kepengkapan bagian dalam
- Berat down comer dan berat tray
c. Berat kelengkapan bagian luar
- Berat larutan
- Berat pipa
VI- 23
- Berat isolasi
- Berat attachment seperti nozzle, valve dan alat control
Berat beban yang harus ditahan kolom penyangga
a. Berat shell
Tebal shell : : 5/8 in = 0,625 in = 0,05 ft
Tinggi shell : 15 ft = 180 in
Keliling shell : 3,14 x tebal shell = 3,14 x 5/8 in = 1,9625 in = 0,16 ft
Luas shell :keliling x tebal shell = 0,16 ft x 0,05 ft = 0,8 ft2
Volume shell : luas x tinggi
: 0,8 ft2 x 15 ft = 12 ft3
ρ shell : 490 lb/ft3 (Perry 6th tabel 3-11 hal 3-95)
Berat shell(ws) : volume x ρ shell
: 12 ft3 x 490 lb/ft3 = 5880 lb
b. Berat tutup
D = do + ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡42do + ( 2 x sf) – 2/3 x icr
Dari tabel 5.11 B & Y didapat :
Do = 16,25 icr =1, sf = 2
D = 16,25 + ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡
4225,16 + ( 2 x 2) – 2/3 x 1
D = 20 in
Volume = /4 x d x tebal tutup
= 0,785 x (20) x 3/16 = 2,94 ft3
Berat tutup total (Wtu) : Volume tutup x ρ x 2
VI- 24
: 2,94 x 490 x 2 = 2884,875 lb
c. Berat down comer
Dipakai dasar perhitungan dengan down comer tanpa lubang aliran uap.
ID down comer = 16/12 ft
Luas down comer : ¼ x ID2
: 0,784 x (16/12)2 = 1,395 ft2
Volume : luas x tebal
: 1,395 x 0,1875 = 0,262 ft3
Berat sat plate : volume x ρ
: 0,262 x 490 = 128,22 lb
Berat keseluruhan (Wd) : jumlah x berat satu plate
: 8 x 128,22 = 1025,76 lb.
d. Berat tray
Ditetapkan berat tiap tray = 25 lb/ft3
Luas tray = Ac – Ao = 0,986 ft2 – 0,8108 ft2 = 0,1752 ft2
Jumlah tray = 8 buah
Berat tray (Wtr) = n x luas tray x berat tray
= 8 x 0,1752 x 25 = 35,04 lb
Penyangga tray yang digunakan egual angles
Ukuran = 1 ½ in x 1 ½ in x ¼ in
Berat = 2,34 lb/ft
Wpt = (2,34 x 8 x 1,5)/12
= 2,34 LB
VI- 25
e. Berat larutan
Wl = m x t
Dimana
WL = Berat larutan dalam absorber = 2438, 4347 kg
T = waktu tinggal 1 jam
WL = 2438, 4347 kg/jam x 1 jam
= 2438, 4347 kg = 5375,4347 lb
f. Berat Pipa
Pipa yan ada telah mencakup untuk feed masuk absorben, absorben
masuk, bottom produk, dan top produk.
Ditetapkan : 4 x tinggi kolom absorber
: 4 x 101,28 in = 405,12 in = 33,76 ft
Diambil rata-rata pipa 3 in sch 40 berat 7,58 lb/ft
Berat pipa (Wp) = 33,76 ft x 7.58 lb/ft = 255,9 lb
g. Berat Isolasi
ρ bahan : 40 lb/ft3
Tebal isolasi :3 – 6 in diambil 6 in = 0,5 ft
Berat isolasi : pi/4 x OD shell x ts x t isolasi x ρ isolasi
: 0,785 x (16/12) x (3/16) x 0,5 x 40
: 3,925 lb
h. Berat attacment
Berat attacment meliputi nozzle, valve dan alat control
Wa = 18 % WS ( B & hal 157)
VI- 26
= 18 % x 270,24 lb = 48,64 lb
Jadi berat total yan harus ditopang penangga:
W total = Ws + Wtu + Wd + + Wpt + WI + Wp + Wi + Wa
W = 270,24 + 2884,875 +1025,76 + 2,34 + 5375,4347 + 255,9 + 3,925 +48,64
= 9867,1177
Perencanaan skirt support
Sistem penyangga ang digunakan adalah skirt support
Tinggi support = ½ L + 2,5 ft
Dimana :
L : Tinggi tangki absorber = tinggi shell
= 101,28 in = 8,44 ft
Tinggi support = ½ (8,44) + 2,5 ft
= 6,72 ft = 80,64
Menentukan tebal skirt
- Stress karena angin
Fwb = xtDo
xHDiDo
2
2
289,15 ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +
H = tinggi karena skirt ke top kolom = 6,72 + (1/2)(8,44) = 10,94 ft
Fwb = txt
xx47,117
25,16
94,102
1525,1689,15
2
2
=⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +
- Stress dead weight
FDB = xdoxtW
π
VI- 27
= txtx39,196
1614,31177,9867
=
- Stress kompresi maksimum
Fcmax =0,125 E (t/do)cosα
Dimana : E = concrete = 2. 106 psi ( Brownell & Young hal 183)
Fc max = 0,125 x 2.106 (t/90)
= 2777,7 t
FcMax = fwb + fdb
2777,7 t = 117,47/t + 196,39/t
= =7,2777
86,313
= 0,38
Jadi tebal skirt yang digunakan = 4
Perhitungan Bearing plate
Dari Brownell & Young tabel 10.1 hal 184 diperoleh :
Fc = 2500 psi
fc max = 1000 psi
n = 12
Trial ; fs allowable untuk struktural stell skirt = 20.000 psi
Diameter kolom = 15 in
Ditetapkan
OD shell :16,25
Maka OD bearing plate : 1,25x 16,25 = 20,31 in
Jumlah Chair : 4 ( B & Y tabel 10.5 hal 191)
VI- 28
Jumlah bolt : 4 Ukuran baur : 1 in ( B & Y tabel 10.4 hal 188)
Luas bolt : 0,551 in2
Dari pers 9.11 Brownell & Young hal 158
Pw = 0,0025 x Vw2 ( B & Y pers 9.11 hal 158)
Dimana :
Pw = tekanan angin permukaan alat (lb/ft2)
Vw = kecepatan angin = 100 mph
Maka :
Pw =0,0025 x 1002 = 25 lb/ft2
Mw = ½ x Pw x H2 x 2
ODID +
Dimana :
Mw : bending moment pada puncak kolom (lb/ft)
deff : diameter efektif vessel = (ID + OD)
H : tinggi skirt ke top kolom = 10,94 ft
Maka :
Mw = ½ x 25 x (10,942) x 2
25,1615+
= 2244,07 lb/ft
t3 = inIDOD BP 22
25,1631,202
)(=
−=
−
Diperkirakan fc = 1000 psi
K =
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
nxfcfs1
1
VI- 29
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
100012200001
1
x
=0,375
Fc (bolt cycle) = Fc max x 32
32
3 txkxdxtxkxdxt
+
= 2500 x2220375,02
220375,02+xxx
xxx
= 2500 x 40/42
= 2380,952 psi <2500 (memenuhi)
Daro B dan Y tabel 10.2 hal 186
Untuk harga K = 0,375 maka
Cc = 1,765 z= 0,369
Ct = 2,224 j = 0,784
Tensile load (Ft) dapat dihitung Eq 10.24 Brownel hal 189
Ft : jxdWdwxzxdMw )(−
: 33,218912/200784
)12/31,20369,011776,9867(07,2244=
−x
xx lb
Dimana :
A : root area = 0,55 in2
Dbolt size : 1 in
Jumlah baut : 4 ( B & Y tabel 10.4 hal 188)
t1 : xOD
EbautxAπ
: 31,2014,3
55,04x
x =0,035
VI- 30
Relation ship pada tension side :
Ft = fs x t1 x r x C1 ( B & Y pr 10.9 hal 185)
Fs = 11xrxCt
ft = 88,112/75,0035,0
33,2189xx
=2617,99 psi
Fc = Ft + Wdw ( B & Y per 10.27 hal 186)
= 2189,33 lb + 9867,1177 lb = 12056,4477 lb
Kompresive stress sesungguhnya pada bolt cycle (Fc) :
Fc = (t2 + n t1) x r x fc x Cc
T2 =t3 - t1 = 2- 0,035 = 1,965 in
fc = xrxCcntt
Fc)12( +
fc = 765,1
1210)035,012965,1(
4477,056.12
xxx+
= 207,144
Pengecekan harga k :
K =
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+
nxfcfs1
1
=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +15,149512
99,26171
1
x
= 0,42
Untuk harga K = 0,42 maka :
Cc = 1,765 z = 0,416
Ct = 2,224 j = 0,784
VI- 31
Mengecek komprosive stress baut maksimum (fs comp) yang sesungguhnya
berdasarkan persamaan 10.2 Brownel & Young hal 184 :
Fscompressive = n x fc = 12 x 207,144 lb = 2485,728 psi
Dari persamaan 10.30 Brownel dan Young hal 187 didapat:
Fc (max induced) = ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡
dk x x 2 x tdk x x 2 x Fc 3
cyclebolt
= ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ + 20 x 0,42 x 22 20 x 0,42 x 2 x 207,144
= 277,86 < 1000 psi (memenuhi)
Dari Brownel dan Young tabel 10.4 hal 188 didapatkan ukuran baut 1" dengan
dimensi :
Bolt spacing min (Bs) = 2 1/4 "
Nut dimension = 1 ⅝ "
Bearing plate = Type eksternal bolting chair, pada plate dipasang
compressing ring agar lebih kuat
Ditetapkan tinggi gusset = 12 in
Bearing diperluat dengan 4 buah gusset yang mempunyai spasi yang sama (gusset
spacing)
Dari gambar 10.6 Brownel & Young hal 191 didapat :
Lebar gusset = A : 9 + 3 = 12
Jarak gusset = B : 8 + 3 = 11
Luas area bolt (AB) = 5,621 in2
Maksimal bolt load ditentukan (P) :
P = fs x AB (Eq. 10.35 B & Y hal 190)
VI- 32
Dimana : fs = hasil perhitungan tekanan yang disebabkan oleh baut = 2617,99 psi
lb/in2
Beban bolt (P) = 2617,99 psi lb/in2 x 5.621 lb/in2 = 14.715,7219lb/in2
L = (ODBP - ODshell)/2 = (20,31 – 16,25)/2 = 2 in
Dari Brownel & Young tabel 10.4 hal 188 didapat :
e = 2851
= 0,8125
µ = poison ratio = 0.3 (untuk stell eq. B & Y hal 192)
γ = 0.4575
My = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛+ ) - (1
e l 2In x ) (1 x
4P γ
πμ
π
= ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛+ 0,4575) - (1 0,8125 x 3,14
2 x 2In x 0,3) (1 x 3,14 x 4
14.715,721
= 902,209 lb in
Ts = 000.20
902,209 x 6 F
My x 6
max
=
= 0,27 = 5/16 in
Maka tebal compression plate = 5/16 in
.t4 = 000.20 x 0,27) - 2(
718.4 x 6 f x bhd) - (t
My x 6
allow3
=
= 0,353 = 83 in
Maka tabel bearing plate = 3/8 in
VI- 33
.t6 = 3/8 t5 = 165 x
83 = 0,117 in =
163 in
Maka tinggi gusset = 163 in
Diameter anchor bolt
Dari data di atas maka diperoleh :
- Panjang = 12 inch
- Diameter = 3 inch
- Jumlah = 8 buah
Dimensi pondasi
Pondasi terdiri dari beban dengan kandungan air 6 US gal per 94 sack semen
(B & Y tabel 10.1 hal 184)
Beban total yang harus ditahan pondasi :
- Berat bejana total
- Berat kolom penyangga
- Berat base plate
Gaya yang bekerja pada pondasi dianggap sebagai gaya vertikal berat total kolom,
sedangkan bidang kerja dianggap bujur sangkar dengan perencanaan ukuran :
Luas tanah untuk pondasi : luas pondasi atas = 24 x 24 = 576 in2
Luas tanah untuk dasar pondasi : luas pondasi bawah : 48 x 48 = 2304 in2
Tinggi pondasi : 24 in
Luas rata-rata (A) : 1/2 (242 + 242) = 1440 in2
Volume pondasi (Vp) : A x t = 1440 x 24 = 34650 in2
Densitas untuk gravel : 126 lb/ft3 (Perry 6th tabel 3 - 118)
VI- 34
Maka :
W pondasi = V x ρ = 34560 x 126 lb/ft3 x 5.787 .10-4 ft/in3
= 2520 lb
Berat total keseluruhan :
W total : 2520 + 9867,1177lb = 12.387,1177 lb
Tekanan tanah
Pondasi didirikan di atas sand & gravel dengan minimum safe bearing power
= 5 ton/ft3 dan maksimal safe = 10 ton/ft3. Diambil 7,5 ton/ft3.
Kemampuan tanah menahan tekanan sebesar :
P =7,5 ton/ft3 x 2in1440ft 1 x
ton12520lb = 13,125 lb/in3
Tekanan sistem pondasi terhadap tekanan luas tanah (P) :
P = 2in 1440712.378,117
AW total
=
= 8,60 lb/in2 <<< 13,125 lb/in2 (memenuhi)
Kesimpulan :
Karena tekanan yang diberikan pada tanah lebih kecil dari kemampuan tanah
menahan tekanan, maka pondasi dengan (24 x 24) in untuk luas atas dan (48 x 48)
in untuk luas bawah dan tingi pondasi 24 in dapat digunakan (aman).
VI- 35
Spesifikasi kolom absorber :
1. Dimensi shell :
ID = 15 in
OD = 16,25 in
Tinggi shell = 15 feet=180 inch
Tebal shell = 5/8 in
Tinggi kolom isian = 11,9 ft packing
Bahan konstruksi : HAS SA -286 Grade M type 410
2. Dimensi Isian
Jenis = keramik intalox saddle
Ukuran = 1 in
Dp = 0,68 in
Berat /ft3 = 42 lb/ft3
3. Dimensi Support plate :
Diameter plate = 14 in
Tinggi plate = 1 in
D lubang = 1 1/4 in
Jml lubang = 31
Berat = 19 lbs
4. Pressure Drop :
Δ P = 6 in water
Internal = 3 in water
Total = 9 in water
VI- 36
5. Tutup atas dan tutup bawah
Tinggi : 2,53 in
Tabel :3/16
Bahan konstruksi : HAS SA -286 Grade M type 410
6. Nozzle gas masuk :
Ukuran pipa nomina (NSP) = 2 in
Diameter flange (A) = 6 in
Ketebalan flange minimum (T) = ¾ in
Diameter luar bagian yang menonjol (R) = 35/8 in
Diameter hub pada dasar (E) = 31/16 in
Diameter hub pada titik pengelasan (K) = 2,38 in
Panjang julakan hub (L) = 2 ½ in
Diameter dalam flange (B) = 2,07 in
Jumlah lubang baut = 4 buah
Diameter baut = 5/8
7. Nozzle pengeluaran slurry :
Ukuran pipa nomina (NSP) = 2 in
Diameter flange (A) = 6 in
Ketebalan flange minimum (T) = ¾ in
Diameter luar bagian yang menonjol (R) = 35/8 in
Diameter hub pada dasar (E) = 31/16 in
Diameter hub pada titik pengelasan (K) =2,38 in
Panjang julakan hub (L) = 2 ½ in
VI- 37
Diameter dalam flange (B) = 2,07 in
Jumlah lubang baut = 4 buah
Diameter baut = 5/8
8. Nozzle pemasukan air
Ukuran pipa nomina (NSP) = 1,25
Diameter flange (A) = 4/5/8
Ketebalan flange minimum (T) = 5/8
Diameter luar bagian yang menonjol (R) = 2/1/2
Diameter hub pada dasar (E) = 2/5/16
Diameter hub pada titik pengelasan (K) = 1,66
Panjang julakan hub (L) = 2/1/4
Diameter dalam flange (B) = 1,38
Jumlah lubang baut = 4 buah
Diameter baut = 1/2
9. Nozzle pengeluaran produk gas
Ukuran pipa nomina (NSP) = 1,25
Diameter flange (A) = 4 5/8
Ketebalan flange minimum (T) = 5/8
Diameter luar bagian yang menonjol (R) = 2/1/2
Diameter hub pada dasar (E) = 2/5/16
Diameter hub pada titik pengelasan (K) = 1,66
Panjang julakan hub (L) = 2/1/4
Diameter dalam flange (B) = 1,38
VI- 38
Jumlah lubang baut = 4 buah
Diameter baut = 1/2
10. Flange dan gasket
Diameter flange : 21,405 in
Tebel flange : 1,67 in
Bahan kons flange : HAS SA 366 Grade F8 type 304
Lebar gasket : 0,18 in
Diameter gasket : 16,43 in
Bahan kons gasket : Asbestos
11. Baut
Ukuran baut : 1 in
Bolting minimal : 4 buah
Diameter bolt circle : 19,28 inch
Bahan konstruksi : HAS SA 193 Grade F8 type 321
12. Skirt support
Tinggi : 80,64 in
Tebal : 4 in
Bahan konstruksi : High alloy SA 240 Grade M type 316
13. Bearing plate
Type : Eksternal bolting chair
Diameter dalam : 15 inh
Diameter luar : 20,31 inh
VI- 39
Tebal bearing : 2,56 in
Tinggi gusset : 12 in
Jumlah gusset ; 4 buah
Tebal gusset : ½ in
Compresiion plate : ½ in
Jumlah bolt : 8
Bahan kontruksi : carbon stell SA 135 grade B
14. Anchor bolt
Panjang : 12 in
Diameter : 3 in
Jumlah : 8 buah
15. Pondasi
Type : 6 US gallon water/94sack sement
Luas atas : 576 in2
Luas bawah : 2304 in2
Tinggi pondasi : 24 in
Bahan Kontruksi : cement sand and gravel
VI- 40
BAB VI
PERANCANGAN ALAT UTAMA
Perancangan alat utama dalam pra rencana pabrik ini adalah fermentor. Secara
garis besar spesifikasi alat utama adalah sebagai berikut :
1. FERMENTOR
Fungsi : Sebagai tempat terjadinya fermentasi kotoran sapi hingga
terbentuk biogas.
(C6H10O5)n + ( H2O)n (3CH4)n + (3CO2)n
Type : Tangki berpengaduk dengan coil pendingin
Bentuk : Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk standar dished dan tutup
bawah berbentuk conical dengan sudut 120 0C.
Bahan konstruksi : High Alloy Steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 24 buah (1 buah cadangan)
Waktu tinggal : 1 jam tiap fermentor
Suhu operasi : 50 0C
Tekanan : 1 atm
Kapasitas : 33.333,34 kg
Perlengkapan fermentor terdiri dari :
1 Coil pendingin yang berfungsi mengalirkan air pendingin yang digunakan untuk
menjaga proses fermentasi tetap berada pada suhu optimum fermentasi (30 0C),
karena pada proses fermentasi akan menghasilkan panas (reaksi bersifat eksotermal).
VI- 1
2 Pengatur suhu untuk mengatur suhu agar tetap pada 30 0C (Temperature
Controller/TC).
3 pH Controller
4 Pressure Controller
5 Level Controller
6 Pengaduk untuk membantu proses perpindahan panas dan pemerataan campuran.
Pada fermentor ini dilengkapi pula dengan nozzle-nozle, dimana nozzle-nozle
tersebut diletakan pada tiga bagian, yaitu :
1. Dua nozzle pada tutup atas, meliputi : pemasukan feed dan pengeluaran produk atas
(gas).
2. Tiga nozzle ada pada bagian silinder, yaitu nozzle untuk pemasukan dan pengeluaran
coil, serta man hole.
3. Satu nozzle ada pada bagian tutup bawah yaitu untuk pengeluaran produk bawah.
Alat ini dioperasikan secara kontinyu dengan waktu tinggal selama 48 jam.
Perincian opersional masing-masing tahap sebagai berikut :
a. Pengisian bahan baku dan proses fermentasi
Pengisian dilakukan dengan waktu pengisian 5 menit dan proses fermentasi terhitung
saat bahan baku mesuk pertama kali. Tujuan pengadukan untuk membantu proses
perpindahan panas pada pengaturan suhu fermentor. Media dijaga pada suhu
optimum sehingga terjadi fermentasi dengan mengalirkan air pendingin lewat coil
dan diatur dengan Temperature Controller (TC).
b. Pengosongan
Pengosogan dilakukan selama 10 menit dan hasil dari proses dialirkan ke kompresor.
VI- 2
c. Pembersihan
Setelah fermentor kosong dilakukan pembersihan dengan air selama 15 menit.
d. Sterilisasi
Fermentor yang telah bersih, kemudian disterilisasi dengn steam pada suhu 100 0C
selama 30 menit untuk membunuh mikroorganisme yang tidak berguna dalam proses
fermentasi.
6.1. Dasar perencanaan
• Rate bahan = 33.333,34 kg = 73.487,435 lb/jam
• Waktu tinggal = 48 jam (2 hari)
• Densitas campuran = 73,6 lb/ft3
• Viskositas = 0,048 lb/ft . dt
Fermentasi dilakukan selama 48 jam dengan pengisian fermentor setiap 1 jam, sehingga
massa masuk adalah :
m = 73.487,435 lb/jam
Vliquid = campuran
totalmρ
= 3/6,73/435,73487
fitlbjamlb = 879,036 ft3
6.2. Perencanaan
• Digunakan 24 buah fermentor dengan 1 buah fermentor sebagai cadangan.
• Digunakan jenis dlinder tegak dengan tutup atas berbentuk standar dished dan
tutup bawah conical dengan sudut 1200C dan dilengkapi dengan coil pendingin.
• Bahan konstruksi adalah High Alloy Steel SA 240 Grade M Type 316.
6.3. Tahap perencanaan
VI- 3
• Dimensi bagian fermentor
• Dimensi pengaduk
• Dimensi coil pendingin
• Dimensi penyangga fermentor
6.3.1. Dimensi bagian fermentor
Menentukan di
Vruang kosong = 20% VT, maka :
VT = Vliquid + Vrk
= 879,036 ft/jam + 0,2 Vtotal
0,8 Vtotal = 879,036 ft/jam
Vtotal = 1098,795 ft3
VT = Vsilinder + Vtutup atas + Vtutup bawah
1098,795 ft3 = ¼ π di2 Ls + 0,0847 di3 + α
π
21
3
/24 tgdi
1098,795 ft3 = ¼ π di2 (1,5 di) + 0,0847 di3 + )60(24
3
tgdiπ
1098,795 ft3 = 1,1781 di3 + 0,0847 di3 + 0,0756 di3
1,3384 di3 = 1098,795 ft3
di3 = 3384,1
795,1098 = 820,977 ft3
di = 9,37 ft = 112,44 in.
Menghitung volume liquid dalam shell (HL)
Vliquid dalam shell = Vliquid – V tutup bawah
VI- 4
= 879,036 ft3 - α
π
21
3
/24 tgdi
= 879,036 ft3 -)60(24
)37,9( 3
tgπ
= 879,036 ft3 - 62,143
= 816,894 ft3
Menghitung tinggi larutan dalam tangki (Lls)
Lls = 24/ dixV shelldalamliquid
π
= 2
3
)37,9(4/894,816x
ftπ
= 11,853 ft = 142,232 in
Menentukan tekanan design (Pi)
Pi = Poperasi + Phidrostatik
Poperasi = 1 atm = 14,7 psi
Phidrostatik = 144
)1( −Hρ (Brownell & Young. Pers 3.17, hal 46)
= 144
)1853,11(6,73 −
= 6,301 psi
sehingga :
Pi = (14,7 psi + 6,301 psi) - 14,7 psi
= 6,301 psi
Menentukan tebal tangki (ts)
Bahan konstruksi : High Alloy Steel SA 240 Grade M Type 316
VI- 5
F allowable : 18750 (Brownell & Young, App D, hal 342)
Faktor korosi : 2/16
Type pengelasan : double welded butt joint (E = 0,8)
Tekanan design : 6,301 psi
ts = CPiEF
diPi+
− )6,0.(2
= 162
)301,66,0)8,0.18750(244,112301,6
+− x
x
= 163
16378,2
≈
Standarisasi do
do = di + 2 ts
= 112,44 in.+ 2 (3/16)
= 112,44 + 0,375
= 112,065 in = 9,34 ft
Dari tabel 5.7, hal 90 Brownell & Young didapat :
do standar = 114 in
di baru = do – 2 ts
di baru = do – 2 ts
= 114 – 2 (3/16)
= 113,625 in = 9,47 ft
Menentukan tinggi silinder (ls)
ls = 1,5 x di
= 1,5 x 9,47 ft
VI- 6
= 14,2031 ft = 170,4375 in
Menentukan dimensi tutup :
a. Menentukan tebal tutup atas (tha) dan tutup bawah (thb) :
Tutup atas berbentuk standart dished, maka :
tha = CPiEFrPi+
− 1,0...885,0
=162
)301,61,0()8,018750(108301,6885,0
+− xx
xx
= 162
166424,0
+
= 163
166424,2
≈ in.
Tutup bawah berbentuk conical dengan α = 120 0C, maka :
thb = CPiEFdiPi
+− α2
1cos)6,0.(2.
= 162
120.cos)301,66,08,0.18750(2625,113301,6
21
+− x
x
= 162
167639,0
+
= 163
167639,2
≈ in.
b. Menetukan tinggi tutup atas (ha) dan tutup bawah (hb) :
Tutup atas berbentuk standart dished head :
ha = 0,169 x di
= 0,169 x 113,625 in
= 19,2026 in = 1,6002 ft
VI- 7
Tutup bawah berbentuk conical dengan α = 120 0C, maka :
hb = 120
2/12
1tgdi
= 60
625,1132/1tgx
= 32,8017 in = 2,7335 ft
Menentukan tinggi tangki :
Tinggi tangki = h. shell + h. tutup atas + h. tutup bawah
= 170,4375 in + 19,2026 in + 32,8017 in
= 222,4418 in = 18,5368 ft
Kesimpulan perancangan untuk dimensi reaktor :
Dengan bahan konstruksi High Alloy Steel SA-240 grade M type 316 maka
didapat ukuran :
do = 114 in
di = 113,625 in = 9,4688 ft
Ls = 170,4375 in = 14,2031 ft
ts = 3/16 in = 0,0156 ft
tha = 3/16 in = 0,0156 ft
thb = 3/16 in = 0,0156 ft
ha = 19,2026 in = 1,6002 ft
hb = 32,8017 in = 2,7335 ft
Tinggi tangki = 222,4418 in = 18,5368 ft
6.3.2. Perhitungan dimensi pengaduk.
Perencanaan pengaduk :
VI- 8
• Jenis pengaduk : Turbin 6 blades sudut 45o
• Bahan impeller : High Alloy Steel SA 240 Grade M Type 316
• Bahan poros pengaduk : Hot Roller SAE 1020
• Data dari jenis pengaduk : (Mc. Cabe Jilid I hal 242 kurva A)
S1 = 0,33 S4 = 0,25
S2 = 1,0 S5 = 0,1
S3 = 0,25 S6 = 1,0
Diameter Pengaduk (Da)
S1 = DtDa
Dimana :
Dt = diameter tangki = 9,4688 ft
Da = 0,33 x 9,4688 ft
= 3,1247 ft = 37,4963 in
Jarak pengaduk dari dasar tangki (E)
S2 = 1,0
S2 = DaE
E = S2 x Da
= 1,0 x 3,1247 ft
= 3,1247 ft = 37,4963 in
Panjang daun pengaduk (L)
S3 = 0,25
VI- 9
S3 = DaL
L = S3 x Da
= 0,25 x 3,1247 ft
= 0,7812 ft = 9,3741 in
Lebar baffle pengaduk (W)
S4 = 0,25
S4 = DaW
W = S4 x Da
= 0,25 x 3,1247 ft
= 0,7812 ft = 9,3741 in
Tebal baffle (J)
S5 = 0,1
S5 = DtJ
J = S5 x Dt
= 0,1 x 9,4688 ft
= 0,94688 ft = 11,3626 in
Jumlah pengaduk (N)
S6 = 1,0
S6 = DtH
H = S6 x Dt
= 1,0 x 9,4688 ft
VI- 10
= 9,4688 ft = 113,625 in
N = 22 DaxH
= ( )29597,2296875,8
x
= 0,512 ≈ 1 buah
Daya pengaduk (P)
Motor penggerak = 200 – 250 (diambil V = 250)
V = π x Da x n (Brown, hal. 507)
Da = 3,1247 ft = 37,4963 in = 0,952 m
n = Dax
Vπ
= 952,014,3
250x
= 83,6322 rpm ≈ 90 rpm
NRe = μ
ρxDaxn 2
(Geankoplis, pers 3.4-1, hal 144)
Dimana :
n = kecepatan putar = 90 rp, (put/ men)
Da = diameter pengaduk = 3,1247 ft = 37,4963 in
ρ = 73,6 lb/ft3
μ = 0,048 lb/ ft. dt = 2,88 lb/ ft.menit.
NRe = bilangan Reynold
Sehingga :
VI- 11
NRe = menitftlb
ftlbxftxrpm./88,2
/6,73)1247,3()90( 32
= 22456,6250 ≥ 2100 , maka aliran turbulen.
Karena NRe > 10.000 maka perhitungan pemakaian daya :
P = gc
xDaxnxKT ρ53
(Mc. Cabe, pers.9-24 hal 245)
Dimana :
P = daya pengaduk (lbf. ft/ min)
KT = 1,65 (Mc. Cabe, pers.9-24 hal 245)
n = kecepatan putar = 90 rpm = 1,5 rps = 5400 rph
Da = diameter pengaduk 3,1247 ft
gc = 32,2 lb. ft/ det.lbf
ρ = 73,6 lb/ ft3
Sehingga :
P = flbdtftlb
ftlbxftxrpsx./2,32
/6,73)1247,3()5,1(65,1 353
= 3791,589 lb.ft/detik.
= 6,8938 Hp
Kehilangan daya
Grand loss (kebocoran daya akibat poros dan bearing) = 25 % daya
Transmisi loses (kebocoran daya akibat belt atau gear) = 15 % daya
Ploss = 25% . P
= 0,25 x 6,8938 Hp
= 1,7234 Hp
VI- 12
Daya total yang dibutuhkan pengaduk
Ptotal = Ploss + P
= 1,7234 Hp + 6,8938 Hp
= 8,6172 Hp
Bila :
• Efisiensi motor = 80 %
• Efisiensi pengaduk = 60 %
Maka :
Daya motor (P) = pengadukmotor
total
xPηη
= 6,08,0
6172,8x
Hp
= 17,9526 Hp ≈ 18 Hp
Sehingga daya motor yang digunakan adalah 18 Hp
Menghitung diamter poros pengaduk
Diameter poros (Dp) = 3/1
16⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡sT
π
Dimana :
s = maksimal design bearing stress yang diizinkan, lb/ in
= 20 % x 36000 lb/in.
= 7200 lb/in
T = momen punter
= n
Px63025
VI- 13
= 90
1863025 x
= 12605 lb/ in2
Sehingga :
Dp = 3/1
7200.1260516
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡π
x
= 2,0739 in = 0,1728 ft
Menentukan panjang poros
L = H + Z - Z
H =Tinggi silinder ditambah tutup atas = 170,4375 in + 19,2026 in = 189,6401 in
= 15,8033 ft
Z = panjang poros diatas tangki = 0,46 m = 1,5 ft = 18 in
Zi =jarak impeler dari dasar tangki = 3,1247 ft = 37,4963 in
Jadi panjang poros pengaduk:
L = (15,8033 ft + 1,5 ft) – 3,1247 ft = 14,1786 ft = 170,1432 in
Kesimpulan perancangan :
Diameter pengaduk (Da) = 3,1247 ft = 37,4963 in
Panjang daun pengduk (L) = 0,7812 ft = 9,3741 in
Lebar daun pengaduk (W) = 0,7812 ft = 9,3741 in
Tebal baffle (J) = 0,94688 ft = 11,3626 in
Daya pengaduk (P) = 18 Hp
Diameter poros (Dp) = 2,0739 in = 0,1728 ft
VI- 14
Panjang poros (Lp) = 14,1786 ft = 170,1432 in
Jumlah pengaduk = 1 buah
3. Perhitungan Coil Pendingin
M = 13.533,7884 kg/ jam T1 = 122o F t1 = 80,6o F t2 = 95o F
T2 = 122o F
Dasar perencanan :
Kebutuhan air pendingin (M) = 13.533,7884 kg/ jam
= 29.836,5898 lb/ jam
Panas yang diserap air pendingin = 338344,711 kkal/ jam
= 338344,711 kkal/ jam x 3,9683 Btu/kkal
= 1341785,78 Btu/jam
Suhu air pendingin masuk (t1) = 27o C = 80,6o F
Suhu air pendingin keluar (t2) = 35o C = 95o F
Suhu bahan masuk (T1) = 50o C = 122o F
Suhu bahan keluar (T2) = 50o C = 122o F
Tekanan = 1 atm
ρ campuran = 73,6 lb/ft3
μ campuran = 1,32 Cp
Cp = 0,2796 kkal/kgoC
VI- 15
Perhitungan coil :
1. Menentukan ∆TLMTD
∆t1 = (T1 – t2)
= (122o F -95o F )
= 27o F
∆t2 = (T2 – t1)
= (122o F -80,6o F )
= 41,4o F
∆TLMTD =
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔΔΔ−Δ
2
1
21
lntt
tt
=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
4,4127ln
4,4127 = 33,6886o C
2. Menentukan suhu caloric
Tc = ½ (T1 + T2) = ½ (122 + 122)o F = 122o F
tc = ½ (t1 + t2 ) = ½ (80,6 + 95)o F = 87,8o F
3. Penentuan tube
Direncanakan ukuran pipa 12 in IPS, dengan ukuran :
(Kern, tabel 1.1 hal. 844)
do = 12,75 in = 1,0625 ft
di = 12,09 in = 1,0075 ft
a” = 3,338 ft2/ft
a’ = 115 in2 = 0,7986 ft2
Evaluasi Rd
VI- 16
Liquid panas (Larutan) Liquid dingin (air)
4. Menghitung NRe
Ap = 144
115 2in = 0,7986 ft2
Gp =pa
m
= 27986,0/5898,29836
ftjamlb
= 37361,12 lb/jam. ft2
NRep = 42,2xdixG p
μ
=42,232,1
0075,1./12,37361 2
xftxftjlb
= 42152,4867 > 2100
Kern, fig. 20-2 hal 718 didapat :
5. Menghitung faktor panas (JH)
JH = 1700
6. Menghitung harga koefisien film
perpindahan panas
hi = JH 14,03/1
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
μωμμ
kxcp
dik
k = 0,12 Btu/ jam.ft2. F/ft
Cp = 0,53 Btu/ lb o
4. hio = hi x dodi
= 364,4665 x ftft
0625,10075,1
= 345,6 Btu/ jam.ft2. oF
VI- 17
14,0
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛μωμ = 1, karena μ < μω
hi = 1700 x
112,0
32,153,00075,1
12,03/1
xx⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
= 364,4665 Btu/ jam.ft2. oF
7. Menghitung tahanan panas pipa bersih (UC)
UC = hohiohoxhio
+
= 4665,3646,3454665,3646,345
+x
= 177,3913 Btu/ jam.ft2. oF
8. Menghitung tahanan panas pipa terpakai (UD)
Rd = DC
DC
UxUUU −
Dari tabel 12 hal 845, Kern didapat : Rd = 0,0043
0,0043 = D
D
UxU
3913,1773913,177 −
UD = 100,6314 Btu/ jam.ft2. oF
9. Menghitung luas permukaan perpindahan panas
A = LMTDD TxU
QΔ
VI- 18
= FxFftjamBtu
jamBtuoo 6886,33../6314,100
/78,13417852
= 395,792 ft2
10. Menghitung panjang lilitan coil
L = "a
A
= 2
2
338,3792,395
ftft = 118,6
11. Menghitung jumlah lilitan coil
n = dcx
Lπ
dimana :
dc = 0,65 x di
di = diameter tangki
sehingga :
dc = 0,65 x 9,4688 ft
= 6,1547 ft
n = 1547,6
6,118xπ
= 6,14 ≈ 6 buah.
12. Menghitung tinggi lilitan coil
Lc = (n - 1)(Ic + do) + do
Jika Ic (jarak antar coil) = 0,25 in = 0,0208 ft
Lc = (6 - 1)(0,0208 + 1,0625) + 1,0625
= 6,4792 ft = 77,7504 in
Kesimpulan perancangan :
VI- 19
OD = 12,75 in = 1,0625 ft
ID = 12,09 in = 1,0075 ft
a’ = 115 in2 = 0,7986 ft2
a“ = 3,338 ft2/ft
Jarak antar coil = 0,25 in
Jumlah lilitan = 6 lilitan
4. Perhitungan Nozzle
1. Menentukan pemasukan media
Dasar perancangan :
Kebutuhan liquid masuk = 33.333,34 kg = 73.487,435 lb/jam
Densitas campuran : 73,6 lb/cuft
Karena bahan masuk dalam waktu 5 menit, maka :
Perhitungan volumetrik :
Q = campuran
totalmρ
=cuftlb
jamlb/6,73
/435,487.73
= 879,036 ft3/ 5 menit = 2,9301 ft3/ dtk.
ID optimum :
ID = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13
= 3,9 (2,9301)0,45 (73,6)0,13
= 11,0627
Berdasarkan App.K, Brownell & Young hal 387, didapatkan dimensi pipa :
VI- 20
Ukuran pipa nominal (NPS) = 12 in
Schedule (NSC) = 100
Diameter dalam (ID) = 11,064
Diameter luar (OD) = 12,750 in
Tebal pipa (to) = 0,843 in
Berdasarkan hal 221, Brownell & Young didapatkan dimensi flange :
Ukuran pipa nominal (NPS) = 12 in
Diameter luar flange (A) = 19 in
Tebal flange minimum (T) = 1 ¼ in
Diameter luar bagian menonjol (R) = 15 in
Diameter hubungan pada alas (E) = 14 3/8 in
Diameter hub. Pada titik pengelasan (K) = 12,75 in
Panjang nozzle (L) = 4 ½ in
Diameter dalam flange (B) = 12,00 in
Jumlah lubang baut = 12 buah
Diameter lubang baut = 1 in
Diameter baut = 7/8 in
Bolt circle = 17
2. Menentukan nozzle pemasukan coil pendingin
Dasar perancangan :
Dari perhitungan coil pendingin didapatkan :
IDoptm = 12,090
Berdasarkan App.K, Brownell & Young hal 387, didapatkan dimensi pipa :
VI- 21
Ukuran pipa nominal (NPS) = 12 in
Schedule (NSC) = 30
Diameter dalam (ID) = 12,090
Diameter luar (OD) = 12,750
Tebal pipa (to) = 0,330 in
Berdasarkan hal 221, Brownell & Young didapatkan dimensi flange :
Ukuran pipa nominal (NPS) = 12 in
Diameter luar flange (A) = 19 in
Tebal flange minimum (T) = 1 ¼ in
Diameter luar bagian menonjol (R) = 15 in
Diameter hubungan pada alas (E) = 14 3/8 in
Diameter hub. Pada titik pengelasan (K) = 12,75 in
Panjang nozzle (L) = 4 ½ in
Diameter dalam flange (B) = 12,00 in
Jumlah lubang baut = 12 buah
Diameter lubang baut = 1 in
Diameter baut = 7/8 in
Bolt circle = 17
3. Menentukan nozzle pengeluaran coil pendingin
Dasar perancangan :
Dari perhitungan coil pendingin didapatkan :
IDoptm = 12,090
Berdasarkan App.K, Brownell & Young hal 387, didapatkan dimensi pipa :
VI- 22
Ukuran pipa nominal (NPS) = 12 in
Schedule (NSC) = 30
Diameter dalam (ID) = 12,090
Diameter luar (OD) = 12,750
Tebal pipa (to) = 0,330 in
Berdasarkan hal 221, Brownell & Young didapatkan dimensi flange :
Ukuran pipa nominal (NPS) = 12 in
Diameter luar flange (A) = 19 in
Tebal flange minimum (T) = 1 ¼ in
Diameter luar bagian menonjol (R) = 15 in
Diameter hubungan pada alas (E) = 14 3/8 in
Diameter hub. Pada titik pengelasan (K) = 12,75 in
Panjang nozzle (L) = 4 ½ in
Diameter dalam flange (B) = 12,00 in
Jumlah lubang baut = 12 buah
Diameter lubang baut = 1 in
Diameter baut = 7/8 in
Bolt circle = 17
4. Man hole
Man hole dirancang untuk pemeriksaan atau pembersihan bagian dalam dari
fermentor.
Perancangannya :
Diameter dalam nozzle (din) = 20 in
VI- 23
tn (tebal nozzle) = 3/16 in
dn (diameter nozzle) = din + 2 tn
= 20 + 2 (3/16)
= 20,375 in
dp (diameter penguat) = 2 din
= 2 (20) = 40 in
two min (tebal pengelasaan bagian luar) = ½ + tn
= ½ + 3/16
= 3/32 in
twi min (tebal pengelasaan bagian dalam) = 0,7 x tn
= 0,7 x 3/16
= 0,3125 in
trs (tebal teoritis silinder) = ( )PiEfdixPi
.6,0.2 −
= ( )301,66,08,0187502625,113301,6
xxx−
= 0,024 in
trn (tebal teoritis nozzle) = ( )PiEfdinPi
.6,0.2.−
= ( )301,66,08,018750220301,6
xxx−
= 0,004 in
Menentukan penguat man hole
A = din x trs
VI- 24
= 20 x 0,024 = 0,48 in2
A1 = din x (ts – trs - c)
= 20 x (0,1875 – 0,024 – 0,0625)
= 2,02 in2
A2 = 2(21/4.tn - tp)(tn – trn - c)
= 2 (2 ¼ x 0,1875)(0,1875 – 0,004 – 0,0625)
= 0,102 in2
A < A1 + A2
0,48 in2 < 2,02 in2 + 0,102 in2
0,48 in2 < 2,122 in2, maka nozzle tidak perlu penguat.
Berdasarkan fig. 12-2, hal 221 Brownell & Young didapatkan dimensi flange :
Ukuran pipa nominal (NPS) = 20 in
Diameter luar flange (A) = 27 ½ in
Tebal flange minimum (T) = 1 11/16 in
Diameter luar bagian menonjol (R) = 23 in
Diameter hubungan pada alas (E) = 22 in
Diameter hub. Pada titik pengelasan (K) = 20,00 in
Panjang nozzle (L) = 5 11/16 in
Diameter dalam flange (B) = 19,25 in
Jumlah lubang baut = 20 buah
Diameter lubang baut = 1 ¼ in
Diameter baut = 1 1/8 in
Bolt circle = 25
VI- 25
5. Menentukan pengeluaran biogas (produk)
Dasar perancangan :
Biogas keluar fermentor = 10.618,64 kg/ jam x 2, 2046 lb/kg
= 23409,85 lb/ jam
Densitas campuran = 8,368 lb/ ft3
Perhitungan volumetrik :
Q = campuran
totalmρ
= 3/368,8/85,23409ftlb
jamlb = 2797,544 ft3/ jam.
karena gas keluar dalam waktu 5 menit, maka :
Q = 2797,544 ft3/ 5 menit = 9,3251 ft3/ dtk.
ID optimum :
ID = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13
= 3,9 (9,3251)0,45 (8,368)0,13
= 14,0395 in ≈ 14 in
Berdasarkan App.K, Brownell & Young hal 387, didapatkan dimensi pipa :
Ukuran pipa nominal (NPS) = 14 in
Schedule (NSC) = 10
Diameter dalam (ID) = 13,624 in
Diameter luar (OD) = 14 in
Tebal pipa (to) = 0,188 in
Berdasarkan hal 221, Brownell & Young didapatkan dimensi flange :
Ukuran pipa nominal (NPS) = 14 in
VI- 26
Diameter luar flange (A) = 21 in
Tebal flange minimum (T) = 1 3/8 in
Diameter luar bagian menonjol (R) = 16 ¼ in
Diameter hubungan pada alas (E) = 15 ¾ in
Diameter hub. Pada titik pengelasan (K) = 14,00 in
Panjang nozzle (L) = 5 in
Diameter dalam flange (B) = 13,25 in
Jumlah lubang baut = 12 buah
Diameter lubang baut = 1 1/8 in
Diameter baut = 1 in
Bolt circle =18 ¾ in
6. Menentukan pengeluaran slurry
Dasar perancangan :
Slurry keluar fermentor = 23762,7118 kg/ jam x 2,2046 lb/ kg
= 52387,27 lb/ jam
Densitas campuran = 48,32 lb/ft3
Perhitungan volumetrik :
Q = campuran
totalmρ
= 3/32,48/27,52387ftlb
jamlb = 1084,1737 ft3/ jam.
Karena slurry keluar dalam waktu 5 menit, maka :
Q = 1084,1737 ft3/ 5 menit = 3,614 ft3/ dtk
ID optimum :
VI- 27
ID = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13
= 3,9 (3,614)0,45 (48,32)0,13
= 11,5106 in ≈ 12 in
Berdasarkan App.K, Brownell & Young hal 387, didapatkan dimensi pipa :
Ukuran pipa nominal (NPS) = 12 in
Schedule (NSC) = 60
Diameter dalam (ID) = 11,626 in
Diameter luar (OD) = 12,750 in
Tebal pipa (to) = 0,502 in
Berdasarkan hal 221, Brownell & Young didapatkan dimensi flange :
Ukuran pipa nominal (NPS) = 12 in
Diameter luar flange (A) = 19 in
Tebal flange minimum (T) = 1 ¼ in
Diameter luar bagian menonjol (R) = 15 in
Diameter hubungan pada alas (E) = 14 3/8 in
Diameter hub. Pada titik pengelasan (K) = 12,75 in
Panjang nozzle (L) = 4 ½ in
Diameter dalam flange (B) = 12,00 in
Jumlah lubang baut = 12 buah
Diameter lubang baut = 1 in
Diameter baut = 7/8 in
Bolt circle = 17
5. Sambungan tutup dengan dinding fermentor
VI- 28
Untuk mempermudah perbaikan dan perawatan dari reaktor, maka tutup bejana
dihubungkan dengan bagian shell secara system flange dan bolting.
1. Gasket
Bahan : Flat metal jacketed, asbestos filled
(Brownell & Young, fig. 12.11, hal 228)
Gasket factor (Stainless steels) = 3,75
Minimum design seating stress = 9000
Penentuan tebal gasket
Dari pers. 12-2 Brownell & Young, hal 226, didapat :
)1( +−−
=mPY
mxPYdido
dimana :
Y = yeald stress (9000 psia)
m = gasket faktor (3,75)
do = diameter luar gasket
di = diameter dalam gasket
P = internal pressure (14,7 psig)
diketahui :
do gasket = OD shell = 114 in
Maka :
)175,3(7,14900075,37,149000114+−
−=
xdi
VI- 29
di114 = 1,0008
di = 1,0008 x 114 = 114,0912 in
lebar gasket (n) = 2
dodi−
= 2
1140912,114 −
= 0,0456 x 16/16 = 1/16 in
Diameter rata-rata gasket (G) = di + n
= 114,0912 + 0,0625
= 114,1537 in
Perhitungan jumlah dan ukuran baut
• Perhitungan beban baut
Beban baut supaya gasket tidak bocor (Hy), dengan menggunakan pers. 12.88,
Brownell & Young, hal 240, maka :
Wm2 = Hy = b. μ. G. Y
Dari gbr. 12.12, Brownell & Young, hal 229, lebar settling gasket bawah :
Bo = n/2 = 0,0625/ 2
= 0,03125 in
Untuk Bo = 0,03125 in
b = Bo = 0,03125 in
sehingga :
Hy = Wm2 = 0,03125 in x 3,14 x 114,1537 in x 9000 psia
= 100811,986 lb
VI- 30
Beban agar baut tidak bocor (Hp)
Hp = 2 b. μ. G. m. P
= 2 x 0,03125 in x 3,14 x 114,1537 in x 3,75 x 14,7 psia
= 1234,947 lb
Beban karena tekanan dalam (H) :
H = 4
. 2 PxGπ (Brownell & Young, pers. 12.89, hal 240)
= 4
7,14)1537,114(. 2 xπ
= 150372 lb
Jadi total berat pada kondisi operasi (Wm1) :
Wm1 = H + Hp
= 150372 lb + 1234,947 lb
= 151606,947 lb
karena Wm1 > Wm2, maka yang mengontrol adalah Wm1
2. Bolting
Bahan : High Alloy Steel SA 336 Grade M type 316
(App. D, Brownell & Young)
Tensile strength minimum = 75000
Allowable = 18750
Type flange = Ring flange loose type
• Perhitungan luas minimal bolting area
Dengan pers. 12.92, Brownell & Young hal 240 :
VI- 31
Am1 = fa
Wm1
= psia
lb18750
947,151606
= 8,086 in2
Perhitungan Bolt Optimum
Dari tabel 10.4, hal. 188 Brownell & Young, dicoba :
Ukuran baut : 1 3/8
Root area : 1,054 in2
Maka jumlah bolting minimum = areaRoot
Am1
= 2
2
054,1086,8
inin = 7,6714 ≈ 8 buah
Dari tabel 10.4, hal. 188 Brownell & Young, didapat :
Bolt spacing distance preference (Bs) = 3 in
Minimum radial distance (R) = 1 7/8 in
Edge distance (E) = 1 3/8 in
Bolting circle diameter (C) :
C = ID shell + 2 (1,415 go + R) (Brownwll & Young, hal 243 )
Dimana :
go = tebal shell = 3/16 in
Sehingga :
C = 113,625 + 2 (1,415 x 0,1875) + 1,875
= 116,0306 in
VI- 32
- Cek bolting :
πBsxN =
π38 x = 7,6433 in
- Diameter luar flange
OD = Bolt circle diameter – 2E
= 116,0306 in – 2(1,375)
= 115,2806 in
- Cek lebar gasket
Ab actual = jumlah baut x root area
= 8 x 1,054 in2
= 8,432 in2
- Lebar gasket minimal
L = Ab actual x GY
f...2 π
= 8,432 in2 x 1537,1149000..2
18750xπ
= 8,432 in2 x 0,0029
= 0,0245 in < 0,0625 (memenuhi)
Perhitungan moment
• Untuk keadaan bolting up tanpa tekanan dalam, dengan pers. 12.94, hal 243,
Brownell & Young, diperoleh :
W = faxAA mb
2)( +
= 187502
)086,8432,8( x+
VI- 33
= 154856,25 lb
• Jarak radial dari beban gasket yang bereaksi terhadap bolt (hG)
hG = 2
ratarataIDdiametercirclebolt −−
= 2
1537,1140306,116 −
= 0,9385 in
• Moment flange (Ma)
Ma = hG x W (Brownell & Young, hal 243)
= 0,9385 in x 154856,25 lb
= 145326,784 lb
• Dalam keadaan operasi :
W = Wm1 = 151606,947 lb
• Hidrostatik and force pada daerah dalam flange (HD) :
HD = 0,785 x B2 x P (Brownell & Young, pers. 12.96, hal 243)
Dimana :
B = OD shell = 114 in
P = tekanan operasi = 14,7 psia = 14,7 lb/ in2
Maka :
HD = 0,785 x (114 in)2 x 14,7 lb/ in2
= 149967,342 lb.
• Jarak radial bolt circle pada aksi (hD)
hD = 0,5 (C - B) (Brownell & Young, pers. 12.96, hal 243)
= 0,5 (116,0306 -114)
VI- 34
= 1,0153 in
• Moment MD
MD = hD x HD (Brownell & Young, pers. 12.96, hal 242)
= 1,0153 in x 149967,342 lb.in2
= 152263,717 lb.in
• Perbedaan antara baut flange dengan gaya hidrostatik total (HG)
HG = W – H (Brownell & Young, pers. 12.96, hal 242)
= Wm1 – H
= 151606,947 lb - 150372 lb
= 1234,9468 lb
• momen flange (MG)
MG = HG x hG (Brownell & Young, pers. 12.96, hal 242)
= 1234,9468 lb x 0,9385 in
= 1158,998 lb.in
• perbedaan antara gaya hidrostatik total dengan gaya hidrostatik dalam area
flange (HT)
HT = H – HD (Brownell & Young, pers. 12.96, hal 242)
= 150372 lb - 149967,342 lb.in
= 404,6582 lb
hT = 2
GD hh + (Brownell & Young, pers. 12.96, hal 242)
= 2
9385,00153,1 +
= 0,9769 in
VI- 35
• momen komponen (MT)
MT = HT x hT (Brownell & Young, pers. 12.96, hal 244)
= 404,6582 lb x 0,9769 in
= 395,3106 lb.in
• Moment total pada keadaan operasi (MO)
MO = MD + MG + MT (Brownell & Young, pers. 12.96, hal 244)
= 152263,717 lb.in + 1158,998 lb.in + 395,3106 lb.in
= 153818,025 lb.in
Karena Ma < MO, maka Mmax = MO = 153818,025 lb.in
3. Flange
Bahan : High Alloy Steel SA 336 Grade M type 316
(App. D, Brownell & Young)
Tensile strength minimum = 75000
Allowable = 18750
Type flange = Ring flange loose type
Perhitungan Tebal Flange
Dengan menggunakan pers. 12.85, hal 239, Brownell & Young :
t = 5,0
max⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛Bxf
MxY
Dimana :
K = A/B
A = diameter luar flange = 115,2806 in
B = diameter luar shell = 114 in
VI- 36
f = stress yang diijinkan untuk bahan flange = 18750 psia
Mmax =153818,025 lb.in
Maka :
K = 114
2806,115 = 1,02 in
Dengan harga K = 1,02 in, diperoleh harga (Brownell & Young, fig. 12-22, hal
238):
Y = 97
Sehingga :
t = 5,0
11418750025,15381897
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛x
x
= 2,6420 in
Kesimpulan perancangan :
1. Gasket
Bahan : Flat metal jacketed, asbestos filled
(Brownell & Young, fig. 12.11, hal 228)
Gasket factor : 3,75
Minimum design seating stress : 9000
Tebal : 1/16 in
Lebar : 1/16 in
2. Bolting
Bahan : High Alloy Steel SA 336 Grade M type 316
(App. D, Brownell & Young, hal 344)
Tensile strength minimum : 75000
VI- 37
Allowable stress : 18750
Ukuran : 1 3/8 in
Jumlah baut : 8 buah
Type flange : Ring flange loose type
3. Flange
Bahan : High Alloy Steel SA 336 Grade M type 316
(App. D, Brownell & Young, hal 344)
Tensile strength minimum : 75000
Allowable stress : 18750
Tebal : 2,6420 in
Diameter luar (OD) : 115,2806 in
Type flange : Ring flange loose type
6. Perhitungan sistem penyanggah
Sistem penyanggah dirancang untuk mampu menyanggah berat bejana total dan
perlengkapannya.
Bahan-bahan yang ditahan terdiri dari :
• Berat silinder dan tutupnya
• Berat larutan dalam fermentor
• Berat pengaduk dan perlengkapannya
• Berat attachement
• Berat coil pendingin
Berat silinder dan tutupnya (Ws)
Rumus :
VI- 38
Ws = ¼ π (OD2 – ID2) H. ρ
Dimana :
Ws = berat silinder fermentor (lb)
OD = diameter luar silinder = 114 in = 9,5 ft
ID = diameter dalam silinder = 113,625 in = 9,4688 ft
H = tinggi silinder = 14,2031 ft = 170,4375 in
ρ = densitas bahan konstruksi = 489 lb/ ft3
(Perry, edisi 6, tabel 3-118, hal 3 - 95)
Ws = ¼ π ((9,5)2 – (9,4688)2) x 14,2031 ft x 489
= 3226,6816 lb x 1 kg / 2,2046 lb
= 1463,613 kg
Berat tutup atas dan tutup bawah
• Tutup atas
Rumus :
WdA = A x t x ρ
Dimana :
WdA = berat tutup standard dished (lb)
A = luas tutup standard dished (ft2)
t = tebal tutup standard dished = 3/16 in = 0,015625 ft
ρ = densitas bahan konstruksi = 489 lb/ ft3
(Perry, edisi 6, tabel 3-118, hal 3 - 95)
A = 6,28 x Rc x h
Dimana :
VI- 39
Rc = crow radius = ID shell = 113,625 in = 9,4688 ft
h = tinggi tutup standard dished = 19,2026 in = 1,6002 ft
Maka :
A = 6,28 x 9,4688 ft x 1,6002 ft
= 95,1544 ft2 = 13703,6736 in2
Sehingga diperoleh :
WdA = 95,1544 ft2 x 0,015625 ft x 489 lb/ ft3
= 727,0391 lb x 1 kg/ 2,2046 lb = 329,7828 kg
• Tutup bawah
Rumus :
WdB = A x t x ρ
Dimana :
WdB = berat tutup conical (lb)
A = luas tutup conical (ft2)
t = tebal tutup conical = 3/16 in = 0,015625 ft
ρ = densitas bahan konstruksi = 489 lb/ ft3
(Perry, edisi 6, tabel 3-118, hal 3 - 95)
A = 6,28 x Rc x h
Dimana :
Rc = crow radius = ID shell = 113,625 in = 9,4688 ft
h = tinggi tutup conical = 32,8017 in = 2,7335 ft
Maka :
A = 6,28 x 9,4688 ft x 2,7335 ft
VI- 40
= 162,5450 ft2 = 23406,4827 in2
Sehingga diperoleh :
WdB = 162,5450 ft2 x 0,015625 ft x 489 lb/ ft3
= 1241,9455 lb x 1 kg/ 2,2046 lb
= 563,3428 kg
Jadi berat tutup atas dan tutup bawah :
Wd = WdA + WdB
= 329,7828 kg + 563,3428 kg
= 893,1256 kg
Berat larutan
Rumus :
W1 = m x t
Dimana :
m = berat larutan dalam fermentor = 33.333,34 kg/jam = 73.487,435 lb/jam
t = lama waktu pengisian = 0,5 jam
Maka :
W1 = 33.333,34 kg/jam x 0,5 jam
= 16666,6700 kg
Berat attachement
Berat attachement meliputi perlengkapan seperti nozzle, dan sebagainya :
Rumus :
Wa = 18 % x Ws
Dimana :
VI- 41
Wa = berat attachement (lb)
Ws = berat silinder fermentor = 3226,6816 lb
Sehingga :
Wa = 18 % x 3226,6816 lb
= 580,8027 lb x 1 kg / 2,2046 lb
= 263,4503 kg
Berat coil pendingin
Rumus :
Wc = ¼ π (OD2 – ID2) H. ρ
Dimana :
Wc = berat silinder fermentor (lb)
OD = diameter luar silinder = 12,75 = 1,0625 ft
ID = diameter dalam silinder = 12,09 in = 1,0075 ft
H = tinggi silinder = 6,4792 ft = 77,7504 in
ρ = densitas bahan konstruksi = 489 lb/ ft3
(Perry, edisi 6, tabel 3-118, hal 3 - 95)
Wc = ¼ π ((1,0625)2 – (1,0075)2) x 6,4792 x 489
= 620,7185 lb
= 620,7185 lb x 1 kg/ 2,2046 lb
= 281,5561 kg
Berat poros pengaduk
Rumus :
Wp = V x ρ
VI- 42
Dimana :
Wp = berat poros pengaduk (kg)
V = volume poros pengaduk (ft3)
ρ = densitas bahan konstruksi = 489 lb/ ft3
(Perry, edisi 6, tabel 3-118, hal 3 - 95)
Dengan :
V = ¼ π (D2 x Lp)
Dimana :
D = diameter poros pengaduk = 2,0739 in = 0,1728 ft
Lp = panjang poros pengaduk =14,1786 ft = 170,1432 in
Maka :
V = ¼ π ((0,1728 ft)2 x 14,1786 ft)
= 0,3323 ft3
Sehingga diperoleh :
Wp = 0,3323 ft3 x 489 lb/ ft3
= 162,5172 lb
= 162,5172 lb x 1 kg / 2,2046 lb
= 73,7173 kg
Berat impeller
Rumus :
Wi = V x ρ
V = 4 (P x L x T)
Dimana :
VI- 43
Wi = berat impeller, kg
V = volume impeller pengaduk
L = lebar blade = 0,7812 ft
T = tebal blade = 0,94688 ft
P = panjang 1 kepingan blade
P = Di/2 = 3,1247 ft/ 2 = 1,5624 ft
Di = diameter pengaduk = 3,1247 ft
ρ = densitas bahan konstruksi = 489 lb/ ft3
(Perry, edisi 6, tabel 3-118, hal 3 - 95)
Volume impeller pengaduk (V):
= 4 (1,5624 ft x 0,7812 ft x 0,94688 ft)
= 4 (1,1557 ft3)
= 4,6228 ft3
sehingga,
Wi = 4,6228 ft3 x 489 lb/ ft3
= 2260,5716 lb
= 2260,5716 lb x 1 kg / 2,2046 lb
= 1025,389 kg
Berat total
WT = Ws + Wd + W1 + Wp + Wc + Wa+ Wi
= 1463,613 kg + 893,1256 kg + 16666,6700 kg + 73,7173 kg +
281,5561 kg + 263,4503 kg + 1025,389 kg
= 20667,5213 kg x 2,2046 lb/1 kg
VI- 44
= 45563,6175 lb
Untuk faktor keamanan diambil 10 % berlebih berat fermentor :
WT = 10 % x 45563,6175 lb
= 4556,362 lb
Sehingga WTactual = 45563,6175 lb + 4556,362 lb = 50119,98 lb
= 50119,98 lb x 1 kg/ 2,2046 lb
= 22734,27 kg
Kesimpulan perancangan :
Berat silinder = 1463,613 kg
Berat tutup atas = 329,7828 kg
Berat tutup bawah = 563,3428 kg
Berat larutan =16666,6700 kg
Berat poros pengaduk = 73,7173 kg
Berat attachement = 263,4503 kg
Berat coil pendingin = 281,5561 kg
Berat impeller = 1025,389 kg
Berat total =22734,27 kg
7. Kolom penyanggah
Direncanakan :
• Dibuat 4 buah kolom penyanggah
• Digunakan kolom penyanggah jenis I beam
Perhitungan :
Beban tiap kolom
VI- 45
Rumus :
p = nw
dbcnLHPw Σ
+−
.)(4
P = nw
dbcnLHPwp Σ
+−
.)(.
Dimana :
P = Beban tiap kolom (lb)
Pw = total beban permukaan karena angin (lb)
H = tinggi vessel dari baseplate (ft)
L = jarak darii baseplate ke dasar vessel (ft)
dbc = diameter tangki (ft)
n = jumlah penyanggah (buah)
p = beban kompresi total maksimum untuk tiap leg (lb)
∑w = berat total (lb)
Reaktor diletakkan di dalam ruangan sehingga beban tekanan angin tidak
dikontrol sehingga Pw = 0, maka berlaku rumus :
P = nwΣ
= 4
98,,50119 lb = 12529,99 lb
Jarak pondasi ke dasar kolom (L) = 5 ft
Tinggi silinder (H) = 18,5368 ft
Panjang/ tinggi penyanggah (leg) = ½ H + ½ L
= ½ x 18,5368 ft + ½ x 5 ft
= 11,7684 ft = 141,2208 in.
VI- 46
Trial ukuran I beam
Untuk ukuran I beam 4 dicoba ukuran 4 x 2 5/8 dipasang dengan
memakai beban eksentrik (terhadap sumbu).
Dari Brownell & Young. hal 353, item 2 didapatkan :
Nominal size = 4 in
Area of section = 2,21 in
Depth of beam (HI) = 4 in
Width of flange (bI) = 2,660 in
Axis 1-1 = 1,64 in
Analisa terhadap sumbu y-y :
Dengan :
rl =
inin
64,12208,141 = 86,1102 in
Karena l/r antara 60 – 200 (Brownell & Young), maka :
Fc aman =
18000)/(1
180002rl
+
=
18000)1102,86(1
180002
+ = 12748,3899
A = amanFcP
= 3899,12748
99,12529 = 0,98 in2 < 2,21 in2
Evaluasi :
A hasil < A tersedia = 0,98 in2 < 2,21 in2 maka ukuran I beam memadai.
VI- 47
Base plate
Base plate merupakan alas atau telapak dari kolom yang akan dilas
dengan base plate. (Hesse, hal 163).
Perencanaan :
Beban kolom diasumsikan terdistribusi secara seragam dengan panjang =
0,95 h dan lebar = 0,8 b.
Digunakan besi cor (beton) sebagai bahan konstruksi dari base plate.
Perhitungan :
1. Menentukan luas yang diperlukan untuk tekanan bearing, dalam hal ini
adalah luas penampang base plate.
Rumus :
A = fcP
Dimana :
A = luas penampang base plate (in2)
P = beban dari tiap-tiap base plate = beban tiap-tiap kolom
=12529,99 lb
fc = bearing capacity = 600 lb/in2
Maka :
A = 2/60099,12529
inlblb = 20,88 in2
2. Menentukan panjang dan lebar base plate
Rumus :
A = p x l
VI- 48
Dimana :
A = 20,88 in2
p = panjang base plate
= 2m + 0,95 h
l = lebar base plate
= 2n + 0,8 b
Asumsi : m = n
Dari item 2. I beam, Brownell & Young hal 353, dipilih ukuran baut 4 x 2 5/8
sehingga :
b = 2,660 in
h = 4 in
maka :
A = p x l
20,88 in2 = (2m + 0,95 h) x (2n + 0,8 b)
20,88 in2 = (2m + 0,95 (4)) x (2m + 0,8 (2,660))
20,88 in2 = (2m + 3,8) x (2m + 2,128)
20,88 in2 = 4m2 + 11,856m + 8,0864
4m2 + 11,856m – 12,80 = 0
Sehingga :
m12 = a
cabb.2
.42 −±−
= 42
)80,12(44)856,11(856,11 2
xxx −−±−
= 0,841 in
VI- 49
Jadi :
Panjang base plate (p) = 2m + 0,95 h
= 2 x 0, 841 in + 0,95 x 4 in
= 1,682 in + 3,8 in
= 5,482 in ≈ 6 in
Lebar base plate (l) = 2m + 0,8 b
= 2 x 0, 841 in + 0,8 x 2,660
= 1,682 in + 2,128 in
= 3,81 in ≈ 4 in
Dari perhitungan didapatkan panjang base plate 6 in dan lebar base plate 4
in, maka ditetapkan ukuran base plate yang digunakan adalah
6 x 4 dengan luas (A) = 24 in2.
Peninjauan terhadap bearing capacity
Rumus :
f = AP
dimana :
f = bearing capacity, lb/in2
P = beban tiap kolom = 12529,99 lb
A = luas base plate = 24 in2
Maka :
f = 22499,12529
inlb
= 522,08 lb/ in2 < 600 lb/ in2
VI- 50
karena I < Ibp = 522,08 lb/ in2 < 600 lb/ in2 maka dimensi base plate
memenuhi.
Peninjauan terhadap base plate
• Panjang base plate
p = 2m + 0,95 h
6 in = 2 m + 0,95 x 4 in
m = 1,1 in
• Lebar base plate
l = 2n + 0,8 b
4 in = 2n + 0,8 x 2,660 in
n = 0,936 in
karena m > n, maka m mengontrol pemilihan terhadap base plate.
• Tebal base plate
Rumus :
tbp = 2.00015,0 mp
dimana :
t = tebal base plate (in)
P = actual unit yang terjadi pada base plate
= 522,08 lb/ in2
m = 1,1 in
maka :
tbp = 2)1,1()08,522(00015,0 xx
= 0,3079 in
VI- 51
Ukuran baut
• Beban tiap baut
Pbaut = bautnP =
499,12529 = 3132,50 lb/ baut
Abaut = baut
baut
fP
Dimana :
fbaut = stess tiap baut max = 12000 lb/ in2
Abaut = 12000
50,3132 = 0,2610 in2
Abaut = ¼ . π db2
0,2610 in2 = 0,785 db2
db = 0,5766 in ≈ 1 in
Dari Brownell & Young, tabel 10.4, hal 188 didapatkan ukuran baut 1 in2
dengan dimensi :
Ukuran baut = 1 in2
Root area = 0,551 in
Bolt spacing = 2 ¼ in
Jarak radial min. = 1 3/8 in
Edge distance = 1 1/16 in
Nut dimention = 1 5/8 in
Radius fill max = 7/16 in
Perhitungan Lug dan Gusset
VI- 52
• Tebal plate horizontal lug (tph)
Rumus :
tph = all
y
fM6
(Brownell & Young, pers. 10-41, hal 193)
dimana :
tph = tebal base plate
fall = allowable working stress = 18750 psia
My = jumlah momen punter pada baut.
My = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−++ 112ln)1(
4γ
πμ
π elP
(Brownell & Young, Eq.10.38, hal 192)
dimana :
P = beban baut = 3132,50 lb/ baut
μ = poisson’s ratio baja = 0,30 (Brownell & Young, hal 192)
l = panjang horizontal base plate lug bagian bawah (in)
= 1,5 x b
= 1,5 x 2,660 in = 3,99 in
a = panjang horizontal base plate bagian atas (in)
= ½ x l
= ½ x 3,99 in = 1,995 in
e = 2
dim flatsacrossentionnut
= 2/1 8
5
= 0,8125 in
VI- 53
b = jarak antar gusset
= 1 in + 8 in = 9 in
l = jari –jari luar bearing
= 2 (b – 0,5 x ukuran baut)
= 2 (2,660 in – 0,5 x 1 in)
= 4,32
γ1 = konstruksi dari perhitungan moment
Perbandingan tebal base plate = lb
= 0,232,49
=
Dari Brownell & Young, tabel 10-6 hal 192 diperoleh harga γ1 = 0,042 ,
sehingga :
My = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−++ 042,01
8125,032,42ln)30,01(
450,3132
ππx
= 634,416 in.lb.
jadi,
tph = 18750
416,6346 x
= 0,4506 in
• Tebal base plate vertikal Gusset (tg)
Rumus :
tg = 3/8 x thp
dimana :
VI- 54
tg = tebal base plate vertikal (in)
tph = tebal base plate horizontal = 0,4506 in
maka :
tg = 3/8 x 0,4506 in
= 0,1690 in
• Lebar gusset
Lebar = 1,5 x b
= 1,5 x 2,660 in = 3,99 in
• Lebar lug
A = ukuran baut + 9 in
= 1 in + 9 in = 10 in
• Tinggi gusset
hg = A + ukuran baut
= 10 in + 1 in = 11 in
• Tinggi lug
H = hg + 2 tph
= 11 + 2 (0,4506 in)
= 11,9012 in
Menentukan dimensi pondasi
• Beban total yang harus ditahan pondasi :
1. Berat beban bejana total
2. Berat kolom penyanggah
3. Berat base plate
VI- 55
Ditentukan :
1. masing-masing kolom penyanggah diberi pondasi
2. spesifikasi semua penyanggah sama
Perhitungan :
• beban yang ditanggung tiap kolom penyangga (W)
W = 12529,99 lb
• beban base plate (Wbp)
Rumus :
Wbp = p x l x tbp x ρ
Dimana :
Wbp = beban base plate (lb)
p = panjang base plate = 6 in = 0,5 ft
l = lebar base plate = 4 in = 0,3333 ft
tbp = tebal base plate = 0,3079 in = 0,0257 ft
ρ = densitas bahan konstruksi (baja) = 498 lb/ ft3
sehingga :
Wbp = 0,5 ft x 0,3333 ft x 0,0257 ft x 498 lb/ ft3
= 2,1329 lb
• beban penyangga tiap kolom (Wp)
Rumus :
Wp = L x A x f x ρ
Dimana :
Wp = beban kolom (lb)
VI- 56
L = tinggi kolom = 18,5368 ft
A = area of section = 2,21 in2 = 0,0153 ft2
f = factor korosi = 3,4
ρ = densitas bahan konstruksi (baja) = 498 lb/ ft3
sehingga :
Wp = 18,5368 ft x 0,0153 ft2 x 3,4 x 498 lb/ ft3
= 480,2136 lb
• beban total
WT = W x Wbp x Wp
= 12529,99 lb x 2,1329 lb x 480,2136 lb
= 13012,3365 lb x 1 kg / 2,2046 lb
= 5902,3571 kg
Gaya yang bekerja pada pondasi dianggap sebagai gaya vertikal berat total
kolom, sedangkan bidang kerja dianggap bujursangkar dengan perencanaan ukuran :
• Luas tanah untuk atas pondasi = luas pondasi atas = 1 0 x 1 0 = 100 in2
• Luas tanah untuk dasar pondasi = luas pondasi bawah = 2 0 x 2 0 = 400 in2
• Tinggi pondasi = 15 in
• Luas rata-rata permukaan (A):
A=0,5x(10+20) 2 = 200 in2
• Volume pondasi (V):
V = A x t = 2 0 0 i n 2 x 15 in= 3000 in3 = 1,7361 ft3
• Berat pondasi (W)
W = V x ρ
VI- 57
Dimana :
ρ = densitas pondasi (cement wet gravel) = 196 lb/ft3
(tabel 3.118, Perry’s ed. 6 hal . 3- 95)
sehingga :
W = 1,7361 ft3 x 196 lb/ft3
= 340,2778 lb x 1 kg / 2,2046 lb
= 154,349 kg
Menentukan tekanan tanah
Pondasi didirikan di atas semen dan gravel, dengan asumsi :
Save bearing minimum = 5 ton/ ft2
Save bearing maximum = 10 ton/ ft2 (tabel 12.2, Hesse, hal 327)
Kemampuan tekanan tanah sebesar :
P = 10 ton/ ft2
= 22046 lb/ft2
= 153,097 lb/ in2
sehingga tekanan tanah :
P = A
W
Dimana :
W = berat beban total + berat pondasi
A = luas bawah pondasi = (20 x 20) in2 = 400 in2
Sehingga :
P = 24002778,3403365,13012
inlblb +
VI- 58
= 33,3815 lb/ in2 < 153, 097 lb/ in2
Acuan harga safety didasarkan pada minimum bearing poer yaitu 6000 kg/ft2 atau
sebesar 9 1,8617 lb/in2 , karena tekanan tanah = 33,3815 lb/ in2 kurang dari 91,8617
lb/in2, berarti pondasi dapat digunakan.
Kesimpulan Pondasi:
Luas atas = 10 x 10 = 100 in2 = 0,0644 m2
Luas bawah = 20 x 20 = 400 in2= 0,2578 m2
Tinggi = 15 in = 0,4064 m
Bahan Konstruksi cemen and Gravel.
VI- 59
BAB VII
INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
Instrumentasi dan keselamatan kerja adalah dua faktor penting dalam
suatu industri guna meningkatkan kualitas dan kuantitas produk. Instrumentasi
digunkan untuk mengontrol jalannya suatu proses agar dapat dikendalikan sesuai
yang diinginkan. Sedangkan keselamatan kerja juga harus diperhatikan untuk
mencegah kerugian nyawa, materi, alat-alat, sarana dan prasarana pabrik yang
dapat timbul sewaktu-waktu. Dengan pertimbangan tersebut perlu adanya suatu
bagian yang berfungsi untuk mengontrol paralatan proses dan manajemen tentang
keselamatan kerja.
7.1. Instrumentasi
Dalam mengatur dan mengendalikan kondisi pada alat proses diperlukan
adanya alat-alat kontrol atau instrumentasi. Instrumentasi ini merupakan suatu
petunjuk (indikator) atau pengontrol. Dalam industri kimia banyak variabel yang
perlu diukur ataupun dikontrol seperti suhu, tekanan, laju alir, ketinggian cairan
dan kecepatan cairan.
Instrumentasi merupakan bagian yang penting dalam pengendalian proses
suatu pabrik industri. Dengan adanya instrumentasi yang memadai, maka bagian-
bagian dari pabrik yang penting memerlukan pengendalian operasi/proses.
Pengendalian operasi/proses meliputi keseluruhan unit pabrik maupun hanya pada
beberapa unit pabrik yang benar-benar diperlukan secara cermat dan akurat.
VII- 1
Pengetahuan akan pemilihan alat-alat pengendalian proses ini penting karena
menyangkut harga peralatan itu sendiri yang cukup mahal.
Pada umumnya instrumentasi dapat dibedakan berdasarkan pada proses
kerjanya, yaitu :
1. Proses manual
Pada proses manual biasanya peralatan itu hanya dari instrumentasi
petunjuk dan pencatat saja yang sepenuhnya ditangani oleh tenaga
manusia.
2. Proses otomatis
Pengendalian secara otomatis dilakukan dengan alat kontrol yang dapat
bekerja dengan sendirinya dan terhubung oleh monitor agar setiap saat kita
dapat memantau performance alat proses.
Pengendalian proses yang secara otomatis dilakukan dengan pertimbangan
biaya yang cukup matang, karena biasanya penggunaan alat kontrol
otomatis memakan biaya yang lebih besar atau sebaliknya justru lebih
murah daripada pemakaian alat kontrol manual. Pengendalian proses
secara otomatis memiliki keuntungan antara lain :
• Mengurangi jumlah pegawai (man power)
• Keselamatan kerja lebih terjamin
• Hasil proses lebih akurat dan dapat dipertanggungjawabkan
Beberapa bagian instrumen yang diperlukan antara lain :
a. Sensing elemen/Primary Element
VII- 2
Pada proses manual, biasanya alat hanya terdiri dari instrumen petunjuk dan
pencatat saja.
b. Elemen pengukur
Merupakan elemen yang menerima output dari elemen primer dan melakukan
pengukuran. Yang termasuk dalam elemen pengukur adalah alat-alat petunjuk
(indikator) dan alat pencatat.
c. Elemen pengontrol
Merupakan elemen yang menunjukkan harga perubahan dari variabel yang
dirasakan oleh sensing elemen dan dsiukur oleh elemen pengukur untuk
mengatur sumber tenaga yang sesuai dengan perubahan. Tenaga yang diatur
dapat berupa mekanis, elektris dan pneumatis.
d. Elemen proses pendingin
Merupakan elemen yang mengubah input di dalam proses sehingga variabel
yang diukur tetap berada pada range yang diinginkan. Pada pra rencana pabrik
metana (CH4), instrumen yang digunakan alat kontrol otomatis maupun
manual. Hal ini tergantung dari sistem peralatan dan pertimbangan teknis serta
faktor mekanis.
Tujuan penggunaan instrumentasi ini diharapkan akan mencapai hal-hal sebagai
berikut :
• Menjaga variabel proses pada batas operasi yang aman
• Mengatur laju produksi agar berada dalam batas yang direncanakan
• Kualitas produksi menjadi lebih terjamin
• Membantu mempermudah pengoperasian suatu alat
VII- 3
• Kondisi-kondisi berbahaya dapat segera diketahui secara dini melalui
alarm peringatan
• Efisiensi kerja akan lebih meningkat
Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam pemilihan instrumentasi adalah :
• Jenis instrumentasi
• Range yang diperlukan untuk pengukuran
• Ketelitian yang diperlukan
• Bahan konstruksi serta pengaruh pemasangan pada kondisi proses
• Faktor ekonomi
Pada pra rencana pabrik metana (CH4), instruemen yang digunakan adalah
alat kontrol yang bekerja secara manual maupun secara otomatis. Hal ini
tergantung dari sistem peralatan, faktor teknis, faktor ekonomis serta kelayakan
lingkungan kerja tetapi instrumentasi yang digunakan cenderung pada pemakaian
alat kontrol secara otomatis karena ada beberapa keunggulan kompetitif bila
dibandingkan secara manual. Namun demikian tenaga manusia masih sangat
diperlukan dalam pengoiperasian dan pengawasan proses.
Dalam perencanaan suatu pabrik, alat kontrol yang diperlukan adalah :
a. Indikator
Untuk mengetahui secara langsung kondisi operasi suatu daerah tertentu
dari suatu peralatan.
b. Controller
Untuk mengendalikan suatu kondisi operasi dalam aliran proses pada
harga yang telah ditentukan.
VII- 4
c. Recorder
Untuk menunjukan dan mencatat secara kontinyu kondisi operasi pada
harga yang telah ditentukan.
Dengan adanya instrumen diharapkan proses akan bekerja sesuai dengan
yang diharapkan. Instrumen yang digunakan pada pra rencana pabrik Metana
(CH4) ini adalah :
a. Temperature Controller (TC)
Berfungsi untuk mengendalikan suhu fluida dalam suatu aliran proses
sesuai dengan harga yang ditentukan.
b. Pressure Controller (PC)
Berfungsi untuk mengatur tekanan dalam suatu proses secara langsung
c. Ration Controller (RC)
Berfungsi untuk mengatur perbandingan bahan yang masuk dalam suatu
peralatan. Pada pabrik ini, peralatan proses yang menggunakan (RC)
adalah storage NaOH
d. Level Controller (LC)
Berfungsi untuk mengendalikan ketinggian fluida dalam suatu peralatan.
Penempatan alat-alat kontrol pada setiap alat dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 7.1: Instrumentasi pada tiap peralatan
No Kode Nama Alat Instrumen
1 F-113 Penampung feed LC 2 F-114 Bin kotoran WC 3 F-112 Bin CaO WC 4 M-110 Tangki pencampur PC 5 R-121 Tangki pemanas TC
VII- 5
Sambungan tabel 7.1: Instrumentasi pada tiap peralatan
No Kode Nama alat Instrumen 6 F-123 Tangki buffer LC 7 R-120 Fermentor TC 8 E-131 Cooler TC 9 D-130 Absorber PC, FC 10 F-136 Menara regenerasi PC
7.2 Keselamatan Kerja
Dalam perencanaan suatu pabrik, keselamatan kerja merupakan hal yang
sangat penting yang harus diperhatikan karena menyangkut kelancaran dan
keselamatan kerja karyawan, disamping itu juga menyangkut lingkungan dan
masyarakat disekitar pabrik. Keselamatan kerja ini merupakan usaha untuk
memberikan rasa aman dan tenang kepada karyawan dalam bekerja, sehingga
kontinuitas dan efektifitas kerja dapat terjamin. Usaha untuk mendapatkan
keselamatan kerja bukanlah semata-mata ditujukan hanya faktor manusianya saja
akan tetapi untuk menjaga peralatan yang ada di dalam pabrik. Dengan
terpeliharanya peralatan dengan baik, maka alat tersebut dapat digunakan dalam
jangka waktu yang cukup lama.
Secara umum ada tiga macam bahaya yang dapat terjadi dalam pabrik
dan harus diperhatikan dalam perencanaanya yaitu:
• Bahaya kebakaran dan ledakkan
• Bahaya mekanik
• Bahaya terhadap kesehatan
Beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya kecelakaan kerja sebagai berikut:
a. Latar belakang pekerja
VII- 6
Yaitu sifat atau karakter yang tidak baik dari pekerja yang merupakan sifat
dasar bekerja, maupun dari lingkungannya yang dapat mempengaruhi pekerja
dalam melakukan pekerjaanya, sehingga dapat menyebabkan kelalaian
pekerja.
Sifat-sifat tersebut meliputi:
• Tidak cocoknya manusia terhadap mesin atau terhadap lingkungan
kerjanya
• Kurangnya pengetahuan dan keterampilan
• Ketidakmampuan fisik dan mental
• Kurangnya motifasi kerja dan kesadaran akan keselamatan kerja
b. Kelalaian pekerja
Adanya sifat gugup, tegang, mengabaikan keselamatan akan menyebabkan
pekerja melakukan tindakan yang tidak aman.
c. Tindakan yang tidak aman dan bahaya mekanis/fisis:
Tindakan yang tidak aman dari pekerja, seperti berdiri dibawah beban
tersuspensi.
d. Kecelakaan: Kejadian seperti jatuhnya pekerja, tertumbuk benda melayang
sehingga melukai pekerja.
e. Lingkungan fisik
Meliputi mesin, peralatan dan lingkungan kerja. Kecelakaan kerja
disebabkan oleh kesalahan perencanaan, arus, kerusakkan alat, kesalahan
dalam pembelian, kesalahan dalam penyusunan atau aatu peletakan dari
peralatan dan lain-lain
VII- 7
f. Sistem manajemen pabrik
Sistem manajemen pabrik merupakan unsur terpenting. Kesalahan sistem
manajemen dapat menyebabkan kecelakaan kerja antara lain:
• Prosedur kerja yang tidak diterapkan dengan baik
• Tidak adanya inspeksi peralatan
• Tidak adanya penanggulangan terhadap bahaya kecelakaan
• Kurangnya pengawasan terhadap kegiatan pemeliharaan dan mofikasi
pabrik.
Usaha-usaha untuk mencegah dan mengurangi terjadinya bahaya-bahaya yang
ditimbulkan di dalam pabrik antara lain :
• Memberi pelatihan-pelatihan dan pencegahan kecelakaan terhadap
pengawasan khususnya karyawan yang bekerja pada bagian proses dengan
alat berat.
• Memberi pengamanan berupa pakaian serta perlengkapan sebagai
pelindung.
• Menyediakan pertlengkapan berupa unit pertolongan pertama pada
kecelakaan.
7.2.1 Bangunan Pabrik
1. Konstruksi
• Kontruksi bangunan, peralatan produksi baik langsung ataupun tidak
langsung harus cukup dan pemilihan bahan kontruksinya harus tepat
• Pada tempat-tempat yang berbahaya hendaknya diberi pagar atau
peringatan yang jelas
VII- 8
• Antara peralatan mesin-mesin dan alat-alat proses diberi jarak cukup jauh
2. Bahaya yang disebabkan oleh adanya api, listrik dan kebakaran
• Tangki bahan bakar jaraknya harus cukup jauh dari tempat yang dapat
menyebabkan kebakaran
• Untuk mencegah atau mengurangi bahaya-bahaya yang timbul, maka
dipakai isolasi-isolasi panas atau isolasi listrik dan pada tempat bertekanan
tinggi diberi pagar atau penghalang.
• Memberi penjelasan-penjelasan mengenai bahaya-bahaya yang dapat
terjadi dan memberikan cara pencegahannya.
• Memasang tanda-tanda bahaya, seperti alarm peringatan apabila terjadi
bahaya.
• Penyediaan alat-alat pencegah kebakaran, baik akibat listrik ataupun api.
7.2.2 Ventilasi
Ruang kerja harus mendapatkan ventilasi yang cukup, sehingga pekerja
dapat leluasa untuk menghirup udara segar yang berarti ikut serta menjamin
kesehatan dan keselamatan kerja.
7.2.3 Perpipaan
• Jalan proses yang terletak diatas permukaan tanah lebih baik dari pada
diletakkan dibawah tanah, karena hal ini menyangkut timbulnya bahaya
akibat kebocoran dan sulit untuk mengetahui letak kebocoran
• Pengaturan dari perpipaan dan value penting untuk mengamankan operasi,
bila terjadi kebocoran pada chek value sebaiknya diatasi dengan
pemasangan blok value disamping chek value tersebut
VII- 9
• Sebelum pipa-pipa dipasang, sebaiknya dilakukan test hidrostatik yang
bertujuan mencegah terjadinya stress yang berlebihan pada bahan-bahan
tertentu atau bagian pondasi.
7.2.4 Karyawan
Untuk menjaga kesehatan dan kesejahteraan karyawan perlu adanya
kesadaran dari seluruh pekerja agar dapat bekerja dengan baik sehingga tidak
membahayakan keselamatan jiwanya dan orang lain. Untuk itu pengetahuan akan
bahaya masing-masing alat sangatlah penting diketahui oleh semua karyawan
terutama operator control. Seluruh pekerja harus menggunakan pelindung seperti
topi pengaman, sepatu karet, sarung tangan dan masker. Pada karyawan terutama
pekerja perlu diberi bimbingan atau pengarahan agar karyawan dapat
melaksanakan tugasnya dengan baik dan tidak membahayakan.
Hal-hal yang perlu diperhatikan demi keselamatan karyawan dan kelancaran
proses industri diperlukan:
• Alat-alat yang berputar dan bergerak misalnya motor harus dilengkapi
dengan penutup
• Memakai sarung tangan, masker dan sepatu karet
• Pakaian pekerja harus kuat dan bersih
• Memakai topi atau helm pelindung
7.2.5 Listrik
Pada pengoperasian peralatan listrik perlu dipasang pengaman pemutus
arus bila sewaktu-waktu terjadi hubungan singkat yang menyebabkan kebakaran,
VII- 10
juga perlu diadakan pemeriksaan kemungkinan adanya kabel yang terkupas yang
dapat membahayakan pekerja bila tersentuh kabel tersebut.
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pengoperasian instalasi
listrik adalah sebagai berikut:
• Semua bagian pabrik diberi penerangan yang cukup dan diutamakan pada
bagian proses
• Penyediaan pembangkit tenaga cadangan
• Peralatan yang sangat penting seperti switcher dan transformar diletakkan
di tempat yang lebih aman
• Peralatan listrik dibawah tanah diberi tanda-tanda tertentu yang jelas
7.2.6 Pencegahan dan Penanggulangan Bahaya Kebakaran dan Peledakan
Pencegahan terhadap bahaya kebakara dan peledakan bertujuan untuk
memperkecil kemungkinan terjadinya kecelakaan terhadap pekerja maupun
kerusakan peralatan yang mengakibatkan terhentinya proses industri. Terjadinya
bahaya ini dapat disebabkan oleh :
1. Tejadinya kebocoran gas, karena biogas merupakan gas yang mudah
terbakar sehingga adanya kebocoran sangat rentan terhadap peledakan dan
kebakaran.
2. Kelebihan tekanan yang disebabkan oleh pompa dan juga kompresor
sangat rentan terhadap adanya bahaya peledakan.
3. Terjadinya hubungan singkat (korselting) pada saklar, stop kontak atau
alat listrik lainnya baik pada peralatan instrumentasi maupun pada
VII- 11
peralatan listrik sederhana seperti lampu, radio, komputer, mesin fax,
answering machine dll.
4. Kebakaran yang diakibatkan percikan api pada furnace yang berbahan
bakar fuel oil.
Cara untuk mencegah atau mengurangi kemungkinan terjadinya kebakaran antara
lain :
1. Memasang alat pendeteksi kebocoran gas
2. Memasang safety valve disetiap alat untuk mencegah terjadinya kelebihan
tekanan dan juga kesalahan lainnya serta pemasangan pipa air melingkar
(water hydrant) di seluruh area pabrik.
3. Pemasangan alat pemadam kebakaran yang mudah dijangkau disetiap
tempat rawan ledakan dan kebakaran, terutama disekitar alat-alat proses
bertekanan dan bersuhu tinggi.
4. Tangki bahan bakar jaraknya harus cukup jauh dari tempat yang mudah
menimbulkan kebakaran.
5. Dipasang isolasi-isolasi panas atau isolasi listrik dan pada tempat yang
bertegangan tinggi diberi penghalang atau pagar.
6. Pemasangan alat-alat listrik harus diatur sedemikian rupa agar tidak
berdekatan dengan sumber panas.
7. Membuat plakat-plakat, slogan-slogan atau Standar Operational
Procedures (SOP) pada setiap proses yang salah satu isinya.
VII- 12
7.2.7 Pencegahan dan Penanggulangan Bahaya Mekanik
Bahaya mekanik disebabkan oleh pengerjaan konstruksi bangunan atau alat
proses yang tidak memenuhi syarat. Hal-hal yang harus diperhatikan untuk
mencegah atau mengurangi kemungkinan terjadinya bahaya mekanik adalah :
1. Perencanaan alat harus sesuai dengan aturan yang berlaku termasuk
pemilihan bahan konstruksi dan pertimbangan faktor korosi. Perencanaan
alat under design biasanya lebih besar menciptakan bahaya mekanik.
2. Pemasangan alat kontrol atau indikator yang baik dan sesuai, serta
pemberian alat pengaman proses pada alat-alat yang beresiko besar
terjadinya bahaya ini.
3. Sistem perpipaan untuk air, udara, steam dan bahan bakar hendaknya
diberi cat dan warna tertentu atau berbeda dengan warna sekitarnya dan
diberi sesuai isi pipa.
7.2.8 Pencegahan Bahaya terhadap Kesehatan dan Kerja Karyawan
Untuk mencegah keselamatan karyawan perlu adanya kesadaran dari
seluruh karyawan agar dapat bekerja dengan baik dan efektif sehingga tidak
membahayakan keselamatan jiwanya dan orang lain. Oleh karena itu pengetahuan
tentang Kesehatan dan Keselamatan Kerja (K3) perlu diketahui oleh seluruh
karyawan dari mulai karyawan operator proses sampai karyawan administrasi.
Perusahaan akan mengadakan semacam pelatihan atau penyuluhan pada seluruh
karyawan terutama karyawan baru agar sosialisasi K3 lebih efektif tercipta di
lingkungan kerja. Pelatihan atau penyuluhan K3 akan berbeda bagi setiap
karyawan tergantung pada bagian mana dia bekerja. Setiap operator proses,
VII- 13
karyawan wajib mengetahui cara-cara pemakaian alat-alat pelindung seperti
(masker, topi, safety belt, sepatu, sarung tangan, dll) dan juga harus mengetahui
bahaya-bahaya yang akan terjadi dari mulai tangki bahan baku sampai tangki
storage. Sedangkan karyawan gudang wajib mengetahui prosedur penggunaan
kendaraan pengangkut sampai cara penyusunan kemasan produk.
Selain itu bahaya terhadap kesehatan karyawan umumnya datang dari
bahan baku, bahan yang diproses dan produk. Karena itu diusahakan agar ruangan
proses maupun ruangan lainnya memiliki ventilasi atau pertukaran udara
disesuikan standar WHO (World Health Organization) yang cukup sehingga dapat
memberikan kesegaran kepada karyawan serta dapat menghindari gangguan
terhadap pernapasan.
Pada karyawan terutama pada operator perlu dibimbing atau diarahkan
agar karyawan dapat melakukan tugasnya dengan baik dan tidak membahayakan
keselamatan jiwanya atau orang lain.
Untuk mencegah kecelakan kerja diperlukan alat-alat pelindung
keselamatan kerja seperti terlihat pada tabel berikut.
Tabel 7.2. Alat keselamatan kerja
No Alat pengaman Lokasi penggunaan
1 Masker Laboratorium, ruang proses 2 Topi pengaman Ruang proses, gudang 3 Sarung tangan Ruang proses, gudang 4 Sepatu karet Ruang proses, gudang 5 Pemadam kebakaran Semua ruang di area pabrik
6 Isolasi panas Utilitas (reboiler, furnace), ruang proses (alat reaktor, rotary klin, preheater), perpipaan.
VII- 14
BAB VIII
UTILITAS
Utilitas adalah salah satu bagian yang sangat penting dan diperlukan untuk
menunjang jalannya proses prouksi dalam suatu industri kimia. Unit utilitas yan
diperlukan pada pra rencana pabrik metana ini yaitu:
• Air yang berfungsi sebagai air proses, air pendingin, air sanitasi dan air untuk
pemadam kebakaran.
• Listrik yang berfungsi untuk menjalankan alat-alat produksi, utilitas dan untuk
penerangan.
• Bahan baker untuk mengoperasikan boiler.
Dari kebutuhan unit utilitas yang diperlukan, maka utilitas tersebut dibagi menjadi
4 unit yaitu :
1. Unit penyediaan air
2. Unit penyediaan steam
3. Unit pembangkit tenaga listrik
4. Unit penyediaan bahan bakar
8.1 Unit Penyediaan Air
Unit penyediaan air bertugas untuk memenuhi kebutuhan air baik ditinjau dari
segi kuantitas maupun kualitas. Segi kuantitas air merupakan jumlah kebutuhan air yang
harus dipenuhi sedangkan segi kualitas air menyangkut syarat air yang harus dipenuhi. Di
dalam Pra Rencana Pabrik Metana keperluan air dipergunakan untuk:
VIII- 1
a. Air Umpan Boiler
Air umpan boiler merupakan bahan baku pembuatan steam yang berfungsi
sebagai media panas. Kebutuhan steam sebesar 855,7169 kg/jam. Air umpan boiler
disediakan dengan excess 20 % sebagai pengganti steam yang hilang yang diperkirakan
karena adanya kebocoran akibat dari transmisi sebesar 10 % sedangkan faktor keamanan
sebesar 15 %, sehingga kebutuhan air umpan boiler sebanyak 1129,5463 kg/jam.
Air untuk keperluan ini harus memenuhi syarat-syarat agar air yang digunakan
tidak merusak ketel (boiler). Persyaratan yang harus dipenuhi adalah air tidak
mengandung kation-kataion seperti Ca2+, Mg2+ dan anion-anion seperti SO42-, Cl-, SO3
2-.
Untuk itu diperlukan treatment secara lebih sempurna.
Dari Perry, ed.6, Hal 976 didapat bahwa air umpan boiler tersebut mempunyai
syarat sebagai berikut:
Total padatan (total disolved solid) : 3500 ppm
Alkalinitas : 700 ppm
Padatan terlarut (suspended solid) : 300 ppm
Silika : 60-100 ppm
Besi : 0,1 ppm
Tembaga : 0,5 ppm
Oksigen : 0.007 ppm
Kesadahan (hardness) : 0
Kekeruhan (turbidity) : 175 ppm
Minyak : 7 ppm
Residual fosfat : 140 ppm
VIII- 2
Setelah memenuhi persyaratan tersebut, air umpan boiler harus bebas dari:
- Zat-zat yang menyebabkan korosi yaitu: gas-gas terlarut seperti O2, CO2, H2S
dan NH3
- Zat-zat yang dapat menyebabkan busa yaitu zat organik, anorganik dan zat-
zat yang tidak terlarut dalam jumlah yang besar.
Untuk memenuhi syarat tersebut dan untuk mencegah kerusakan pada boiler,
maka sebelum digunakan air umpan boiler harus diolah dahulu, melalui: demineralizer,
untuk menghilangkan ion-ion pengganggu dan deaerator, untuk menghilangkan gas-gas
terlarut.
Spesifikasi alat:
Nama Alat : Boiler
Type : Fire tube boiler
Fungsi : Menghasilkan steam
Rate steam : 1886,5135 lb/jam
Heating surface : 20232,169 ft2
Jumlah tube : 584 buah
Ukuran tube : 6 in ips = 20 ft,
Bahan bakar : Fuel oil 33o API
Rate diesel oil : 31,5027 kg/jam
Jumlah : 1 buah.
b. Air Sanitasi
Air sanitasi digunakan untuk keperluan para karyawan di lingkungan pabrik untuk
konsumsi, cuci, mandi, masak, laboratorium, perkantoran dan lain-lain.
VIII- 3
Syarat-syarat yang perlu dipenuhi:
1. Syarat Fisik
- Suhu : Dibawah suhu kamar
- Warna : Tidak berwarna/jernih
- Rasa : Tidak berasa
- Bau : Tidak berbau
- Kekeruhan : <1 mg SiO2/liter
- pH : Netral
2. Syarat Kimia
- Tidak mengandung logam berat seperti Pb, As, Cr, Cd, Hg, dan
sebagainya.
- Tidak mengandung zat-zat kimia beracun.
3. Syarat Mikrobiologis
Tidak mengandung bakteri terutama bakteri patogen yang dapat merubah sifat-
sifat fisik air. Untuk memenuhi persyaratan tersebut, setelah proses penjernihan,
air harus diberi desinfektan seperti klor cair atau kaporit.
Kebutuhan air sanitasi pada Pra Rencana Pabrik Metana ini adalah :
1. Untuk kebutuhan karyawan
Menurut standar WHO kebutuhan air untuk tiap karyawan = 120 kg/hari.
2. Untuk laboratorium dan taman
Direncanakan kebutuhan air untuk taman dan laboratorium adalah sebesar 30 %
dari kebutuhan karyawan.
3. Untuk pemadam kebakaran dan cadangan air
VIII- 4
Air sanitasi untuk pemadam kebakaran dan air cadangan direncanakan sebesar
40% dari kebutuhan air sanitasi.
c. Air pendingin
Air pendingin berfungsi sebagai media pendingin pada alat perpindahan panas.
Hal ini disebabkan karena:
- Air merupakan materi yang banyak didapat
- Mudah dikendalikan dan dikerjakan
- Dapat menyerap panas
- Tidak mudah menyusut karena pendinginan
- Tidak mudah terkondensasi
Sebagai media pendingin, air harus memenuhi persyaratan tertentu, yaitu tidak
mengandung:
- Kesadahan (hardness), dapat memberikan efek pembentukkan kerak
- Besi, penyebab korosi
- Silika, penyebab kerak
- Minyak, penyebab terganggunya film corrosion inhibitor yang dapat
menurunkan efisiensi perpindahan panas dan merupakan makanan
mikroba yang dapat menyebabkan terbentuknya endapan.
Mengingat kebutuhan air sebagai pendingin cukup besar dan untuk menghemat
pemakaian air, maka air pendingin yang digunakan didinginkan kembali (disirkulasi)
dalam Cooling Tower, sehingga tidak perlu dilakukan penggantian air pendingin, kecuali
bila ada kebocoran atau kehilangan karena penguapan, maka disediakan penambahan air
sebesar 20 % dari kebutuhan air pendingin.
VIII- 5
d. Air Proses
Air proses adalah air yang digunkan dalam proses.
Proses Pengolahan Air
Proses pengolahan air pada Pra Rencana Pabrik Metana (CH4) ini dilakukan sbb:
Air dari sungai dipompa dengan pompa air sungai (L-212) ke dalam Bak
Sedimentasi (F-213) yang berfungsi sebagai bak pengendap kotoran-kotoran yang
terikut, kemudian dipompa (L-214) ke Bak Skimmer (F-215) untuk menghilangkan
kotoran yang belum hilang pada bak sedimentasi. Dengan menggunakan Pompa Skimmer
(L-216) dipompa menuju Tangki Clarifier (H-210), disini terjadi proses koagulasi dan
flokulasi dengan penambahan alum sebagai zat koagulan dan diadakan pengadukan
dengan kecepatan yang cepat dan lambat agar alum dan air dapat tercampur secara
homogen.
Setelah terjadi koagulasi dan flokulasi dalam bak clarifier, kemudian dialirkan ke
Sand Filter (F-217) untuk menyaring air dari kotoran-kotoran yang masih tersisa..
Selanjutnya air yang sudah bersih ditampung dalam Bak Penampung air bersih (F-218)
dan diolah dengan fungsinya masing-masing yaitu :
a. Pengolahan air sanitasi
Air dari bak air bersih (F-218) dialirkan dengan pompa (L-241) menuju bak Klorinasi
(F-241) dan ditambahkan desinfektan klor (Cl2) sebanyak 1 ppm yang diinjeksikan
langsung ke dalam pipa. Selanjutnya dipompa ke bak air sanitasi (F-243) dengan
menggunakan pompa (L-242) dan siap untuk dipergunakan sebagai air sanitasi.
b. Pelunakan air umpan boiler
VIII- 6
Proses pelunakan air umpan boiler dilakukan dengan pertukaran ion dalam
demineralizer yang terdiri dari dua tangki, yaitu tangki kation exhanger (D-220A) dan
tangki anion exhanger (D-220B). Kation exhanger yang digunakan adalah resin zeolit
(H2-Z) dan anion exhanger yang digunakan adalah deacidite (DOH).
Air dari bak air bersih (F-218) dialirkan dengan pompa (L-221) menuju kation
exchanger (D-220A). Dalam tangki kation exhanger terjadi reaksi sebagai berikut
(Punmia, Hal 362) :
Ca Ca
Na2(CO3)2 + H2Z Na2Z + 2CO2 + 2H2O
Mg Mg
Ca Ca
Na2SO4 + H2Z Na2Z + H2SO4
Mg Mg
Ca Ca
Na2SO4 + H2Z Na2Z + 2HCl
Mg Mg
Ion- ion bikarbonat, sulfat dan klor diikat dengan ion Z membentuk CO2 dan air,
H2SO4 dan HCl. Selanjutnyan air yang bersifat asam ini akan dimasukkan ke dalam
anion exhanger untuk menghilangkan anion-anion yang mengganggu proses. Resin
yang digunakan De-acidite (DOH). Reaksi yang terjadi: (Punmia, Hal 362)
H2SO4 D2SO4
2DOH + 2HCl 2DCl + 2H2O
2HNO3 2DNO3
VIII- 7
Sehingga keluaran dari tangki demineralisasi adalah garam-garam kalsium, natrium,
magnesium yang terikat pada kation exchanger dalam bentuk CaZ, NaZ, MgZ.
Sedangkan H2SO4, HCl, dan HNO3 terikut pada anion exchanger dalam bentuk
D2SO4, DCl dan DNO3 . Setelah keluar dari demineralizer, air umpan boiler telah
bebas dari ion-ion yang mengganggu dan siap untuk digunakan.
Setelah keluar dari tangki demineralisasi, air lunak ini digunakan sebagai air umpan
boiler. Untuk memenuhi kebutuhan umpan boiler, air lunak ditampung dlam bak air
lunak (F-222) yang selanjutnya dipompa (L-232) ke Deaerator (D-233) untuk
menghilangkan gas-gas impuritis pada air umpan boiler dengan sistem pemanasan.
Dari deaerator air siap diumpankan ke boiler (Q-230) dengan pompa (L-223). Steam
yang dihasilkan boiler didistribusikan ke peralatan dan kondensat yang dihasilkan di
recycle.
c. Pengolahan air pendingin
Untuk memenuhi kebutuhan air pendingin dari bak air bersih (F-218), air dipompa
(L-224) ke bak air pendingin (F-225) kemudian dialirkan ke peralatan dengan pompa
(L-226). Setelah digunakan air direcycle ke cooling tower (P-227) dan selanjutnya
dari cooling tower, air direcycle ke bak air pendingin kembali.
d. Proses regenerasi
Regenerasi hydrogen / kation exhanger dilakukan dengan menggunakan asam klorida
dengan reaksi sebagai berikut:
CaZ CaSO4
Na2Z + H2SO4 H2Z + Na2SO4
MgZ MgSO4
VIII- 8
CaZ CaCl2
Na2Z + HCl H2Z + Na2Cl
MgZ MgCl2
Pemakaian resin yang terus-menerus menyebabkan resin tidak aktif lagi. Hal ini dapat
diketahui dari pemeriksaan kesadahan air umpan boiler yang dilakukan terus-
menerus. Jika terdapat kenaikan kesadahan air umpan boiler, maka hal ini
menunjukkan bahwa resin sudah jenuh dan perlu diregenerasi (setelah ± 17 jam).
Sedangkan regenerasi anion exchenger dengan menggunakan larutan Na2CO3 atau
NaOH.
Reaksi yang terjadi :
D2SO4 SO4
2 DCl + Na2CO3 2 DOH + Na2Cl2 + CO2
2 DNO3 (NO3)2
8.2 Unit Penyediaan Steam
Unit ini berfungsi untuk menyediakan kebutuhan steam yang digunakan sebagai
pemanas pada heater dan reboiler. Kebutuhan steam dipenuhi dengan jalan menguapkan
air di dalam sebuah ketel (boiler). Untuk itu maka kesadahan air pengisi ketel (boiler feed
water) harus benar-benar diperhatikan dan diperiksa dengan teliti serta harus bebas dari
kotoran yang mungkin akan mengganggu jalannya operasi pabrik. Steam yang
dibutuhkan dalam proses ini mempunyai kondisi :
• Tekanan = 1 atm
• Temperatur = 120o C
VIII- 9
Zat-zat yang terkandung dalam air umpan boiler (bahan baku pembuatan steam)
yang dapat menyebabkan kerusakan pada boiler:
- Kadar zat terlarut (solute matter) yang tinggi
- Zat padat terlarut (suspended solid)
- Garam-garam kalsium dan magnesium
- Zat organik (organik matter)
- Silika, sulfat, asam bebas dan oksida
Syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh air umpan boiler:
a. Tidak boleh membuih / berbusa
Busa disebabkan oleh adanya solid matter, suspended matter dan kebasaan yang
tinggi.
Kesulitan yang dihadapi dengan adanya busa adalah:
- Kesulitan pembacaan tinggi permukaan pada boiler
- Dapat menyebabkan percikan yang kuat yang mengakibatkan adanya solid-solid
yang menempel dan terjadinya korosi dengan adanya pemanasan lebih lanjut
b. Tidak boleh membentuk kerak dalam boiler
Kerak dalam boiler ini disebabkan oleh garam-garam Ca2+, Mg2+, CO32+, SiO2 dan
Al2O3.
Kerak yang terbentuk di dinding boiler akan menyebabkan:
- Isolasi terhadap panas sehingga proses perpindahan panas terhambat
- Kerak yang terbentuk dapat pecah sewaktu-waktu, sehingga dapat menimbulkan
kebocoran karena boiler mendapat tekanan yang kuat
VIII- 10
c. Tidak boleh menyebabkan korosi pada pipa
Korosi pada pipa boiler disebabkan oleh keasaman (pH rendah), minyak dan lemak,
bikarbonat dan bahan-bahan organik dan gas CO2, O2,. H2S, SO3, NH3 yang terlarut
dalam air.
Reaksi elektrokimia antara besi dan air akan membentuk lapisan pelindung anti
korosi pada permukaan baja, yaitu:
Fe 2+ + 2H2O Fe (OH)2 + 2H+
Tetapi bila terdapat oksigen dalam air, maka lapisan hidrogen yang terbentuk akan
bereaksi dengan oksigen membentuk air, akibat hilangnya lapisan pelindung tersebut
terjadi korosi menurut reaksi:
4H+ +O2 2H2O
4Fe (OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3
Adanya bikarbonat dalam air akan menyebabkan terbentuknya CO2, karena pemanasan
dan adanya tekanan. CO2 yang terjadi bereaksi dengan air menjadi asam karbonat. Asam
karbonat akan bereaksi dengan metal dan besi membentuk gram bikarbonat. Dengan
adanya pemanasan (kalor), garam bikarbonat ini membentuk CO2 lagi.
Reaksi yang terjadi :
Fe 2+ + 2H2CO3 Fe (HCO)2 + 2H
Fe (HCO)2 + H2O + panas Fe (OH)2 + 2H2O + 2CO2
8.3 Unit Penyediaan Listrik
Kebutuhan listrik pabrik Margarin ini direncanakan disediakan oleh PLN dan
generator set. Tenaga listrik yang disediakan dipergunakan untuk menggerakkan motor,
penerangan, instrumentasi dan lainnya.
VIII- 11
Berdasarkan peraturan menteri kesehatan no 7 tahun 1964 tentang syarat-syarat
kesehatan dan kebersihan serta penerangan dalam tempat kerja, dimana untuk area kerja
yang dituntut tingkat ketelitian tinggi dalam waktu yang lama, syarat intensif penerangan
tiap m2 area kerja 500-1000 Lux atau sama dengan 500-1000 Lumen/m2.
Untuk memenuhi kebutuhan listrik direncnakan listrik dipenuhi dari PLN sebesar
655,913 kW dan dari generator sebesar 158,454604 kW
Jadi total kebutuhan listrik dalam Pra Rencana Pabrik Metana adalah 808,032604 kW
dengan daya yang harus dihasilkan oleh generator adalah 250 kW
8.4 Unit Penyediaan Bahan Bakar
Bahan bakar pada Pra Rencana Pabrik Metana digunakan sebagai bahan bakar Boiler :
858,1893 liter/hari dan Generator : 733,465 Liter /hari
Jadi kebutuhan total bahan bakar adalah 1591,654 liter/hari.
Bahan bakar yang digunakan dalam Pra Rencana Pabrik Metana adalah solar
(diesel oil). Pemilihan bahan bakar tersebut berdasarkan pertimbangan sebagai berikut:
- Harga relatif murah
- Mudah didapat
- Viskositas relatif rendah
- Heating valuenya relative rendah
- Tidak menyebabkan kerusakan pada alat
VIII- 12
IX-
BAB IX
LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK
Pemilihan lokasi pabrik merupakan faktor yang sangat berkaitan erat dengan
efisiensi perusahaan dan harus dapat dipertanggungjawabkan baik dari segi teknis
maupun ekonomis. Tata letaknya merupakan faktor dipertimbangkan agar
kelancaran operasional pabrik menjadi sangat efektif. Oleh karena itu lokasi dan tata
letak pabrik merupakan dua faktor yang tidak terpisahkan untuk menciptakan
lingkungan kerja yang efektif dan efisien. Tapi hal yang paling mendasar adalah
tersedianya infrastruktur yang harus diciptakan oleh pemerintah setempat agar
investor menjadi tertarik untuk mendirikan pabrik di daerahnya sehingga tercipta
kawasan industri yang dapat meningkatkan Pendapatan Asli Daerah (PAD) sebagai
kompensasi dari daerah yang kini memiliki otonomi yang luas untuk merealisasikan
kebijakan arah pembangunan.
Pabrik gas methana dari kotoran sapi akan dibangun di Kecamatan Mbay
Kabupaten Nagekeo Provinsi Nusa Tenggara Timur.
9.1. Penentuan Lokasi Pabrik
Dalam pendirian suatu pabrik, pemilihan lokasi menjadi faktor yang sangat
berpengaruh terhadap kelangsungan hidup pabrik baik sekarang maupun masa
mendatang. Oleh karena itu perencanaannya harus mempertimbangkan beberapa
faktor yaitu:
1. Faktor utama
a. Bahan baku
b. Marketing
c. Utiltas (bahan bakar, sumber air, dan listrik)
d. Keadaan geografis dan masyarakat
e. Iklim dan Alam Sekitarnya
2. FaktorKhusus
a. Tenaga Kerja
b. Transportasi
c. Karakteristik lingkungan lokasi.
d. Faktor-faktor lingkungan lokasi pabrik
e. Perluasan pabrik
f. Buangan Pabrik (waste disposal)
g. Masalah lingkungan
h. Peraturan dan perundang-undangan
9.1.1. Faktor Utama
A. Bahan baku.
Hal-hal yang harus diperhatikan dari segi bahan adalah :
a) Letak sumber bahan baku
b) Kapasitas bahan baku
c) Cara memperoleh dan membawanya ke pabrik
d) Kualitas bahan baku yang ada
Lokasi pabrik jika ditinjau dari keberadaan bahan baku maka pabrik
IX- 1
hendaknya didirikan dekat dengan sumber bahan baku agar sistem transport bahan
baku menjadi efisien yang akhirnya dapat mengurangi biaya produksi.
Bahan baku kotoran sapi tersebar merata di wilayah Flores Dari segi bahan
baku, Kecamatan Mbay Kabupaten Nagekeo dipilih karena wilayah tersebut
merupakan daerah potensif peternakan sapi. Selain itu, letaknya yang sangat
strategis di wilayah Flores Tengah dan mudah dijangkau dari beberapa kabupaten
sekitarnya yakni Kabupaten Ngada, Manggarai Timur, Manggarai, Manggarai
Barat, Ende, Sikka dan kabupaten Flores Timur. Hal ini sangat mempengaruhi
transportasi bahan baku ke wilayah pabrik.
B. Marketing.
Marketing merupakan salah satu faktor yang penting didalam industri
kimia karena strategi marketing sangat menentukan keuntungan perusahaan. Hal-
hal yang perlu diperhatikan adalah:
1. Daerah marketing.
2. Proyeksi kebutuhan produk masa sekarang dan akan datang.
3. Pengaruh persaingan dagang.
4. Jarak dan sarana pengangkutan untuk lokasi pemasaran.
Mbay merupakan jalur utama distribusi bisnis dan ekonomi yang strategis
di pulau Flores. Sebagai jalur pertemuan dari beberapa kota diharapkan
perusahaan akan memperoleh keuntungan bisnis yang besar.
C. Utiltas (bahan bakar, sumber air, dan listrik).
IX- 2
Faktor utilitas menjadi sangat penting karena menyangkut kelancaran
proses produksi. Utilitas meliputi kebutuhan bahan bakar, air, dan listrik. Bahan
bakar digunakan untuk menggerakkan alat yang menghasilkan panas.
a. Air
Air merupakan kebutuhan yang sangat penting dalam suatu industri kimia.
Air digunakan untuk kebutuhan proses, media pendingin air umpan boiler, air
sanitasi dan kebutuhan lainnya. Untuk memenuhi kebutuhan ini air dapat diambil
dengan tiga macam sumber, yaitu: air sumber sungai, air kawasan dan air dari
PDAM. Apabila air dibutuhkan dalam jumlah besar, maka pengambilan air dari
sungai langsung akan lebih ekonomis.
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan sumber air antara lain:
- Kemampuan sumber air dapat melayani pabrik
- Kualitas sumber air yang disediakan
- Pengaruh musim terhadap kemampuan penyediaan air
b. Listrik dan bahan bakar
Listrik dan bahan bakar dalam industri mempunyai peranan penting,
terutama sebagai motor penggerak selain sebagai penerangan dan untuk
memenuhi kebutuhan lainnya.
Hal-hal yang perlu diperhatikan:
- Ada atau tidaknya jumlah tenaga listrik di daerah itu
- Harga tenaga listrik dan bahan bakar di daerah itu
- Mudah tidaknya mendapat bahan bakar
- Persediaan tenaga listrik dan bahan bakar di masa mendatang
IX- 3
Untuk memenuhi kebutuhan air sehari-hari diambil dua sumber: air sungai
dan air PDAM. Air sungai diolah terlebih dahulu pada unit utilitas untuk
menghasilkan air yang berkualitas sesuai dengan ketentuan. Apabila dalam masa
kemarau air sungai surut maka digunakan air PDAM untuk memenuhi kebutuhan
sehari-hari. Jadi air PDAM hanya bersifat cadangan. Air digunakan untuk sanitasi
dan untuk kebutuhan proses (air pendingin).
Sumber listrik diperoleh dari PLN, walaupun demikian tenaga generator
sangat diperlukan sebagai cadangan yang harus siap bila setiap saat diperlukan
karena listrik PLN tidak akan selamanya berfungsi dengan baik yang disebabkan
pemeliharaan atau perbaikan jaringan listrik.
D. Keadaan geografis dan masyarakat.
Keadaan geografis dan masyarakat harus mendukung iklim industri untuk
menciptakan kenyamanan dan ketentraman dalam bekerja. Hal-hal yang perlu
diperhatikan adalah:
1. Kesiapan masyarakat setempat untuk berubah menjadi masyarakat
industri.
2. Keadaan alam seperti gempa bumi, banjir, angin topan, dll.
3. Kondisi tanah tempat pabrik berdiri yang dapat menyulitkan pemasangan
konstruksi bangunan atau peralatan proses.
E. Iklim dan Alam Sekitarnya
Iklim dan alam sekitarnya merupakan bagian yang sangat penting juga,
karena pabrik yang akan didirikan harus ramah lingkungan. Selain itu iklim juga
IX- 4
berpengaruh terhadap konstruksi bangunan dan spesifikasi peralatan.
Hal-hal yang perlu diperhatikan:
- Keadaan alamnya, keadaan alam yang menyulitkan konstruksi
bangunan dan mempengaruhi konstruksi peralatan
- Keadaan angin (kecepatan dan arahnya) pada situasi terburuk dan
pernah terjadi pada lokasi tersebut
- Bahaya alam berupa gempa, banjir dan lain-lain yang pernah
terjadi di lokasi tersebut
- Kemungkinan untuk memperluas di masa mendatang
9.1.2. Faktor Khusus
A. TenagaKerja.
Kebutuhan tenaga kerja baik tenaga kasar atau tenaga ahli sangat mudah
didapat karena letaknya yang tidak jauh dari kota-kota besar. Tingkat pendidikan
masyarakat dan tenaga kerja juga menjadi pendukung pendirian pabrik ini.
B. Transportasi.
Transportasi di daerah Indramayu dapat dilakukan dari darat dan laut.
Distribusi bahan baku dan pemasaran produk dapat terjangkau dengan waktu yang
tidak terlalu lama karena letaknya yang strategis.Beberapa fasilitas-fasilitas yang
ada, yaitu :
a) Jalan raya yang dapat dilalui truk
b) Sungai dan laut yang dapat dilalui oleh kapal pengangkutan
c) Pelabuhan dan serikat buruh
C. Karakteristik Lokasi
Hal-hal yang perlu diperhatikan adalah :
IX- 5
a) Susunan tanah, daya dukung terhadap pondasi bangunan pabrik,
kondisi jalan serta pengaruh air
b) Penyediaan dan fasilitas tanah untuk perluasan atau bangunan unit baru
c) Harga tanah
D. Faktor-faktor lingkungan lokasi pabrik
Hal-hal yang perlu diperhatikan adalah :
a) Adat istiadat, kebudayaan daerah sekitar lokasi pabrik
b) Fasilitas perumahan, sekolah, poliklinik dan tempat ibadah
E. Perluasan pabrik.
Karena kawasan industri di daerah Mbay tidak terlalu banyak, maka harga
tanah industri tidak terlalu tinggi sehingga perluasan pabrik perlu direncanakan
untuk meningkatan kapasitas produksi sebagai konsekuensi dari meningkatnya
permintaan produk.
F. Buangan Pabrik (waste disposal)
Apabila buangan pabrik berbahaya bagi kehidupan disekitarnya, maka
harus diperhatikan cara pengolahan limbah pabriknya, sehingga limbah yang
dibuang tidak merugikam maryarakat disekitarnya. Hal-hal yang perlu
diperhatikan adalah:
- Cara mengeluarkan untuk buangan, terutama sehubungan dengan
peraturan pemerintah dan peraturan setempat
- Masalah polusi dan pencemaran yang mungkin timbul
G.Masalah Lingkungan
Hal-hal yang perlu diperhatikan:
- Apakah merupakan pedesaan atau perkotaan
IX- 6
- Fasilitas rumah, sekolah dan tempat ibadah
- Perijinan dari pemerintah maupun penduduk di sekitar lokasi
pabrik
H. Peraturan dan Perundang-Undangan
Hal-hal yang perlu diperhatikan:
- Ketentuan-ketentuan mengenai daerah industri tersebut
- Ketentuan mengenai jalan umum yang ada
Ketentuan mengenai jalan umum bagi industri di daerah tersebut
Berdasarkan beberapa pertimbangan faktor-faktor diatas, maka dipilih
lokasi pabrik di daerah Mbay Kabupaten Nagekeo dengan alasan :
Dasar pemilihan lokasi pabrik itu adalah:
- Dekat bahan baku
- Dekat dengan daerah pemasaran
- Tersedianya kebutuhan air dan tenaga listrik
- Fasilitas transportasi yang memadai
- Tersedianya tenaga industri yang cukup
IX- 7
Gambar 9.1. Peta Lokasi Pabrik Gas Methana
IX- 8
9.2. Tata Letak Pabrik
Perencanaan tata letak bangunan pabrik, alat-alat proses, penyimpanan
bahan baku dan produk pabrik harus direncanakan secara matang dan terpadu
sehingga diperoleh koordinasi kerja yang efektif dan seefisien mungkin.
Beberapa faktor yang diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik
(plant lay out) antara lain :
• Kemudahan dalam operasi dan proses yang disesuaikan dengan
kemudahan dalam memelihara peralatan serta kemudahan mengontrol
hasil produksi.
• Distribusi utilitas yang tepat dan ekonomis.
• Keselamatan kerja.
• Memberikan kebebasan bergerak yang cukup leluasa diantara peralatan
proses dan peralatan yang menyimpan bahan – bahan berbahaya.
• Adanya penyediaan lahan yang akan dipakai untuk perluasan pabrik
dimasa mendatang.
• Masalah pengolahan limbah pabrik agar tidak menggangu lingkungan.
• Jalan dan bangunan yang ada.
Tata letak pabrik terdiri atas beberapa bagian yaitu :
1) Areal proses
Areal proses merupakan tempat berlangsungnya proses pembuatan
karbon aktif, tata letak alat disusun berdasarkan aliran proses yang ada.
Daerah ini diletakkan pada lokasi yang dapat memudahkan suplay
bahan baku dari tempat penyimpanan dan pengiriman produk ke areal
IX- 9
penyimpanan produk serta memudahkan pengawasan dan pemiliharaan
alat – alat proses.
2) Areal penyimpanan/Gudang
Areal penyimpanan merupakan tempat penyimpanan bahan baku dan
produk yang dihasilkan serta alat–alat proses (suku cadang).
Penyimpanan bahan baku dan produk diletakan didaerah yang mudah
dijangkau oleh peralatan pengakutan.
3) Areal pemeliharan/Bengkel
Areal ini merupakan tempat untuk melakukan kegiatan perawatan dan
perbaikan peralatan sesuai dengan kebutuhan pabrik.
4) Areal Utilitas /Sarana Penunjang
Areal ini merupakan tempat untuk menyediakan keperluan dalam
menunjang jalannya proses produksi. Berupa tempat penyediaan air,
tenaga listrik, pemanas dan sarana pengolahan limbah.
5) Areal Perkantoran dan Administrasi
Areal ini merupakan pusat kegiatan administrasi perusahaan sehari-
hari dalam mengatur pabrik serta mengatur kegiatan lainnya. Areal ini
di tempatkan di bagian depan pabrik agar tidak menggangu kegiatan
dan keamanan pabrik.
6) Areal laboratorium
Areal ini merupakan tempat untuk quality kontrol terhadap produk
ataupun bahan baku, serta tempat untuk penelitian.
IX- 10
7) Fasilitas umum
Fasilitas umum terdiri dari kantin, klinik pengobatan, lapangan parkir
serta musholla sebagai tempat peribadatan. Fasilitas umum ini
diletakan sedemikian rupa sehingga seluruh karyawan dapat
memanfaatkannya.
8) Areal perluasan
Areal ini merupakan lahan kosong yang disediakan untuk perluasan
pabrik di masa yang akan datang. Perluasan dilakukan karena adanya
peningkatan kapasitas produksi dimana perluasan yang dilakukan
adalah dengan cara menambah alat proses.
Tata letak bangunan dapat dilihat pada gambar 9.2
IX- 11
Gambar 9.2.. Tata Letak Pabrik Gas Methana
IX- 12
Tabel 9.1. Keterangan Gambar :
Luas No Jenis Area M2 Ft2
1 Pos Keamanan 18 193.682 Taman 400 43043 Tempat Parkir Tamu 100 10764 Front Office 500 53805 Toilet 16 172.166 Ruang Dapur 300 32287 Ruang Serbaguna (Aula) 2500 269008 Ruang Rapat 400 43049 Penelitian & 400 430410 Tempat Parkir Kendaraan Operasional
dan Karyawan 1200 1291211 Gudang Distribusi Produk 400 430412 Timbangan Truk Operasional 160 1721.613 Gudang Distribusi Bahan Baku 300 322814 Gudang Produk 270 2905.215 Area Proses 7500 8070016 Factory Manager 30 322.817 Dept. Produksi 30 322.818 Laboratorium Pengendalian Mutu
(Quality Control) 56 602.5619 Dept. Teknik 30 322.820 Musollah 132 1420.321 ATM Bank 25 26922 Ruang Makan Karyawan (Kantin) 625 672523 Koperasi Karyawan 168 1807.724 Poliklinik 400 430425 Ruang Kontrol 300 322826 Ruang Generator 240 2582.427 Boiler 100 107628 Utilitas (Unit Pengolahan Air) 2500 2690029 Bengkel (Workshop) 900 968430 Daerah Perluasan Pabrik 20.000 215.200
Total 40.000 430.400
IX- 13
9.3 Tata Letak Peralatan Proses
Dalam perencanaan process layout ada beberapa hal yang perlu
diperhatikan, yaitu:
1. Aliran bahan baku dan produk.
Pengaturan aliran bahan baku dan produk yang tepat dapat menunjang
kelancaran dan keamanan produksi. Pemasangan elevasi perlu memperhatikan
ketinggian. Biasanya pipa atau elevator dipasang pada ketinggian minimal 3
meter agar tidak mengganggu lalu lintas karyawan.
2. Aliran udara.
Aliran udara di sekitar area proses harus lancar agar tidak terjadi stagnasi
udara pada tempat yang dapat menyebabkan akumulasi bahan kimia
berbahaya sehingga mengancam keselamatan pekerja.
3. Pencahayaan.
Penerangan seluruh area pabrik terutama daerah proses harus memadai apalagi
pada tempat-tempat yang prosesnya berbahaya sangat membutuhkan
penerangan khusus.
4. Lalu lintas manusia.
Dalam perencanaan process layout perlu memperhatikan ruang gerak pekerja
agar dapat mencapai seluruh alat proses dengan mudah dan cepat sehingga
penanganan khusus seperti kerusakan alat (trouble shooting) dapat segera
teratasi.
5. Efektifdan efisien.
Penempatan alat-alat proses diusahakan agar dapat menekan biaya operasi tapi
IX- 14
sekaligus menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik sehingga dapat
menguntungkan dari segi ekonomis.
6. Jarak antar alat proses.
Untuk alat proses bertekanan tinggi atau bersuhu tinggi sebaiknya berjauhan
dari alat lainnya agar bila terjadi ledakan atau kebakaran tidak cepat merambat
ke alat proses lainnya.
Tata letak peralatan proses ini secara garis besar berorientasi pada keselamatan
dan kenyamanan pekerja sehingga dapat meningkatkan produktifitas kerja.
Tata letak peralatan proses dapat dilihat pada gambar 9.3
IX- 15
Tahap Persiapan Bahan Baku
Tahap Reaksi
Tahap Pemurnian
Tahap Penanganan Produk
Tahap Penanganan Produk
1 2 3
4
7
11
5
6
10
9 8
Gambar 9.3 Tata Letak Peralatan Proses
IX- 16
Keterangan Gambar :
1) Tangki Feed
2) Mixing Tank
3) Tangki Pemanas
4) Tangki Buffer
5) Fermentor
6) Absorber
7) Menara Regenerasi
8) Kompressor
9) Gas Holder Metana
10) Ekspander
11) Screw Press
IX- 17
BAB X
STRUKTUR ORGANISASI PERUSAHAAN
Suatu perusahaan biasanya memiliki bentuk organisasi yang berfungsi
sebagai penghubung yang sifatnya dinamis, dalam arti dapat menyesuaikan diri
terhadap segala perubahan, dan pada hakekatnya struktur organisasi merupakan
suatu ebntuk yang dengan sadar diciptakan manusia untuk mencapai tujuan
tertentu.
Pada umumnya organisasi dibuat dalam suatu struktur yang merupakan
gambaran skematis tentang hubungan atau kerjasama antar departemen yang
terdapt dalam kerangka usaha untuk mencapai suatu tujuan tersebut.
10.1 Dasar Perusahaan
Bentuk Perusahaan : Perseroan Terbatas (PT)
Lokasi Pabrik : Mbay - Kabupaten Nagekeo NTT
Kapasitas Produksi : 16.662 ton/tahun
Status Investasi : Penanaman Modal Dalam Negeri
10.2. Bentuk Perusahaan
Pabrik Metana dasar direncanakan berstatus perusahaan swasta nasional
yang berbentuk Perseroan Terbatas (PT), bentuk ini digunakan dengan alasan:
1. Terbatasnya tanggung jawab para pemegang saham karena segala sesuatu yang
menyangkut kelancaran perusahaan dipegang oleh pimpinan perusahaan dan
setiap pemegang saham hanya mungkin menderita kerugian sebesar jumlah
yang ditanamkan pada PT yang bersangkutan.
1
2. Kedudukan atau wewenang antara pimpinan perusahaan dan para pemegang
saham (pemilik) terpisah satu sama lain.
3. Kemungkinan terhimpunnya modal yang besar dan mudah, yaitu dengan
membagi modal atas sejumlah saham-sahamnya. PT dapat menarik modal
dari banyak orang.
4. Kehidupan PT lebih terjamin karena tidak berpengaruh oleh berhentinya
salah seorang pemegang saham, direktur atau karyawan. Ini berarti suatu PT
mempunyai potensi hidup lebih permanen dari bentuk perusahaan lainnya.
5. Adanya efisiensi dalam perusahaan. Tiap bagian dalam PT dipegang oleh
orang yang ahli dalam bidangnya. Tiap orang atau tiap bagian mempunyai
bagian dengan tugas yang jelas, sehingga ada dorongan untuk mengerjakan
sebaik-baiknya.
10.3. Struktur Organisasi
Struktur organisasi yang digunakan adalah sistem garis dan staff. Alasan
pemilihan sistem garis dan staff adalah:
1. Terdapat kesatuan pimpinan dan perintah, sehingga disiplin kerja lebih baik.
2. Biasa digunakan untuk organisasi yang cukup besar dengan produksi kontinu.
3. Sering digunakan dalam perusahaan yang berproduksi secara massal.
4. Masing-masing kepala bagian/manager secara langsung bertanggung jawab
atas aktivitas yang dilakukan untuk mencapai tujuan.
5. Pimpinan tertinggi pabrik dipegang oleh seorang direktur yang bertanggung
jawab kepada Dewan Komisaris. Anggota Dewan Komisaris merupakan wakil-
2
wakil dari pemegang saham dan dilengkapi dengan staff ahli yang bertugas
memberikan saran kepada direktur.
Di samping alasan tersebut ada beberapa kebaikan yang dapat mendukung
pemakaian sistem organisasi staf dan garis yaitu:
1. Dapat digunakan oleh setiap organisasi besar, apapun tujuannya, betapapun
luas tugasnya dan betapapun kompleks susunan organisasinya.
2. Pengambilan keputusan yang sehat lebih mudah dapat diambil, karena adanya
staf ahli.
3. Perwujudan “the right man in the right place” lebih mudah dilaksanakan.
Dari kelebihan-kelebihan sistem organisasi garis dan staf di atas maka
dapat dipakai sebagai bahan pertimbangan untuk menentukan sistem organisasi
perusahaan pada pabrik metana yaitu menggunakan sistem organisasi garis dan
staf. Pembagian tanggung jawab dan wewenang berdasarkan departementasi.
Pada setiap departemen dibagi lagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil lagi
yaitu divisi. Selanjutnya tiap divisi dibagi lagi menjadi unit-unit.
Setiap departemen dipimpin oleh seorang manajer yang dibantu oleh
asisten manajer, sedangkan untuk divisi dikepalai oleh seorang divisi manajer
yang dibantu oleh asisten divisi manajer.
10.4. Tugas dan Tanggung Jawab Organisasi
1. Pemegang Saham
Pemegang saham adalah sekelompok orang yang ikut dalam
pengumppulan modal untuk mendirikan pabrik dengan cara membeli saham
3
perusahaan. Pemegang saham adalah pemilik perusahaan yang besarnya
tergantung dari prosentase kepemilikan saham. Kekayaan pribadi pemegang
saham tidak dipertanggungjawabkan sebagai jaminan atas hutang-hutang
perusahaan. Penanam saham wajib menanamkan modalnya paling sedikit 1
tahun. Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS) adalah rapat dari pemegang
saham yang memiliki kekuasaan tertinggi dalam mengambil keputusan untuk
kepentingan perusahaan. RUPS biasanya dilakukan paling sedikit sekali dalam
setahun, atau selambat-lambatnya enam bulan sejak tahun buku yang
bersangkutan berjalan (neraca telah aktif).
2. Dewan Komisaris
Dewan komisaris terdiri dari para pemegang saham perusahaan. Pemegang
saham adalah pihakpihak yang menanamkan modalnya untuk perusahaan
dengan cara membeli saham perusahaan. Besarnya kepemilikan pemegang
saham terhadap perusahaan tergantung/sesuai dengan besarnya modal yang
ditanamkan, sedangkan kekayaan pribadi dari pemegang saham tidak
dipertanggungjawabkan sebagai jaminan atas hutang-hutang perusahaan.
Pemegang saham harus menanamkan saham paling sedikit 1 (satu) tahun.
Tugas dan wewenang dewan komisaris adalah:
a. Bertanggung jawab terhadap pabrik secara umum dan memberikan
laporan pertanggungjawaban kepada para pemegang saham dalam RUPS.
b. Menerima pertanggungjawaban dari para manager pabrik.
4
3. Direktur Utama
Posisi direktur utama merupakan pemimpin tertinggi perusahaan secara
langsung dan penanggung jawab utama dalam perusahaan scara keseluruhan
selama perusahaan berdiri. Tugas dan wewenang direktur utama adalah:
a. Menetapkan strategi perusahaan, membuat perencanaan kerja dan
menginstruksikan cara-cara pelaksanaannya kepada manager.
b. Mengurus harta kekayaan perusahaan.
c. Menetapkan sistem organisasi yang dianut dan menetapkan pembagian
ekrja, tugas, dan tanggung jawab dalam eprusahaan untuk mencapai
tujuan atau target perusahaan yang telah direncanakan.
d. Mengadakan koordinasi yang tepat pada seluruh bagian organisasi.
e. Memberikan instruksi resmi kepada bawahannya untuk melaksanakan
tugas masin-masing.
f. Mempertanggungjawabkan kepada dewan komisaris semua anggaran
pembelanjaan dan pendapatan perusahaan.
g. Selain tugas diatas, direktur utama berhak mewakili perseroan secara sah
dan langsung dalam segala hal dan kejadian yang berhubungan dengan
kepentingan perusahaan. Dan harus berkonsultasi kepada dewan komisaris
setiap akan melakukan tindakan perusahaan yang krusial seperti
peminjaman uang ke Bank, memindahtangankan perseroan untuk
menanggung hutang perusahaan, dll).
4. Penelitian dan Pengembangan (R&D).
5
Divisi LITBANG bersifat independent. Divisi ini bertanggung jawab
langsung kepada direktur utama. Divisi LITBANG bertugas mengembangkan
secara kreatif dan inovatif segala aspek perusahaan terutama yang berkaitan
dalam peningkatan kualitas produksi sehingga mempu bersaing dengan produk
kompetitor.
5. Manajer Pabrik
Manager pabrik diangkat dan diberhentikan oleh direktur utama. Manager
pabrik bertanggung jawab penuh terhadap kelancaran produksi, dimulai dari
perencanaan produksi, perencanaan bahan baku, perangkat produksi. Tugas
utamanya adalah merencanakan, mengontrol, dan mengontrol semua kegiatan
yang berkaitan dari mulai bahan baku sampai menghasilkan produk.
6. Manager Admnistrasi
Manager administrasi memiliki ruang lingkup kerja yang lebih luas dari
amnager produksi. Manager administrasi bertanggung jawab atas segala
kegiatan kerja diluar produksi. Semua manajemen perusahaan diatur dan
dijalankan oleh bagian administrasi, termasuk strategi pemasaran, pengaturan
keuangan perusahaan, hubungan masyarakat, dan mengatur masalah
ketenagakerjaan.
7. Departemen Quality Control (Pengendalian Mutu)
Departemen QC bertugas mengawasi mutu bahan baku yang diterima dan
produk yang dihasilkan. Selama mengawasi mutu produk, tidak hanya produk
jadi saja yang di analisis tapi juga pada setiap tahapan proses. Misalnya pada
tahap pemurnian apakah impurities yang terkandung dalam campuran methana
6
sudah memenuhi ketentuan yang ditetapkan atau belum..
8. Departemen Produksi
Kepala Dept. Produksi bertanggung jawab atas jalannya proses produksi
sesuai yang direncanakan, termasuk merencanakan kebutuhan bahan baku agar
target produksi terpenuhi.
a. Divisi Produksi
Divisi produksi bertanggung jawab kepada kepala Dept. Produksi atas
kelancaran proses. Divisi ini juga mengatur pembagian shift dan kelompok
kerja sesuai spesialisasinya pada masing-masing tahapan proses dan
mengendalikan kondisi operasi sesuai prosedurnya.
b. Divisi Gudang
Bertanggung jawab kepada kepala Dept. Produksi atas ketersedian bahan
baku yang dibutuhkan sesuai banyaknya produksi yang diinginkan
sehingga tidak terjadi kekurangan atau kelebihan, mengatur aliran
distribusi bahan baku dari tangki supply ke dalam gudang dan selain itu
juga mengatur aliran distribusi produk untuk dialirkan ke tangki suply.
9. Departemen Teknik
Kepala Dept. Teknik bertanggung jawab atas kelancaran alat-alat proses
selama produksi berlangsung, termasuk pemeliharaan alat proses dan
instrumentasinya. Apabila ada keluhan pada alat penunjang produksi maka
dept. teknik langsung mengatasi masalahnya.
a. Divisi Utilitas
7
Bertanggung jawab kepada kepala Dept. Teknik mengenai kelancaran alat-
alat utilitas.
b. Divisi Bengkel & Perawatan
Bertugas memperbaiki alat-alat atau instrumen yang rusak
c. Divisi lingkungan
Bertugas untuk penanganan pengolahan limbah dan pemanfaatannya
10. Departemen Pemasaran
Kepala Dept. Pemasaran bertanggung jawab dalam mengatur masalah
pemasaran produk, termasuk juga melakukan research marketing agar
penentuan harga dapat bersaing di pasaran, menganalisis strategi pemasaran
perusahaan maupun kompetitor, mengatur masalah dsitribusi penjualan produk
ke daerah-daerah, melakukan promosi pada berbagai media massa baik cetak
maupun elektronik agar produk dapat terserap konsumen.
a. Divisi Penjualan
Bertanggung jawab kepada kepala Dept. Pemasaran mengenai penjualan
produk pada berbagai daerah distribusi sekaligus mensurvei kebutuhannya
agar dapat dipasok setiap saat.
b. Divisi promosi
Melakukan promosi ke berbagai sumber tentang kelebihan produk
perusahaan minimal masyarakat konsumen mengetahui produk yang
diproduksi perusahaan.
c. Divisi Research Marketing
8
Melakukan analisis pasar untuk memenangkan persaingan dengan
kompetitor dan selalu membuat strategi pemasaran setiap saat sesuai
perkembangan di lapangan.
d. Divisi Transportasi
Mengatur distribusi produk agar tepat sasaran dan tepat waktu.
11. Departemen Keuangan
Kepala Dept. Keuangan bertanggung jawab mengatur neraca perusahaan
dengan melakukan pembukuan sebaik-baiknya baik pemasukan ataupun
pembelanjaan untuk kebutuhan perusahaan, selain itu juga membayarkan gaji
ke rekening bank tiap karyawan pada setiap akhir bulan. Dan juga
membayarkan jaminan sosial atas pemutusan hak kerja (PHK) karyawan. Dept.
Keuangan membawahi 2 divisi yaitu:
a. Divisi Pembukuan Keuangan
b. Divisi Penyediaan & Pembelanjaan
12. Departemen Sumber Daya Manusia (SDM)
Kepala Dept. SDM bertugas merencanakan, mengelola, dan
mendayagunakan SDM, baik yang telah bekerja ataupun yang akan
dipekerjakan. Selain itu Dept. SDM mengatur masalah jenjang karier dan
masalah penempatan karyawan, atau pemindahan karyawan antar departermen
atau antar divisi sesuai dengan tingkat prestasinya.
a. Divisi Kesehatan
9
Bertugas memperhatikan kesehatan karyawan. Apabila poliklinik yang
tersedia tidak dapat mengatasi masalah kesehatan karyawan maka dapat
diintensifkan di rumah sakit langganan perusahaan sesuai kebutuhan
pengobatan.
b. Divisi Ketenagakerjaan
Mengatur kesejahteraan karyawan seperti pemberian fasilitas atau bonus
perusahaan untuk karyawan yang berprestasi. Selain itu merekrut tenaga
kerja sesuai dengan kebutuhan perusahaan.
13. Departemen Hubungan Masyarakat (HUMAS)
Kepala Dept. Humas bertugas menjalin hubungan kemasyarakatan baik di
dalam perusahaan, antar instansi ataupun dengan masyarakat setempat. Selain
itu menjaga kenyamanan, keindahan, dan keamanan perusahaan dari mulai
keindahan taman, toilet sampai kebersihan gudang dan produksi. Keamanan
perusahaan meliputi pengontrolan setiap kendaraan yang masuk perusahaan
baik kendaraan bahan baku, produk, sampai kendaraan tamu. Dan juga
menjaga keamanan dan ketertiban di lingkungan kerja di seluruh area pabrik.
Dept. Humas membawahi 2 divisi yaitu:
a. Divisi Keamanan
b. Divisi Kebersihan
10.5 Kebutuhan tenaga kerja dan tingkat pembagian golongan
10.5.1. Jadwal dan Jam Kerja
Pabrik metana direncanakan bekerja atau beroperasi selama 300 hari
10
dalam setahun dan 24 jam sehari, sisa harinya digunakan untuk perbaikan,
perawatan dan shutdown.
Pembagian kerja untuk pengawai adalah sebagai berikut:
1. Untuk pegawai non shift:
Pegawai non shift adalah karyawan yang tidak berhubungan langsung
dengan proses produksi. Misalnya direktur, kapala bagian, dan seksi-seksi
dibawah tanggung jawab non teknis atau yang bekerja di pabrik yang jenis
pekerjaan tidak continyu.
Bekerja selama 6 hari dalam seminggu sedangkan hari minggu dan hari
besar libur.
Ketentuan jam kerja adalah sebagai berikut:
Senin – Kamis : 07.00 – 15.00 (Istirahat 12.00 – 13.00 WIB)
Jumat : 07.00 – 13.00 (Istirahat 11.00 – 13.00 WIB)
Sabtu : 07.00 – 13.00
2. Untuk pegawai shift:
Pegawai shift merupakan karyawan yang secara langsung menangani
proses dan mengatur bagian-bagian tertentu di pabrik yang berhubungan
dengan keamanan dan keselamatan produksi.
Bekerja selama 21 jam sehari, yang terbagi dalam tiga shift, yaitu:
Shift I : 07.00 – 15.00
Shift II : 15.00 – 23.00
Shift III : 23.00 – 07.00
Untuk memenuhi kebutuhan pabrik, karyawan shift dibagi empat regu
11
bekerja dan satu regu libur.
Jadwal kerja masing-masing regu dapat dilihat pada tabel 10.1:
Tabel 10.1 Jadwal Kerja Karyawan
HARI REGU 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
I P P P - M M M - S S S - II S S - P P P - M M M - S III M - S S S - P P P - M M IV - M M M - S S S - P P P
Keterangan:
P = Pagi (Shift I)
S = Siang (Shift II)
M = Malam (Shift III)
- = Libur
10.5.2 Status karyawan
Pada pabrik ini status karyawan berbeda-beda karena tingkat pendidikan
sehingga besar sistem upah karyawan berbeda-beda tergantung pada kecilnya
kedudukan, tanggung jawab dan keahliannya. Menurut statusnya karyawan pabrik
ini dapat dibagi menjadi tiga golongan sebagai berikut:
1. Karyawan tetap
Karyawan tetap adalah karyawan yang diangkat dan diberhentikan oleh
direksi berdasarkan surat keputusan (SK) direksi atas pengajuan kepala yang
membawahinya dan memberi upah harian yang dibayarkan tiap akhir pekan
2. Karyawan harian
12
Karyawan harian adalah karyawan yang diangkat dan diberhentikan oleh
direksi tanpa surat keputusan (SK) direksi dan mendapat gaji harian yang
dibayarkan setiap akhir pekan
3. Karyawan borongan
Karyawan borongan adalah pekerja yang digunakan oleh pabrik bila
diperlukan saja. Misalkan bongkar muat barang, dan sebagainya. Pekerja ini
menerima upah borongan untuk suatu pekerjaan.
10.5.3 Perincian jumlah tenaga kerja
Penentuan jumlah tenaga kerja proses
Kapasitas = 16.662 Ton/Tahun
= (16.662 Ton/Tahun)/(300 Hari/Tahun)
= 55,54 Ton/Hari
Dari Vilbrant hal 235 fig 6-35 untuk peralatan dengan kondisi rata-rata didapat
M = 15,2 P 0,25
= 15,2 (55,54)0,25
= 41 jam/hari tahap proses
Pra rencana pabrik metana ada 5 tahap proses sehingga didapat:
Jumlah karyawan proses = 41 x 5 = 205 jam/hari
Karena 1 shift 7 jam, maka:
Jumlah karyawa proses = 205/7 = 29 orang /shift/hari
Karena 1 shift terdiri dari 4 regu, maka:
Jumlah karyawan proses = 29 orang /shift/hari x 4 regu = 116 orang/hari
Karena kemajuan suatu pabrik atau perusahaan tergantung pada
13
kedisiplinan karyawannya, maka salah satu cara untuk menciptakan kedisiplinan
adalah dengan memberlakukan presensi. Dari mulai direktur utama sampai
karyawan kebersihan diberlakukan presensi setiap jam kerjanya yang nantinya
dapat menjadi pertimbangan perusahaan dalam meningkatkan karier
karyawannya.
Perincian jumlah tenaga kerja dapat dilihat pada tebel 10.2
Tabel 10.2 Perincian Jumlah Tenaga Kerja
No Jabatan Jumlah 1 Direktur Utama 1 2 Direktur Teknik 1 3 Direktur Administrasi 1 4 Sekretaris 1 5 Staf sekretariat 2 6 Kepala Litbang 1 7 Staf Litbang 4 8 Kabag Pengendali Mutu 1 9 Kasie Pengendali Mutu 1
10 Karyawan Seksi Pengendali Mutu 2 11 Kabag Produksi 1 12 Kasie Produksi 1 13 Karyawan Seksi Produksi 116 14 Kasie Gudang 1 15 Karyawan Seksi Gudang
a. Gudang Bahan Baku 4 b. Gudang Hasil Produksi 3
16 Kabag Teknik 1 17 Kasie Utilitas 1 18 Karyawan Seksi Utilitas 2 19 Kasie Bengkel & Perawatan 1 20 Karyawan seksi Bengkel & Perawatan 2 21 Kasie Lingkungan 1 22 Karyawan Seksi Lingkungan 2 23 Bagian Pemasaran 1 24 Kasie Penjualan 1 25 Karyawan Seksi Penjualan 2 26 Kasie Promosi 1 27 Karyawan Seksi Promosi 2
14
Sambungan tabel 10.2 Perincian Jumlah Tenaga Kerja
No Jabatan Jumlah 28 Kasie Research Marketing 1 29 Karyawan Seksi Research Marketing 2 30 Kasie Transportasi 1 31 karyawan Seksi Transportasi 4 32 Kabag Keuangan 1 33 Kasie Pembukuan Keuangan 1 34 Karyawan seksi Pembukuan Keuangan 2 35 Kasie Penyediaan & Pembelanjaan 1 36 Karyawan Seksi Penyediaan & Pembelanjaan 2 37 Kabag SDM 1 38 Kasie Kesehatan 1 39 Karyawan Seksi Kesehatan 3 40 Kasie Ketenagakerjaan 1 41 Kabag Humas 1 42 Kasie Keamanan 1 43 KaryawanKemananan 18 44 Kasie Kebersihan 1 45 Karyawan Seksi Kebersihan 10
Total 210
10.5.4 Sistem perupahan karyawan
Pada pra rencana pabrik metana, besar kecilnya upah yang diberikan
didasarkan pada:
a. Tingkat pendidikan
b. Pengelaman kerja
c. Tanggung jawab dan kedudukan
d. Keahlian yang dimiliki
Berdasarkan atas kedudukan dan perbedaan status ini, maka sistem
pengupahan pada pra rencana pabrik metana dibedakan menjadi:
1. Upah bulanan
Upah bulanan diberikan kepada karyawan tetap yang besarnya berbeda-
15
beda untuk setiap karyawan dan diberikan setiap akhir pekan
2. Upah harian
Upah harian diberikan kepada karyawan harian tetap yang besarnya
berbeda-beda untuk setiap karyawan dan diberikan setiap akhir pekan
3. Upah borongan
Upah borrongan diberikan kepada karyawan harian lepas atau karyawan
borongan yang besarnya tidak tetap, tergantung pada macam pekerjaan
yang dilakukan dan upah tersebut diberikan setelah pekerjaan itu selesai
10.6 Jaminan sosial
Jaminan sosial adalah jaminan yang diterima pihak karyawan di luar
kesalahannya sehingga tidak dapat melakukan pekerjaan. Jaminan sosial yang
diberikan oleh perusahaan pada karyawan adalah:
1. Tunjangan:
- Tunjangan di luar gaji pokok, diberi kepada tenaga kerja tetap
berdasarkan prestasi yang dilakukan
- Tunjangan lembur, yang diberikan kepada tenaga kerja yang
bekerja di luar jam kerja (khusus untuk tenaga kerja shift).
2. Fasilitas:
Disediakan kendaraan dinas berupa:
- Kendaraan roda empat bagi direktur
- Kendaraan roda dua bagi karyawan
16
- Disediakan kendaraan antar jemput bagi kepala seksi dan
karyawan bawahannya atau diganti dengan uang transportasi yang
sesuai
- Setiap karyawan diberi dua pasang pakaian kerja dalam setahun,
selain itu kepada tenaga kerja juga dibagi perlengkapan penunjang
keselamatan kerja sesuai bidang yang ditanganinya.
3. Pengobatan:
- Pengobatan ringan yang dilakukan di poliklinik perusahaan dan
diberikan kepada tenaga kerja yang membutuhkannya
- Untuk pengobatan berat diberikan penggantian biaya sebesar 50%
secara langsung kepada pihak rumah sakit, dokter dan apotek yang
bersangkutan yang ditentukan oleh perusahaan.
- Karyawan yang mengalami gangguan kesehatan atau kecelakaan
dalam melaksanakan tugasnya untuk perusahaan mendapatkan
penggantian biaya sepenuhnya
4. Cuti
- Cuti tahunan selama 12 hari kerja dan diatur dengan mengajukan
permohonan satu minggu sebelumnya untuk dipertimbangkan
izinnya
- Cuti sakit bagi pekerja yng memerlukan istirahat total berdasarkan
surat keterangan dokter
- Cuti haid selama 2 hari bagi karyawa setiap bulan
- Cuti hamil selama 1 bulan bagi tenaga kerja wanita
17
18
- Cuti untuk keperluan dinas atas perintah atau berdasarkan kondisi
tertentu perusahaan
5. Insentif atau bonus
Insentif diberikan dengan tujuan untuk meningkatkan produktifitas dan
mendorong semangat kerja karyawan. Besarnya insentif ini dibagi
menurut golongan dan jabatan. Pemberian insentif untuk golongan operatif
(golongan kepala seksi ke bawah) doberikan setiap bulan sedangkan untuk
golongan di atasnya diberikan pada akhir tahun produksi dengan melihat
besarnya keuntungan dan target yang dicapai
6. Perumahan
Perumahan diberikan terutama bagi karyawan yang menduduki jabatan penting,
mulai dari direksi sampai kasie.
PEMEGANG SAHAM
DEWAN KOMISARIS
DIREKTUR UTAMA
DIREKTURTEKNIK
DIREKTURADMINISTRASI
KasieBengkel
danperawatan
KasieLingkungan
KasieUtilitas
KasieProses
Kasie Kontrol &Laboratorium
KasieHumas
KasieKeamanan
danTrasportasi
KasieKesehatan &Kesejateraan
KasieIklan &
Promosi
KasiePersediaan
&Purchesing
Kasiepelatihan
danTenagaKerja
KasiePersonalia
KasiePenjualan
KABAGTEKNIK
KABAGPRODUKSI
KABAGUMUM
KABAGPEMASARAN
KABAGKEUANGAN KABAG SDM
LITBANG
KABAGPENEGNDALI
MUTU
KasieQualityControl
BAB XI
ANALISA EKONOMI
Perencanaan suatu pabrik juga perlu ditinjau dari faktor-faktor ekonomi
yang menentukan apakah pabrik tersebut layak didirikan atau tidak. Factor-faktor
yang perlu dipertimbangkan adalah penentuan untung rugi dalam mendirikan
pabrik Metana dari kotoran sapi, sebagai mana berikut:
• Return On Investment (ROI)
• Pay Out Time (POT)
• Break Event Point (BEP)
• Internal Rate Of Return (IRR)
Sedangkan untuk menghitung faktor-faktor di atas perlu diadakan penaksiran
beberapa hal yang enyangkut administrasi perusahaan dan jalannya proses, yaitu:
11.1 Faktor-Faktor Panentu
11.1.1 Total Capital Investment (TCI)
Total capital investment yaitu modal yang akan dibutuhkan untnk
mendirikan pabrik sebelum berproduksi, terdiri dari :
1. Fixed Capital Investment (FCI)
a. Biaya langsung (Direct Cost), meliputi :
1. Harga peralatan
2. Instrumentasi alat control
3. Perpipaan
XI- 1
4. Listrik terpasang
5. Bangunan pabrik
6. Pengembangan lahan
7. Fasilitas pelayanan umum
8. Fasilitas dan bengkel
9. Tanah dan gedung
10. Pemasangan
b. Biaya tak langsung
1. Engginering and supervise
2. konstruksi
2. Working Capital Investment (WCI)
Yaitu modal untuk menjalankan pabrik yang berhubungan dengan laju
produksi, yang meliputi :
1. Penyediaan bahan baku dalam waktu tertentu
2. Pengemasan produk dalam waktu tertentu
3. Utilitas dalam waktu tertentu
4. Gaji dalam waktu tertentu
5. Uang tunai
Sehingga: TCI = FCI + WCI
11.1.2. Total Ongkos Produksi
Total ongkos produksi adalah biaya yang digunakan untuk operasi pabrik
XI- 2
dan biaya perjalanan produk, meliputi:
a. Biaya pembuatan terdiri dari
1) Biaya produksi langsung (DPC)
2) Biaya produksi tetap (FC)
3) Biaya Overhead Pabrik
Biaya Umum (general Expenses), terdiri dari :
1) Administrasi
2) Distribusi dan pemasaran
3) Penelitian dan pengembangan( research and development)
Adapun ongkos produksi total terbagi menjadi:
a. Ongkos Variabel (VC)
Yaitu segala biaya yang pengeluarannya berbanding lurus dengan laju
produksi, yang meliputi:
1) Biaya bahan baku
2) Biaya utilitas
3) Baiya pengemasan
b. Ongkos semi Variabel (SVC)
Yaitu biaya pengeluaran yang tidak berbanding lurus dengan laju
produksi, meliputi:
1) Plant Over head
XI- 3
2) Pemeliharaan dan perbaikan
3) Laboratorium
4) Operating supplies
5) General expenses
c. Ongkos Tetap
Ongkos tetap meliputi:
1) Depresiasi peralatan
2) Depresiasi Bangunan
3) Asuransi
4) Pajak
5) Bunga
11.1.3. Penaksiran Harga Alat
Harga satuan alat akan berubah, tergantung pada perubahan kondisi
ekonomi. Untuk itu digunakan beberapa cara konversi harga alat terhadap harga
alat pada beberapa tahun yang lalu, sehingga diperoleh harga yang ekivalen
dengan harga sekarang.
Harga alat dalam Pra rencana pabrik Metana didasarkan pada data harga
alat yang terdapat pada Peter dan Timmerhaus dan Gd Ulrich. Sedangkan untuk
menaksir harga alat pada tahun 2010 digunakan persamaan berikut:
Cx = CkxIkIx
XI- 4
Dari perhitungan Appendix E, didapatkan harga peralatan untuk pabrik Metana
sebesar Rp 40.330.724.497
11.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI)
11.2.1 Modal Tetap
A. Modal langsung (Direct Cost = DC)
1. Harga peralatan = Rp 40.330.724.497
2. Instrumentasi dan control (10% E) = Rp. 4.033.072.449
3. Perpipaan (17% E) = Rp. 6.856.223.164
4. Listrik terpasang (10% E) = Rp. 4.033.072.449
5. Bangunan pabrik (18%E) = Rp. 7.259.530.409
6. Pengembangan lahan (5%) = Rp. 2.016.536.224
7. Fasilitas pelayanan umum (20%) = Rp. 8.066.144.899
8. Fasilitas dan bengkel (40%E) = 16.132.289.799
9. Tanah dan gedung (App.E) = 4.000.000.000
10. Pemasangan (35%E) = Rp. 14.115.753.574
11. Biaya angkutan ke lokasi pabrik
(10 % bahan baku) = Rp. 5.831.784.000
Total modal langsung (DC) = Rp. 112.675.131.464
B. Biaya tak langsung (Indirect Cost =IC)
1. Engginering and supervise (5% DC) = Rp. 5.633.756.573
2. Konstruksi (7% DC) = Rp. 7.887.259.202
XI- 5
Total biaya tak langsung = Rp. 13.521.015.775
TPC (Total Plant Cost) = Jumlah biaya langsung dan biaya tidak langsung
TPC = TPDC + TPIC
= Rp. 112.675.131.464 + Rp. 13.521.015.775
= Rp. 126.196.147.239
TPC (Total Plant Cost) = Rp. 126.196.147.239
Kontraktor (5% TPC) = Rp. 6.309.807.362
Biaya tak terduga (7% TPC) = Rp. 8.833.730.307
Modal tetap (FCI) = Rp. 141.339.684.908
11.2.2. Modal Kerja (Working Capital Investment = WCI)
Modal kerja (25% FCI) = Rp. 35.334.921.227
Total capital investment = Modal kerja + Modal tetap
TCI = WCI + FCI
= Rp. 35.334.921.227+ Rp. 141.339.684.908
= Rp. 176.674.606.135
Modal perusahaan :
a. Modal sendiri 60 % = 60 % TCI
= 60 % x Rp.176.674.606.135
= Rp. 106.004.763.681
b. Modal pinjam 40% = 40 % TCI
= 40 % x Rp. 176.674.606.135
XI- 6
= Rp. 70.669.842.454
11.3 Biaya Produksi Total (TPC)
Biaya Produksi Total = Biaya Manufacture + Biaya Umum
11.3.1 Biaya Manufactur
A. Biaya Produksi Langsung (DPC)
1. Bahan baku (per 1 tahun) Rp 527.766.687
2. Gaji karyawan (per 1 tahun) Rp 3.183.000.000
3. Biaya utilitas Rp 4.182.437.572
4. Biaya pengemasan (per 1 tahun) Rp 3.945.115.500
5 Biaya laboratorium (10% Gaji) Rp 318.300.000
6 Pemeliharaan (10%E) Rp 4.033.072.449
7 Op. Supplies (10% Pemeliharaan) Rp 403.307.244
Total DPC Rp 16.592.999.452
B. Biaya Produksi Tetap (Fixed Production Cost = FPC)
1 Depresiasi Peralatan (10% E) Rp 4.033.072.4492 Depresi Bangunan (0,032 FCI) Rp 42.887.774
3 Pajak Kekayaan (0,5% FCI) Rp 670.121.475
4 Asuransi(0.75% FCI) Rp 1.005.182.212
5 Bunga Pinjaman (15%x 40%FCI) Rp 8.041.457.703
Total FPC Rp 13.792.721.613
XI- 7
C .Biaya Overhead (25% gaji +
pemeliharaan) Rp 4.828.822.449
Total Biaya Manufaktur Rp 35.214.543.514
11.3.2 BiayaUmum (GE)
A Biaya Administrasi (18% gaji+
pemeliharaan) Rp 4.606.012.44
B Biaya distribusi = Biaya
Administrasi Rp 4.606.012.44
C Biaya Penelitian Rp 4.606.012.449
Total GE Rp 13.818.037.347
Total Biaya Produksi = Biaya Manufactur + Biaya Umum
= Rp. 35.214.543.514 + Rp. 13.818.037.347
= Rp. 49.032.580.861 11.3 Laba perusahaan
Besar laba perusahaan:
Laba perusahaan = penjualan (S) – Biaya produksi (TPC) Dimana:
Total Penjualan = Rp. 103.975.353.100/tahun
Laba Kotor = Rp. 103.975.353.100 - Rp.49.032.580.861
XI- 8
= Rp. 54.942.772.239
Pajak Penghasilan (10% S) = Rp. 10.397.535.310
Laba Bersih = Laba kotor – pajak penghasilan
= Rp. 54.942.772.239- Rp. 10.397.535.310
= Rp.44.545.236.929/tahun
11.4 Analisa Usaha
A. Return Of Investment (ROI)
ROI bt = (laba kotor/ modal tetap) x 100%
= (Rp. 54.942.772.239/Rp 141.339.684.908) x 100%
= 38,87%
ROI at = (laba bersih / modal tetap) x 100%
= (Rp.30.648.357.703/ Rp 141.339.684.908)x 100%
= 31,51%
B. Pay Out Time (POT)
Cash Flow = laba bersih + Depresiasi (alat + bangunan)
Cash Flow = Rp 44.545.236.929+ Rp 4.075.960.223
= Rp 46.261.197.152
POT = (modal tetap/Cash flow ) x 1 tahun
= (Rp 141.339.684.908/ Rp 46.261.197.152) x1 tahun
= 3,05 tahun
XI- 9
C. Break Even Point (BEP)
Break Even Point = %1007,0
3,0 xVCSVCS
SVCFC−−
+
Dimana :
1 Biaya Tetap (FC) Rp 13.792.721.613 2 Biaya Variabel (VC)
Bahan baku Rp 527.766.687
Gaji karyawan Rp 3.183.000.000
Biaya utilitas Rp 4.182.437.572
Biaya pengemasan Rp 3.945.115.500
Pemeliharaan (20% E) Rp 4.033.072.449
Total Variabel Cost Rp 15.871.392.208
3 Biaya Semi Variabel (SVC)
Biaya umum Rp 13.818.037.347
Biaya laboratorium Rp 4.606.012.449
Operating Suplies Rp 4.606.012.449
Biaya Overhead Pabrik Rp 4.828.822.449
Total Semi Variabel Cost Rp 27.558.884.694
BEP = %100.20815.871.392-4.694.x27.558.880,7-3.100103.975.35 Rp.
694.884.558.27.0,3.61313.792.721 Rp.x
Rp+
= 32,15%
XI- 10
- NPV (Net Present Value)
Metode ini dugunakan untuk menghitung selisih dari penerimaan kas
bersih dengan nilai investasi.
Data :
• Bunga Bank : 12% per tahun
• Massa Produksi Pabrik : 10 tahun
Maka Pengembalian pinjaman :
Ca-2 = 50% FCI (1 + i) n
= 50% FCI (1 + i) n
= 50% x 13.792.721.613 (1 + 0,12)2
= Rp.8.650.794.995
Ca-1 = 50% FCI (1 + i) n
= 50% FCI (1 + i) n
= 50% x 13.792.721.613 (1 + 0,12)1
= Rp. 7.723.924.103
Ca-0 = - (Ca-2 – Ca-1)
= - (Rp.8.650.794.995 - Rp. 7.723.924.103)
= - Rp.16.374.719.098
XI- 11
Perhitungan NPV dapat dilihat pada table berikut :
Tahun Cash Flow /CA(Rp) F.discont/Fd
(i = 0,12) NPV(RP)
0 -.16.374.719.098 1 -.16.374.719.098 1 1.214.741.772 0.89 1.081.120.177
2 1.214.741.772 0.80 .971.793.418 3 1.214.741.772 0.71 862.466.658 4 1.214.741.772 0.64 777.434.734
5 1.214.741.772 0.57 692.402.810
6 1.214.741.772 0.51 619.518.304 7 1.214.741.772 0.45 546.633.797
8 1.214.741.772 0.40 485.896.709
9 1.214.741.772 0.36 437.307.038 10 1.214.741.772 0.32 388.717.367
11 14.737.247 0.09 1.326.352 Total 5.049.754.427
Keterangan:
Umur pabrik : 10 tahun
Pada tahun ke : 10, nilai sisa = 0
Karena harga NPV positif, maka pabrik Metana dari kotoran sapi layak
didirikan. NVP yang diperoleh memiliki harga positif, sehingga dapat
disimpulkan pabrik ini layak dirancang dengan kondisi tingkat bunga 12 % per
tahun karena pengembalian bunga pada tahun ke 10 adalah Rp. 0
D. Internal Rate of Return (IRR).
Metode ini menghitung tingkat bunga yang menyamakan nilai sekarang
investasi dipenuhi persamaan dibawah ini dengan mencoba-coba harga I yaitu
laju bunga
XI- 12
)12(
2111 IIx
NPVNPVNPVINRR −−
+=
I1 = besarnya bunga pinjaman (ke-1) yang ditrial = 11%
I2 = besarnya bunga pinjaman (ke-2) yang ditrial = 13 %
Perhitungan NPV pada masing-masing trial bunga pinjaman dapat dilihat
pada tabel :
Tahun Cash Flow /CA(Rp)
Fd 11% NPV(RP)
Fd 13% NPV (Rp)
0 -.16.374.719.098 1 -.16.374.719.098 1 -.16.374.719.098 1 1.214.741.772 0.91 1104310702 0.77 934416748 2 1.214.741.772 0.83 1003918820 0.59 718782114 3 1.214.741.772 0.75 912653473 0.46 552909318 4 1.214.741.772 0.68 829684975 0.35 425314860 5 1.214.741.772 0.62 754259068 0.27 327165277 6 1.214.741.772 0.56 685690062 0.21 251665598 7 1.214.741.772 0.51 623354602 0.16 193588921 8 1.214.741.772 0.47 566686002 0.12 148914555 9 1.214.741.772 0.42 515169092 0.09 114549658 10 1.214.741.772 0.39 468335539 0.07 88115121 11 14.737.247 0.35 5165315 0.06 822317
Total 7.469.227.649 5.049.754.427
IRR = I1 + )( 1221
1 IIXNPVNPV
NPV−
−
= 11 + )1113(50947544277469227649
7469227649−
−X
= 17,29 %
Karena nilai IRR yang diperoleh yakni 17,29 % lebih besar dari besarnya
bunga pinjaman bank yang ditetapkan yakni sebesar 12 %, maka dapat
XI- 13
disimpulkan bahwa pabrik ini layak untuk didirikan dengan tingkat bunga
pinjaman sebesar 12% per tahun.
0
10.109
20.109
30.109
40.109
50.109
60.109
70.109
80.109
90.109
100.109
105.109
110.109
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
S : 103.975.353.100
S-0.7SVC-VC103.975.353.100 - 19.291.219.286 -15.871.392.208 = 68.812.741.606
FC=13.792.821.613
0,3 SVC=8.267.665.408
Kapasitas Produksi %
FC + 0,3 SVC13.792.721.613+8.267.665.408
=22.060.387.021
BEP :32,15
Grafik 1. Perhitungan Break Event Point
XI- 14
BAB XII
KESIMPULAN
Pra Rencana Pabrik Metana dari kotoran sapi ini diharapkan akan mencapai
hasil yang maksimal sesuai dengan tujuan, sehingga dari hasil produksi tersebut dapat
memenuhi kebutuhan konsumen.
Lokasi pabrik Metana ini terletak di daerah Flores Tengah tepatnya di kota
Mbay Kabupaten Nagekeo, karena jumlah populasi sapi paling banyak dan secara
transportasinya menguntungkan karena tidak terlalu jauh antara daerah yang satu
dengan yang lainnya dan juga dekat dengan daerah pemasaran yaitu pusat pemasaran
wilayah Flores.
Ditinjau dari perhitungan analisa ekonomi terhadap pabrik Metana, maka
diperoleh data sebagai berikut:
Total Capital Invesment (TCI) : Rp 176.674.606.135
Return Of Invesment (ROIBT) : 38,87 %
Return Of Invesment (ROIAT) : 31,51 %
Play Out Time (POT) : 3,5 tahun
Break Even Point (BEP) : 32,15 %
Internal Rate Of Return (IRR) : 17,29 %
Maka dapat disimpulkan bahwa Pra Rencana Pabrik Metana dari kotoran sapi dengan
Kapasitas 16.662 ton/tahun adalah layak didirikan.
DAFTAR PUSTAKA
Brownel, l.E and Young, E.M, 1959, “ Process Equipment design “, Willey Estern
Limited, New York.
Coulson, J.M and Richardson, J.F, 1985, “ An Introduction to Chemical
Engineering Design”, Chemical Engineering Vol. 6, Pergarnon Press Oxford.
Foust, A.S, “ Principle Unit operation” 2nd Edition, D. van Nostrand Company Inc.,
Tokyo.
Genakoplis, C.J, 1983,” Transport Process and Unit Operation”, 2nd Edition,
Allya and Bacon., New York.
Hesse, H.C and Rushton, J.H 1959, “ Process Equipment design “,2nd Edition, D.
van Nostrand Company Inc., New York
Hougen, O.A, Watson, K.M and Ragazt, R.A 1976, “Chemical process
Principles”, 2nd Edition,A. Wileyinternational Edition, john Willey and Sons Inc.,
New York.
Kern, D.Q, “ Proccess Heat Transfer “, Iternational student edition. Mc Graw Hill
Itnternational Book company,Tokyo.
Kir And Othmer, D.F, “ Encyclopedia of Chemical Technology “3rd Edition, john
Willey And Sons, New York 1969.
Ludwig, E.E 1964, “ Applied Process Design for Chemical and Petro Chemical
Plant”, Vol. 2, Gult Publising Co., Houtson, Texas.
Mc. Cabe, W.L, Smith, J.T and Harriot, P, 1985, “ Unit Operation of Chemical
Engineering. “, 4th Edition, Mc. Graw Hill Book Co.,Singapore.
Perry, R.H, 1950, “ Chemical Engineering Hand Book “, 3 rd Edition, Mc Graw
Hill, Koggakusha Company, Ltd, Tokyo.
Petter, M.S and Thimmerhause, K.D 1981, “ Plant design and Economics for
Chemical Engineering “, 3rd Edition Mc Graw Hill Book Co, Singapore.
Smith, J.M and Van Ness, H.C, 1984, “ Introdution to Chemical Engineering
Thermodynamics “, 3rd Edition, Mc Graw Hill Co., Singapore.
Ulrich, G.D, 1984, “ A guide to Chemical Engineering process design Economic”,
John Willey and Sons Inc., New York.
Van Winkle, M,V, 1967, “Destilation”, Mc Graw Hill Book Co., New York.
APPENDIK A
Keperluan bahan baku per jam = Bahan baku per jam = 16.666,7 kg/jam
Dalam 1 tahun = 300 hari kerja
Basis bahan baku dalam 1 tahun = 105.000 ton
= 105.000.000 kg/tahun
Kapasitas pabrik = 2644,8 kg/jam
= 2644,8 kg/jam x 21 kg/hari x 300 kg/ tahun
= 16.662.240 kg/tahun
= 16.662,240 ton/tahun
I.Tangki Pengencer Kapur (M-111)
Fungsi : untuk mengencerkan konsentrasi bubuk kapur 93% menjadi susu kapur 10
%. H2O
CaO 93% Ca(OH)2 10 %
Kebutuhan susu kapur 10 % per jam adalah 6,0 kg (dari perhitungan kebutuhan
susu kapur pada Tangki Bufer M-110)
Air pengencer = 90 % x 60 kg = 54 kg
Sehingga setiap jam dibutuhkan susu kapur 10 % sebesar:
10 % x 54 = 5,4 kg
Mol Ca(OH)2 = 5,4. 103 gram 74,1
App A- 1
= 72,8 mol
Reaksi yang terjadi :
CaO + H2O Ca(OH)2
Dengan perbandingan mol didapat :
Berat CaO = mol x BM
= 72,8 x 56,08
= 4082,6 gram.
= 4,0826 kg.
CaO yang bereaksi = 93 %
Sehingga diperlukan CaO sebesar = 4082,6 x 100 % 93 %
= 4389,9 gram = 4,3899 kg
Inert dalam CaO yang tidak bereaksi =4,3899 –4,0826 = 0,03073 kg
Berat air yang bereaksi = 72,8 x 18
= 1310,4 gram = 1,3104 kg.
Sehinggga untuk memperoleh Ca(OH)2 diperlukan air sebesar 54 kg.
App A- 2
Bahan Masuk (Kg/jam) Bahan Keluar (Kg/jam)
CaO = 4,3899 kg
H2O untuk reaksi = 1,3104 kg
Ca(OH)2 = 5,4 kg
H2O = 54 kg
Inert = 0,02073 kg
Losess = 0,01
Jumlah = 5,7003 kg
Air pengencer = 54 kg
Jumlah = 59,7003 kg
Jumlah = 59,7003 kg
II. Tangki Pencampur Feed (M-110)
Fungsi : untuk mencampurkan kotoran sapi dengan air pengencer.
H2O
Kotoran Sapi Kotoran sapi Mixing tank
Bahan Masuk Bahan Keluar
Kotoran sapi
Selulosa= 76,52% x 16.666,7 = 12.753,36 kg
NH3 = 1,46 % x 16.666,7 = 243,33 kg
P = 0,93% x 16.666,7 = 155 kg
K = 0,68% x 16.666,7 = 113,334 kg
Selulosa = 12753,36 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
App A- 3
Ca = 0,24% x16.666,7 = 40 kg
Mg = 0,18% x16.666,7 =30 kg
H2S = 0,21% x16.666,7 =35 kg
Air = 19,78% x16.666,7 =3296,67 kg
Ca = 40 kg
Mg =30 kg
H2S =35 kg
Ca(OH)2= 0,54 kg
Air = 19711,16 kg
Inert = 0,02 kg
Losses =0,01
Total = 16.666,7 kg
Air Pengencer = 16.666,7 kg `
Total = 33333.34 kg Total = 33333.34 kg
NH3 + H2O NH4OH
Perbandingan koefisien = perbandingan mol
Mol NH3 dan H2O yang beraksi serta NH4OH yang dihasilkan adalah sama.
Mol NH3 = 243,334 kg/BM NH3
= 243,334 kg /17
= 14,31
Mol H2O = 14,31
Berat air yang beraksi = 14,31x BM H2O
= 14,31 x 18 = 257,58 kg
NH4OH yang terbentuk = 14,31 kg x BM NH4OH
App A- 4
= 14,31 kg x 35 = 500,85 kg
Jumlah air yang masuk tangki pencampur:
Air dalam kandungan kotoran sapi : 3.296,67 kg
Air pengencer kotoran sapi : 16.666,67 kg
Total : 19.963,34 kg
Jumlah air yang keluar = total air masuk – air yang berubah menjadi NH4OH.
= 19.968,74 kg – 257,58 kg
= 19711,16 kg
Laju alir keluar = 33339,4 kg/jam
III Tangki Pemanas (R-121)
Fungsi: untuk memanaskan feed sebelum dicampur dengan susu kapur.
Feed masuk Feed Keluar
Bahan Masuk Bahan Keluar
Selulosa = 12753,4 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Selulosa = 12753,4 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
T = 500 C
App A- 5
Ca = 40 kg
Mg =30 kg
H2S =35 kg
Ca(OH)2= 0,54 kg
Air = 19711,16 kg
Ca = 40 kg
Mg =30 kg
H2S =35 kg
Ca(OH)2= 0,54 kg
Air = 19711,16 kg
Inert = 0,01
Losess = 0,02
Total = 33333.34 kg Total = 33333.34 kg
III. Tangki Buffer (F-123)
Fungsi : untuk menstabilkan pH
Ca(OH)2 10 %
Feed Masuk Feed Keluar
Kotoran sapi yang telah diencerkan dengan air pH = 4-5
10 % Ca(OH)2 pH = 11-12
Dari literatur (Dewan redaksi Bhatara- Cara Membuat dan Memanfaatkan Biogas)
disebutkan bahwa maka untuk mendapatkan larutan campuran dengan pH 7-8
dibutuhkan dengan susu kapur sebanyak 8,7-9 cc susu kapur. Dan untuk 1 liter : 1
liter kotoran sapi dibutuhkan 1,8 cc susu kapur.
App A- 6
Jadi untuk 33.333,34 kg bahan diperlukan Ca(OH)2
= (1,8 g) x 10-3 g/ kg x 33.333,34
= 60 kg
jadi diperlukan 60 kg Ca(OH)2 10% untuk komposisi kotoran hewan 16.666,7 kg :
16.666,7 kg air pengecer.
Jumlah air yang keluar tangki buffer = total air masuk + air pengencer kapur = 19711,16 kg + 54 kg = 19.765.16 kg
Bahan Masuk Bahan Keluar
Selulosa = 12753,4 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg =30 kg
H2S =35 kg
Ca(OH)2= 0,54 kg
Air = 19711,16 kg
Total = 33333.34 kg
Kapur :
Selulosa = 12753,4 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg =30 kg
H2S =35 kg
Ca(OH)2= 5,4 kg
Air = 19.765.16 kg
Inert = 0,02073 kg
Losess = 0,01
App A- 7
Ca(OH)2 = 5,4 kg
H2O = 54 kg
Inert = 0,03073 kg
Total = 33392,77 kg Total = 33392,77 kg
V. Digister / Fermentor (R-120)
Fungsi : untuk tempat perombakan senyawa organik menjadi biogas.
Gas
Dari tangki
Slurry
70%
Proses fermentasi yang dipakai adalah proses secara anaerob (tidak membutuhkan
O2) reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
(C6H10O5)n + (H2O)n (3CH4)n + (3CO2)n
enzim eksraseluller
Pada kondisi P = 1 atm T = 500C
Karena dalam bahan yang terkandung hanya selulosa yang dapat dapat didegrasi oleh
bakteri termofilik menjadi gas metana.
App A- 8
Konversi reaksi untuk fermentasi selama dua hari adalah sebesar 70%
Sehingga berdasarkan reaksi dapat:
C6H10O5 mula-mula = 12753,4 kg = 78,72 kmol
C6H10O5 bereaksi = 70% dari C6H10O5 mula-mula
= 70% x 78,72 kmol = 55,10 kmol
C6H10O5 sisa = 78,72 kmol – 55,10 kmol = 23,62 kmol x 162 = 3826,44 kg.
Berdasarkan perbandingan mol dapat:
H2O mula-mula = 19.765.16 kg = 1.098,06 kmol
H2O bereaksi = C6H10O5 bereaksi = 55,10 kmol
H2O sisa = 1.095,06 kmol – 55,10 kmol = 1049,8 kmol = 18896,4 kg
CH4 terbentuk = 3 x 55,10 kmol = 165,3 kmol = 2644,8 kg
CO2 terbentuk = 3 x 55,10 kmol = 165,3 kmol = 7273,2 kg
Pada kondisi operasi ini zat selain selulosa tidak dapat terdegradasi sehingga menjadi
slurry sedangkan H2S karena berupa gas (titik didih = -60,40C) menjadi produk atas.
Sehingga kandungan biogas hasil fermentasi:
CH4 = 165,3 kmol = 165,3 x 16 = 2644,8 kg
CO2 = 165,3 kmol = 165,3 x 44 = 7273,2 kg
H2S = 1,03 kmol = 1,03 x 34 = 35 kg
Total = 9953 kg
Tekanan uap air pada 500C 1 atm =97,20
∑ Pi (CH4H2SCO2) = 760 mmHg – 97,2 mmHg = 662,8 mmHg
App A- 9
n H2O(g) = P H2O x ∑Pi x ∑n gas (CH4H2SCO2) Pt Pt = 97,20 x 662,8 x 331,63 = 36,98 mol = 665,64 kg.
760 760
Untuk starter yang dipakai adalah campran kotoran sapi dengan air (1 : 1) yang
didiamkan 10 hari, sesekali diaduk isinya (Dewan Redaksi Bhatara – cara
membuat biogas dan manfaatnya ).
Dari 120 L bahan diperlukan 4 L yaitu 2 L kotoran sapi dan 2 L air.
Jadi untuk perbandingan starter (kotoran + air) adalah :
L302
120=
Sarter yang dibuat 1/30 dari bahan bakunya
Keperluan bahan baku = 16.666,67 Kg/jam
Jadi keperluan sarter adalah :
1/30 x 16.666,67 Kg/jam = 555,5557 Kg/jam,
Dalam 1 hari diperlukan starter sebanyak :
555,5557 Kg/jam x 21 jam = 11.666,6697 Kg/hari.
Dari literatur ( Sahidu. S ) 10 – 15 k kotoran sapi perhari menghasilkan gas bio
0,5 – 0,75 m3/hari, jika dalam 1 hari keperluan bahan baku adalah 350000 kg,
maka gas bio yang dihasilkan :
= biogasxharimxkg
kg ρ/74,015
350000 3
= 17266,6667 m3/hari x 1,2232 kg/m3
= 21.120,5867 kg/hari = 1005,7422 kg/jam.
App A- 10
Komposisi bahan dalam starter:
Bahan Kg/jam
Selulosa= 76,52% x 1005,7422
NH3 = 1,46 % x 1005,7422
P = 0,93% x 1005,7422
K = 0,68% x 1005,7422
Ca = 0,24% x1005,7422
Mg = 0,18% x1005,7422
H2S = 0,21% x1005,7422
Air = 19,78% x1005,7422
769.5939
14.6838
9.3534
6.8390
2.4137
1.8103
2.1120
198.9356
Total 1005,7422
App A- 11
Sehingga didapat kesetimbangan massa pada fermentor sebagai berikut:
Bahan Masuk Bahan Keluar
Dari Tangki Buffer
Selulosa = 12.753,36 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg = 30 kg
H2S = 35 kg
Ca(OH)2 = 5,4 kg
H2O = 19.765,16 kg
Insert = 0,03 kg
Dari Tangky Starter
Selulosa = 769.5939
NH4OH = 14.6838
P = 9.3534
K = 6.8390
Ca = 2.4137
Mg = 1.8103
H2S = 2.1120
Air = 198.9356
Produk atas
CH4 = 2644,8 kg
CO2 = 7273,2 kg
H2S = 35 kg
H2O = 665,64 kg
Total = 10.618,64kg
Produk bawah :
Selulosa = 3604.954 kg
NH4OH = 515.5338
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg = 30 kg
Ca(OH)2 = 5,4 kg
H2O = 19298,46 kg
Inert = 0,02 kg
Losess = 0,01
Total = 34.398,5129 Total = 34.398,5129
App A- 12
VI. Water Scrubber (D-130)
Fungsi : untuk mengurangi kadar CO2 dan H2S dalam campuran biogas
CH490% Air
Biogas air = CO2 + H2S
Perhitungan kebutuhan air untuk melarutkan H2S per jam pada kondisi P = 10 bar, T
= 300C
Solubilitynya CO2 = 2.80 gram/100 gram air
Maka untuk melarutkan 7273,2 kg diperlukan air sebanyak 7273,2 kg /2,8
= 2597,57 kg air
Solubility H2S = 6.09 mol/100 mol air
H2S yang harus dilarutkan dalam air = 35 kg = 1,03 mol
Dibutuhkan air sebanyak 16,91 mol air = 304,38 kg air
Jadi kebutuhan air untuk proses water seruber sebesar:
2133,68 kg + 304,38 kg = 2438,06 kg (per jam)
Dari literature didapatkan bahwa efisiensi alat tidak bisa mencapai pemurnian
maksimal sehingga biogas yang dihasilkan sebesar 99% dan 1% nya adalah CO2 dan
uap air akan berubah fase secara keseluruhan menjadi fase liquida yaitu sebanyak =
665,64 kg
App A- 13
Sehingga jumlah air total yang keluar adalah
= 2438,06 kg + 665,64 kg = 3103,7 kg
Neraca kesetimbangan massa pada Water Scrubber adalah sebagai berikut:
Masuk Keluar
Biogas
CH4 = 2644,8 kg
CO2 = 7273,2 kg
H2S = 35 kg
H2O = 665,64 kg
Total = 10.618,64 kg
Air proses = 2.438,06 kg
Produk atas
CH4 = 2644,8 kg
CO2 = 25,9757 kg
Total = 2670,7757 kg
Produk bawah:
H2S = 35 kg
CO2 = 7247,2243 kg
H2O = 3103,7 kg
Total = 10.385,9243 kg
Inert = 0,02
Losess = 0,01
Total = 13.056,7 kg Total = 13.056,7 kg
App A- 14
VII. Menara Regenerasi (F-137)
Fungsi : untuk memisahkan kembali gas H2S dan CO2 dari air, karena air tidak
layak dibuang.
CO2, H2S
CO2, H2S,H2O H2O
Pada menara ini tekanan diturunkan sehingga solubility gas impurities menjadi nol,
maka gas impurities dapat terlepas dari air dengan penurunan tekanan hingga 1 bar.
Masuk Keluar
H2S = 35 kg
CO2 = 7247,2243 kg
H2O = 3103,7 kg
Produk Atas
CO2 = 7247,2243 kg
H2S = 35 kg
Total = 7282,2243 kg
Produk bawah
H2O = 3103,7 kg
Inert = 0,02 kg
Losess = 0,01
Total = 10.385,9243 kg Total = 10.385,9243 kg
App A- 15
VIII. Kompresor (G-140)
Fungsi : untuk membuat dri ice (CO2 padat) dan sekaligus menguapkan gas
H2S karena gas tersebut tidak bisa memampat dan menuju gas holder.
Kondisi operasi : suhu -300C dan tekanan 20 bar (pada kondisi ini semua gas CO2
menjadi snow, yang kemudian bisa dikemas.
Masuk Keluar
H2S = 35 kg
CO2 = 7247,2243 kg
H2S (produk atas) = 35 kg
Dri ice (produk bawah) = 7247,2243 kg
Inert = 0,02
Losess = 0,01
Total = 7282,2243 kg Total = 7282,2243 kg
IX. Screw Press (F-140)
Fungsi : Untuk memisahkan slurry padat dan cair.
Slury padat
Cair
Slury padat yang terlarut bersama slury cair sebanyak 1 %.
Misalnya:
Selulosa = 1 % x 3604,954 kg = 36,04954 kg
App A- 16
Maka selulosa yang menjadi produk padat
= 3604,954 kg – 36,04954 kg = 3568,9045 kg
Kadar air pada slury padat sebanyak 20 % yaitu :
= 19298,46 kg kg x 20 % = 3859,692 kg.
Maka jumlah air dalam slury cair
= 19298,46 kg - 3859,692 kg. = 15.438,768 kg
Slury masuk :
Selulosa = 3604.954 kg
NH4OH = 515.5338
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg = 30 kg
Ca(OH)2 = 5,4 kg
H2O = 19298,46 kg
Slury padat
Selulosa = 3244,4586 kg
NH4OH = 510,378
P = 153,45 kg
K = 112,2007 kg
Ca = 39,6 kg
Mg = 29,7 kg
Ca(OH)2 = 5,346 kg
Inert = 0,0248 kg
H2O = 3859,692 kg
Total = 7954.9041 kg
Slury Cair
Selulosa = 36,04954 kg
NH4OH = 4,9584 kg
P = 1,5345 kg
App A- 17
K = 1,1220 kg
Ca = 0,396 kg
Mg = 0,297 kg
Ca(OH)2 = 0,054 kg
Inert = 0,00025 kg
H2O = 15.438,768 kg
Total = 15483,1797 kg
Inert = 0,02 kg
Losess = 0,01 kg
Total = 23.438,0838 kg Total = 23.438,0838 kg
App A- 18
APPENDIK B
NERACA PANAS
Di pabrik biogas ini tidak semua alat mengalami interaksi panas, maka
perhitungan neraca panas hanya dikerjakan pada peralatan yang mengalami
interaksi panas.
Kebutuhan bahan baku :
Waktu operasi : 300 hari /tahun
: 21 jam /hari
Satuan : ∆H : kkal/jam
: Cp : kkal/kg. 0C
: m : kg/jam
: t : 0C
Suhu referensi : 25 0C = 298,1 K
1. TANGKI PEMANAS (R-121)
300C 500C ∆H1 ∆H2
∆Hk Q 1200C 1200C Neraca panas total :
Panas masuk = panas keluar
∆H1 + Q = ∆H2 + ∆Hk + Qloss
Dimana :
∆H1 = panas yang terkandung pada bahan masuk
App B- 1
Q = panas yang terkandung pada steam
∆H2 = panas yang terkandung pada bahan keluar
∆Hk = panas yang terkandung dalam kondensat keluar
Qloss = panas yang hilang
Menghitung panas bahan masuk tangki pemanas
Persamaan yang digunakan :
∆H1 = ∫m . Cp . ∆T
= m Cp ∫∆T
= m. Cp (T2 - T1)
Mencari Cp :
Kotoran sapi =
Komposisi bahan masuk :
Selulosa =12.753,36 kg = 78,72 kgmol
NH4OH = 500,85 kg = 14,31kgmol
P = 155 kg = 5,004 kgmol
K = 113,34 kg = 2,906 kgmol
Ca = 40 kg = 1,00 kgmol
Mg = 30 kg = 1,233 kgmol
H2S = 35 kg = 1,029 kgmol
Ca(OH)2 = 5,4 kg = 0,07 kgmol
H2O = 19.711,16 kg = 1095,06 kgmol
Inert = 0,03 kg = -
Jumlah = 33333.34 kg = 1198.309 kgmol
App B- 2
Cp= ∫CPo dT.
Maka :
Cp selulosa = T1∫T2 CPo selulosa dT.
= T1∫T2 0,291 + 0,00096 T. dT.
= 0,291 T + ½ ,00096 T2
= 0,291 (303-298) + ½ 0,00096 (3032-2982)
= 2,8974 kal/mol0 K = 0,0179 kkal/kg0 K
Cp NH4OH = T1∫T2 CPo NH4OH dT.
= T1∫T2 6,50 + 0,00096 T. dT.
= 6,50 T + ½ 0,00096 T2
= 6,50 (303-298) + ½ 0,00096 (3032-2982)
= 33,9424kal/mol0 K = 0,9698 kkal/kg0 K
Cp P = 5,50 kal/mol0 C = 0,1776 kkal/kg0 C.
Cp K = T1∫T2 CPo K dT.
= T1∫T2 5,24 + 0,0055 T. dT.
= 5,24 T + ½ 0,0055 T2
= 5,24 (303-298) + ½ . 0,0055 (3032-2982)
= 34,4638 kal/mol0 C = 0,8837 kkal/kg0 C
Cp Ca = T1∫T2 CPo K dT.
= T1∫T2 5,31 + 0,00333 T. dT.
= 5,31 T + ½ 0,00333 T2
= 5,31 (303-298) + ½ .0,00333 (3032-2982)
= 31,5533 kal/mol0 C = 0,7888 kkal/kg0 C
App B- 3
Cp Mg = T1∫T2 CPo Mg dT.
= T1∫T2 6,20 + 0,00133 T – 2
800.67T
= 6,20 T + ½ 0,00133 T2- 67.800 (-T-1)
= 6,20 T + ½ 0,00133 T2- 67.800 ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡−
T1
= 6,20(303-298) + ½ 0,00133 (3032-2982) - 67.800 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−−
)298303(1
22
= 55,5606 kal/ mol oC = 2,3150 kkal/ kg oC
Cp H2S = T1∫T2 CPo dT.
= T1∫T2 7,20 + 0,00360 T
= 7,20 T+ ½ 0,00360 T2
=7,20 (303-298)) + ½ 0,00360 (3032-2982)
= 41,409 kal/ mol oC = 1,2179 kkal/ kg oC
Cp Ca(OH)2 = 21,4 kal/ mol oC = 0,2889 kkal/ kg oC
Cp H2O = 1,00 kkal/ kg oC (untuk suhu di bawah 300 oK)
Sehingga :
Cp bahan masuk = Cp selulosa + Cp NH4OH + Cp P + Cp K + Cp Ca + Cp Mg +
Cp H2S + Cp Ca(OH)2 + Cp H2O
= 0179,0246,119872,78 x + 9698,0
246,119831,14 x + 1776,0
246,1198004,5 x +
8837,0246,1198
906,2 x + 7888,0246,1198
000,1 x + 3150,2246,1198
233,1 x +
2179,1246,1198
029,1 x + 2889,0246,1198
007,0 x + 00,1246,119806,1095 x
App B- 4
= 0,9336 kkal/kg oK
Panas bahan masuk :
∆H1 = m . Cp . ∆T
= 33333.34 x 0,9336 kal / kg0C x (30 – 25)0C
= 155.600,0311 kkal/jam
Menghitung panas produk keluar tangki pemanas
Bahan keluar dengan komposisi tetap, tetapi pada suhu 500C maka panas keluar :
Cp = ∫CPo dT.
Maka :
Cp selulosa = T1∫T2 CPo selulosa dT.
= T1∫T2 0,291 + 0,00096 T. dT.
= 0,291 T + ½ ,00096 T2
= 0,291 (323-298) + ½ 0,00096 (3232-2982)
= 14,727 kal/mol0 K = 0,0909 kkal/kg0 K
Cp NH4OH = T1∫T2 CPo NH4OH dT.
= T1∫T2 6,50 + 0,00096 T. dT.
= 6,50 T + ½ 0,00096 T2
= 6,50 (323-298) + ½ 0,00096 (3232-2982)
= 169,952 kal/mol0 K = 4,8558 kkal/kg0 K
Cp P = 5,50 kal/mol0 C = 0,1776 kkal/kg0 C.
Cp K = T1∫T2 CPo K dT.
= T1∫T2 5,24 + 0,0055 T. dT.
= 5,24 T + ½ 0,0055 T2
App B- 5
= 5,24 (323-298) + ½ . 0,0055 (3232-2982)
= 173,6938 kal/mol0 C = 5,6030 kkal/kg0 C
Cp Ca = T1∫T2 CPo K dT.
= T1∫T2 5,31 + 0,00333 T. dT.
= 5,31 T + ½ 0,00333 T2
= 5,31 (323-298) + ½ .0,00333 (3232-2982)
= 158,5991 kal/mol0 C = 5,1161 kkal/kg0 C
Cp Mg = T1∫T2 CPo Mg dT.
= T1∫T2 6,20 + 0,00133 T – 2
800.67T
= 6,20 T + ½ 0,00133 T2- 67.800 (-T-1)
= 6,20 T + ½ 0,00133 T2- 67.800 ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡−
T1
= 6,20(323-298) + ½ 0,00133 (3232-2982) - 67.800 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−−
)298323(1
22
= 9,7002 kal/ mol oC = 0,4042 kkal/ kg oC
Cp H2S = T1∫T2 CPo dT.
= T1∫T2 7,20 + 0,00360 T
= 7,20 T+ ½ 0,00360 T2
=7,20 (323-298)) + ½ 0,00360 (3232-2982)
= 207,945 kal/ mol oC = 6,1160 kkal/ kg oC
Cp Ca(OH)2 = 21,4 kal/ mol oC = 0,2889 kkal/ kg oC
Cp H2O = 1,00 kkal/ kg oC
Sehingga :
App B- 6
Cp bahan keluar = Cp selulosa + Cp NH4OH + Cp P + Cp K + Cp Ca + Cp Mg +
Cp H2S + Cp Ca(OH)2 + Cp H2O
= 0909,0246,119872,78 x + 8558,4
246,119831,14 x + 1776,0
246,1198004,5 x +
6030,5246,1198
906,2 x + 1161,5246,1198
000,1 x + 4042,0246,1198
233,1 x +
1160,6246,1198
029,1 x + 2889,0246,1198
007,0 x + 00,1246,119806,1095 x
= 1,0022 kkal/kg oK
Panas bahan keluar :
∆H2 = m . Cp . ∆T
= 33333.34 x 1,0022 kal / kg0C x (50 – 25)0C
= 835.166,8337 kkal/jam.
Mencari kebutuhan steam :
T = 1200C = 248 oF
P = 198,53 kPa = 1,95934 atm = 29,4 psia.
λ steam = 952,5884 kkal/ kg (Geankoplis, tabel 7 hal.816 diperoleh dengan
cara interpolasi)
Cp kondensat = 0,996 kkal /kg0C (Geankoplis, fig 2 hal 804 )
Neraca panas total :
∆H1 + Q = ∆H2 + ∆Hk + Qloss
Dimana :
∆Hk = m . Cp . ∆t
Q = m . λ
App B- 7
Sehingga :
∆H1 + m . λ = ∆H2 + m . Cp . ∆t
155.600,0311 x m. 952,5884 = 835.166,8337. + m. 0,996. (120-25)0C
m =155.600,0311 - 835.166,8337 = m. 0,996. (120-25)0C - m. 952,5884
= - 679.566,8026 = 96,8715 m – m 952,5884
= - 679.566,8026 = -794,1491 m
= 855,7169 kg/jam.
Menghitung panas dari steam
Q = m . λ
= 855,7169 kg/jam.x 952,5884 kkal/kg
= 815.145,9926 kkal/jam
Menghitung panas dari kondensat
∆Hk = m . Cp . ∆t
= 855,7169 kg/jam x 0,996 kkal /kg0C x (120-25)0C
= 80967,9331 kkal/jam.
Menghitung neraca panas total
∆H1 + Q = ∆H2 + ∆Hk + Qloss
155.600,0311 + Q = 835.166,8337 + 80967,9331 + 0,05 (155.600,0311 + Q)
Q = 808.752,3550 kkal/jam.
Qloss = 5% x Panas Masuk
= 0,05 x (155.600,0311 + 808.752,3550) kkal/jam
= 48217,6193 kkal/jam
App B- 8
Tabel B.1. Neraca panas pada tangki pemanas Komponen Panas masuk
(kkal/ jam)
Panas keluar
(kkal / jam)
Panas bahan masuk (∆H1)
Steam (Q)
Kondensat (∆Hk)
Panas bahan keluar (∆H2)
Panas hilang (Qloss)
155.600,0311
808.752,3550
80967,9331
835.166,8337
48217,6193
Total 964.352,3861 964.352,3861
2. FERMENTOR (R-120)
∆H1 ∆H2
∆H3
Q pendingin
Neraca panas total :
Panas masuk = panas keluar
∆H1 + HR = ∆H2 + ∆H3 + Q + Qloss
Dimana :
∆H1 = panas dalam bahan masuk
HR = panas reaksi
∆H2 = panas dalam biogas keluar
∆H3 = panas dalam slurry
Q = panas dari air pendingin
App B- 9
Panas pada bahan masuk fermentor
Komposisi bahan masuk fermentor seperti pada bahan yang keluar tangki
pemanas dengan suhu 500C :
∆H1 = 835.166,8337 kkal/ jam
Menghitung panas pada biogas
Komposisi biogas keluar pada suhu 500C :
CH4 = 2644,8 kg = 165,3 kgmol
CO2 = 7273,2 kg = 165,3 kgmol
H2S = 35 kg = 1,03 kgmol
H2O = 665,64 kg = 36,98 kgmol
Total = 10.618,64 kg = 368,61 kgmol
T = 500C = 323,1 K
Cp CH4 = T1∫T2 CPo CH4 dT.
= T1∫T2 5,34 + 0,0115 T. dT.
= 5,34 T + ½ , 0,0115 T2
= 5,34 (323-298) + ½ 0,0115 (3232-2982)
= 9,0557 kal/mol0 K = 0,566 kkal/kg0 K
Cp CO2 = T1∫T2 CPo CO2 dT.
= T1∫T2 10,34 + 0,00274 T. dT.
= 10,34 T + ½ 0,00274 T2
= 10,34 (323-298) + ½ 0,00274 (3232-2982)
= 9,3526 kal/mol0 K = 0,2126 kkal/kg0 K
Cp H2S = T1∫T2 CPo dT.
= T1∫T2 7,20 + 0,00360 T
App B- 10
= 7,20 T+ ½ 0,00360 T2
= 7,20 (323-298)) + ½ 0,00360 (3232-2982)
= 8,3632 kal/ mol oC = 0,2460 kkal/ kg oC
Cp H2O = T1∫T2 CPo dT.
= T1∫T2 8,22 + 0,00015 T + 0,00000134 T2
= 8,22 T+ ½ 0,00015 T2 + 1/3 .0,00000134 T3
= 8,22 (323-298)) + ½ 0,00015 (3232-2982) + 1/3 .0,00000134 (3233-
2983)
= 8,4084 kal/mol oC = 0,24671 kkal/ kg oC
∆H CH2 = (2644,8 kg) x (0,566 kkal/kg 0C) x (50 – 25) 0C
= 37423,92 kkal/jam
∆H CO2 = (7273,2 kg) x (0,2126 kkal/kg 0C) x (50 – 25) 0C
= 38657,058 kkal/jam
∆H H2S = (35 kg) x (0,2460 kkal/kg 0C) x (50 – 25) 0C
= 215,25 kkal/jam
∆H H2O = (665,64 kg) x (0,24671 kkal/kg 0C) x (50 – 25) 0C
= 4111.9911 kkal/jam
Total panas biogas :
∆H2 = ∆H CH2 + ∆H CO2 + ∆H H2S + ∆H H2O
= (37423,92 + 38657,058 + 215,25 +4111.9911) kkal/jam
= 80408,2191 kkal/jam
Menghitung panas pada slurry :
Slurry keluar dengan komposisi : (pada suhu 500C)
App B- 11
Selulosa = 3604.954 kg = 22,2331 kgmol
NH4OH = 515.5338 kg = 14.7295 kgmol P = 155 kg = 5,0043 kgmol
K = 113,334 kg = 2.8984 kgmol
Ca = 40 kg = 0,998 kgmol
Mg = 30 kg = 1,234 kgmol
Ca(OH)2 = 5,4 kg = 0,0732 kgmol
H2O = 19298,46 kg = 1072,1366 kgmol
Inert = 0,03 kg
Jumlah = 23762,71 kg = 1119,307 kgmol
Cp rata-rata pada suhu 500C = 323,1 K (Perry)
Cp selulosa = T1∫T2 CPo selulosa dT.
= T1∫T2 0,291 + 0,00096 T. dT.
= 0,291 T + ½ ,00096 T2
= 0,291 (323-298) + ½ 0,00096 (3232-2982)
= 0,6012 kal/mol0 K = 0,0037 kkal/kg0 K
Cp NH4OH = T1∫T2 CPo NH4OH dT.
= T1∫T2 6,50 + 0,00096 T. dT.
= 6,50 T + ½ 0,00096 T2
= 6,50 (323-298) + ½ 0,00096 (3232-2982)
= 6,8231 kal/mol0 K = 0,1949 kkal/kg0 K
Cp P = 6,0258 kal/mol0 C = 0,1945 kkal/kg0 C.
Cp K = T1∫T2 CPo K dT.
= T1∫T2 5,24 + 0,0055 T. dT.
App B- 12
= 5,24 T + ½ 0,0055 T2
= 5,24 (323-298) + ½ . 0,0055 (3232-2982)
= 7,0332 kal/mol0 C =0,1799 kkal/kg0 C
Cp Ca = T1∫T2 CPo K dT.
= T1∫T2 5,31 + 0,00333 T. dT.
= 5,31 T + ½ 0,00333 T2
= 5,31 (323-298) + ½ .0,00333 (3232-2982)
= 6,3859 kal/mol0 C = 0,1593 kkal/kg0 C
Cp Mg = T1∫T2 CPo Mg dT.
= T1∫T2 6,20 + 0,00133 T – 2
800.67T
= 6,20 T + ½ 0,00133 T2- 67.800 (-T-1)
= 6,20 T + ½ 0,00133 T2- 67.800 ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡−
T1
= 6,20(323-298) + ½ 0,00133 (3232-2982) - 67.800 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−−
)298323(1
22
= 5,9830 kal/ mol oC = 0,2460 kkal/ kg oC
Cp Ca(OH)2 = 21,4 kal/ mol oC = 0,2889 kkal/ kg oC
Cp H2O = 1,00 kkal/ kg oC
Sehingga :
Cp bahan masuk = Cp selulosa + Cp NH4OH + Cp P + Cp K + Cp Ca + Cp Mg +
Cp Ca(OH)2 + Cp H2O
= 307,1119
)0037,0(2331,22 + 307,1119
)1949,0(259,14 + 307,1119
)1945,0(0043,5 +
App B- 13
307,1119
)1799,0(8984,2 + 307,1119
)1593,0(998,0 + 307,1119
)2460,0(234,1 +
307,1119
)2889,0(0732,0 + 307,1119
)00,1(1366,1072
= 1,1511 kkal/ kg oC
Panas slurry :
∆H3 = m . Cp. ∆t
= 23762,71 kg x 1,1511 kkal/ kg oC x (50 - 25) oC
= 683831.4 kkal/ jam.
Menghitung panas reaksi :
Reaksi :
(C6H10O5)n + (H2O)n (3CH4)n + (3CO2)n
Pada kondisi P = 1 atm dan T = 500C
Dari appendik A bahan masuk fermentor =
Maka :
• Panas reaktan (∆Hr)
Komponen Massa Cp ∆t ∆H1
C6H10O5
H2O
12.753,36
19.711,16
0,0037
1
50 – 25
50 – 25
1179,6858
492779
Jumlah 493958,686
App B- 14
• Panas produk (∆Hp)
Komponen Massa Cp ∆t ∆H1
CH4
CO2
2644,8
7273,2
0,566
0,2126
50 – 25
50 – 25
37423,92
38657,058
Jumlah 76080,978
• ∆Hof CO2 = -94,0518 kkal/ kgmol
= -94,0518 kkal/ kgmol x 7273,2 kg/ jam x 1/44
= - 15546,76 kkal/ jam
• ∆Hof CH4 = -22,063 kkal/ kgmol
= -22,063 kkal/ kgmol x 2644,8 kg/ jam x 1/16
= -3647,0139 kkal/ jam
• ∆Hof H2O = -57,7979 kkal/ kgmol
= -57,7979 kkal/ kgmol x 19.711,16kg/ jam x 1/18
= - 63292,43 kkal/ jam
• ∆Hof C6H10O5 = -89,1054 kkal/ kgmol
= -89,1054 kkal/ kgmol x 12.753,36 kg/ jam x 1/162
= -7014,773 kkal/ jam
• ∆H25 = ∆Hof produk - ∆Ho
f reaktan
= (3 x ∆Hof CO2 + 3 x ∆Ho
f CH4) – (∆Hof C6H10O5 + ∆Ho
f H2O )
= (3 x - 15546,76 + 3 x -3647,0139 ) – (-7014,773 + - 63292,43)
= 12725.87 kkal/ jam
App B- 15
• ∆HR = (∆Hp + ∆H25) - Hr
= (76080,978 + 12725.87 ) - 493958,686
= - 405151,838 kkal/ jam.
Qloss = 5% x panas masuk
= 5% x (∆H1 + HR)
= 0,05 x (835.166,8337 - 405151,838)
= 21.500,7498 kkal/jam
Menghitung kebutuhan air pendingin
∆H1 + HR = ∆H2 + ∆H3 + Q + Qloss
∆H1 + HR = ∆H2 + ∆H3 + Q + 0,001
835.166,8337 - 405151,838 = 80408,2191 + 683831.4 + Q+ 21.500,7498
Q = 355.724,373 kkal/ jam
Kebutuhan air pendingin
Q = m x cp x ∆t
355.724,373 kkal/ jam = m x 1 x (50 - 25)
m = 14.229,0149 kg/ jam
Tabel B.2 Neraca panas pada fermentor
Komponen Panas masuk
(kkal/ jam)
Panas keluar
(kkal/ jam)
Panas masuk (∆H1)
Panas keluar (∆H2)
Panas dalam slurry (∆H3)
Panas reaksi (HR)
835.166,8337
405151,838
80.408,2191
683.831,4
App B- 16
Panas air pendingin (Q)
Panas hilang (Qloss)
355.724,373
21.500,7498
Total 1240318,243 1240318,243
3.COOLER I (E-131)
500C 300C
∆H1 ∆H2
Q
Neraca panas total :
Panas masuk = panas keluar
∆H1 = ∆H2 + Q + Qloss
Dimana :
∆H1 = panas pada bahan masuk
∆H2 = panas bahan keluar
Q = panas yang diserap oleh air pendingin
Qloss = panas yang hilang
Menentukan panas bahan masuk
Bahan masuk Cooler = bahan keluar Fermentor
∆H1 = 80.408,2191 kkal/jam
Menghitung panas produk keluar cooler
Komposisi bahan keluar tetap, tetapi pada suhu 300C = 303,1 K
App B- 17
Mencari Cp :
Cp CH4 = T1∫T2 CPo CH4 dT.
= T1∫T2 5,34 + 0,0115 T. dT.
= 5,34 T + ½ , 0,0115 T2
= 5,34 (303-298) + ½ 0,0115 (3032-2982)
= 8,82565 kal/mol0 K = 0,5616 kkal/kg0 K
Cp CO2 = T1∫T2 CPo CO2 dT.
= T1∫T2 10,34 + 0,00274 T. dT.
= 10,34 T + ½ 0,00274 T2
= 10,34 (303-298) + ½ 0,00274 (3032-2982)
= 9,0425 kal/mol0 K = 0,2055 kkal/kg0 K
Cp H2S = T1∫T2 CPo dT.
= T1∫T2 7,20 + 0,00360 T
= 7,20 T+ ½ 0,00360 T2
= 7,20 (303-298)) + ½ 0,00360 (3032-2982)
= 8,2912 kal/ mol oC = 0,2434 kkal/ kg oC
Cp H2O = T1∫T2 CPo dT.
= T1∫T2 8,22 + 0,00015 T + 0,00000134 T2
= 8,22 T+ ½ 0,00015 T2 + 1/3 .0,00000134 T3
= 8,22 (303-298)) + ½ 0,00015 (3032-2982) + 1/3 .0,00000134 (3033-
2983)
= 41,9304 kal/mol oC = 2,3295 kkal/ kg oC
sehingga panas masuk biogas :
App B- 18
Sehingga :
Maka :
∆H2 = m. Cp . ∆t
= 10.618,64 x 0,44045 x (30 - 25)
= 23384,8999 kkal/ jam
Qloss = 5% x panas masuk
= 5% x ∆H1
= 0,05 x 80.408,2191
= 4.020,4109 kkal/jam
Menghitung panas yang diserap oleh air pendingin
∆H1 = ∆H2 + Q + Qloss
80.408,2191 = 23384,8999 + Q + Qloss
Q = 80.408,2191 - 23384,8999 - 4.020,4109
= 53.002,9082 kkal/ jam
Mencari kebutuhan air pendingin
Air pendingin masuk pada suhu 250C dan keluar pada suhu 450C
Q = m .Cp . ∆t
53.002,9082 = m x 0,44045 x (45-25) oC
m = 809,8
9082,53002
= 6016,9041 kg/ jam
App B- 19
Tabel B.3. neraca panas pada Cooler
Komponen Panas masuk (kkal/jam) Panas keluar (kkal/jam)
Panas masuk (∆H1)
Panas keluar (∆H2)
Panas air pendingin (Q)
Q loss
80.408,2191
23384,8999
53.002,9082
4.020,4109
Total 80.408,2191 80.408,2191
App B- 20
APP C- 1
APENDIKS C
SPESIFIKASI PERALATAN
1. STORAGE KOTORAN SAPI (F-113)
Fungsi : Menyimpan feed kotoran sapi sebelum dialirkan ke tangki
pencampur.
Type : Tangki silinder dengan bagian bawah flat dan tutup atas
berbentuk standard dished.
Dasar perencanan :
Kapasitas = 16.666,67 kg/jam = 36.743,67 lb/jam
Densitas kotooran sapi (ρ) = 1,36 kg/L = 84,9 lb/ft3
Kondisi operasi = P = 1 atm dan T = 30o C
Direncanakan storage digunakan untuk menampung bahan selama 2 hari.
Perhitungan :
• Menetukan diameter storage
Rate volumetrik = 3/9,84/67,36743ftlb
jamlb
= 432.7877 ft3/ jam
Volume = 432,7877 ft3/ jam x 48 jam
= 20.773,81 ft3
Bahan baku terbagi dalam 3 storage sehingga untuk stroage berkapasitas :
= 3
81,773.20 = 6.924,603 ft3
Volume kotoran mengisi 80% dari volume storage, maka :
APP C- 2
Volume storage = 8,0603,924.6
%80=
storagevolume = 8.655,754 ft3
Asumsi = Ls = 1,5 di
Volume storage = 32 0847,04
diLsdi +π
8.655,754 ft3 = 32 0847,0)5,1(4
dididi +π
8.655,754 ft3 = 1,1775 di3 + 0,0847 di3
8.655,754 ft3 = 1,26 di3
di3 = 6.869.646
di = 19,01 ft = 228,12 in
Menentukan tekanan design (Pi) :
Volume batu kapur dalam shell = volume batu kapur – volume tutup atas
= 8.655,754 ft3 - 0,0847 (19,01)3
= 8.655,754 ft3 – 581,859
= 8.073,895 ft3
Tinggi liquid dalam shell (H) = 2.4/1 dishelldalamkapurbatuVolume
π
= 2)01,19(.4/1895,073.8
π
= 28,46 ft
Tekanan hidrostatik (Ph) = 144
)1( −Hρ
= 144
)146,28(9,84 − = 16,19 psi
Tekanan design (Pi) = 16,19 + 14,7 = 30,26 psig
APP C- 3
• Menentukan tebal silinder
Bahan : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
f allowble : 18750 psi (Brownell and young, hal : 254)
Faktor korosi (C): 1/16 in
Type pengelasan : Double welded butt joint (E = 0,8)
Tekanan design (Pi) : 30,26 psig
ts = CPiEF
diPi+
− )6,0.(2
ts = 161
)26,30)(6,0()8,0)(18750(2)12,228()26,30(
+−
ts = 0.293105 ≈ 165
Standarisasi do :
do = di + 2 ts
do = 228,12 + 2(5/16)
do = 228,745 in
Dengan melihat angka dibuat pendekatan ke atas maka didapat harga do = 240
Dari tabel 5.7 Brownell and Young, hal 91 didapat harga :
do = 240
icr = 147/16
r = 180
Menentukan harga di baru :
di = do – 2. ts
di = 240 – 2 (5/16)
APP C- 4
di = 240 - 0.625
di = 239.375 in = 19,95 ft
Cek hubungan Ls dengan di :
Volume storage = 32 0847,04
diLsdi +π
8.655,754 ft3 = 32 )95,19(0847,0)95,19(4
+Lsπ
8.655,754 ft3 = 312,432 Ls + 674.5554
312,432 Ls = 8.655,754 ft3 - 674.5554
Ls = 432,312199,7981
= 25,55 ft = 306,54 in
diLs =
95,1955,25 = 1,3 >1,5 (memenuhi).
• Menentukan tebal tutup atas standard dished
Dari Brownell & Young, pers. 13.12 hal 258 :
tha = CPiEFrPi+
− 1,0...885,0
= 161
)26,301,0()8,018750(18026,30885,0
+− xx
xx
= 161
163214,3
+
= 165
163214,4
≈ in.
• Menentukan tinggi storage
Tinggi tutup atas (ha) :
APP C- 5
ha = 0,169 x di
= 0,169 x 239.375 in = 40,45 in
Tinggi storage = tinggi shell + tinggi tutup atas
= Ls + ha
= 373,65 in + 40,45 in
= 414,10 in
Kesimpulan perancangan :
Dimensi :
di = 239.375 in
Do = 240 in
ts = 5/16 in
tha = 5/16 in
Ls = 373,65 in
ha = 40,45 in
tinggi strage = 414,10 in
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 3 buah
2. BUCKET ELEVATOR (J-117)
Fungsi : Mengangkut kotoran ke bin sebelum masuk tangki pencampur
Type : Centrifugal discharge
Dasar perencanaan :
Suhu udara = 30 oC
Tekanan operasi = 1 atm
APP C- 6
Massa kotoran sapi = 16.666,67 Kg/jam
Densitas = 1,36 kg/jam = 84,9 lb/ft3
Direncanakan sebuah bucket elevator dengan :
Tinggi = 15 m (Ulrich, tabel 4-4, hal 7)
Ukuran = (6 x 4 x 41/4) in
Kapasitas (untuk 100 lb/ft3) = 14 ton/jam
Size of lumps handled = ¾ in
Bucket speed = 225 ft/ menit
Head shaft = 43 rpm
HP requiared at head shaft = 1,0 HP
Diameter shaft : head = 115/16 in
tail = 111/16 in
Diameter purlley : head = 20 in
tail = 14 in
Lebar belt = 7 in (Perry’s ed-7, tabel 21-8 hal 15-21)
Tahap –tahap perancangan :
- kecepatan bucket elevator
- dimensi dan daya yang dibutuhkan
Perhitungan :
Dari faktor keamanan 20% (Vilbrani, tabel 2-2 hal 23), maka :
Kapasitas = 1,2 x 16.666,67 kg/jam
= 20000 kg/jam = 20 ton/jam
Kecepatan bucket = menitftxftlb
ftlbxjamtonjamton /225
/100/537,152
/14/20
3
3
APP C- 7
= 490,30 ft/menit
Daya total = HPxftlb
ftlbxjamtonjamton 0,1
/100/537,152
/14/20
3
3
= 2,18 HP
η motor = 81 % (Peter and Timmerhaus, fig 14 hal 521)
Sehingga daya motor = 81,018,2 = 2,5 HP
Kesimpulan perancangan :
Kapasitas = 20 ton/jam
Kecepatan = 490,30 ft/menit
Daya motor = 2,5 HP
Jumlah = 1 buah
3. BIN KOTORAN SAPI (F-115)
Fungsi : Menampung kotoran sapi sebelum masuk tangki pencampur
Type : Tangki silinder dengan tutup bawah berbentuk conis dengan sudut
60o.
Dasar perencanaan :
Suhu udara = 30 oC
Tekanan operasi = 1 atm
Massa kotoran sapi = 16.666,67 Kg/jam
Densitas = 1,36 kg/jam = 84,9 lb/ft3
Direncanakan bin digunakan untuk menampung bahan selama 2 bulan
Perhitungan :
• Menentukan diameter bin
APP C- 8
Kotoran yang ditampung 16.666,7 kg/jam x 1 jam = 16.666,7 kg = 36746,74 lb
Volume kotoran = ρm =
9,8474,36746 = 432,82 ft3
Volume kotoran mengisi 80% dari volume bin, maka :
Volume bin = %80kotoranvolume
= 8,082,432 = 541,025 ft3
Asumsi : Ls = 1,5 di
Volume bin = Lsditg
di 23
42/124π
απ
+
541,025 ft3 = )5,1(43024
23
diditgdi ππ
+
541,025 ft3 = 0,2266 di3 + 1,1775 di3
541,025 ft3 = 1,4041 di3
di3 = 385,3179
di = 7,28 ft = 87,36 in
Menentukan tekanan design (Pi) :
Volume kotoran dalam shell = volume kotoran – volume conis
= 432,82 ft3 - otg 3024)28,7( 3π
= 432,82 – 87,44
= 345,38 ft3
Tinggi bahan dalam shell (H) = 24/1 dishelldalamkotoranvolume
π
APP C- 9
= 2)28,7(4/138,345
π = 8,30 ft
Tekanan hidrostatik (Ph) = 144
)1( −Hρ
= 144
)130,8(9,84 − = 4,30 psi
Tekanan design (Pi) = 4,30 + 14,7 = 19,00 psig
• Menentukan tebal silinder
Bahan : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
f allowble : 18750 psi (Brownell and young, hal : 254)
Faktor korosi (C): 1/16 in
Type pengelasan : Double welded butt joint (E = 0,8)
Tekanan design (Pi) : 19,00 psig
ts = CPiEF
diPi+
− )6,0.(2
ts = 161
)00,19)(6,0()8,0)(18750(2)36,87()00,19(
+−
ts = 0,0639 + 0,0625
ts = 0,1264 x 1616
ts = 160927,2 ≈
163
Standarisasi do :
do = di + 2 ts
do = 87,36 + 2(3/16)
do = 87,36 + 0,375
APP C- 10
do = 86,985 in
Dengan melihat angka dibuat pendekatan ke atas maka didapat harga do = 90
Dari tabel 5.7 Brownell and Young, hal 90 didapat harga :
do = 90
icr = 51/2
r = 90
Menentukan harga di baru :
di = do – 2. ts
di = 90 – 2 (3/16)
di = 90 - 0.375
di = 89.625 in = 7,47 ft
Cek hubungan Ls dengan di :
Volume bin = Lsditg
di 23
42/124π
απ
+
541,025 ft3 = Lstg
23
)47,7(43024
)47,7( ππ+
541,025 ft3 = 94,47 + 43,80 Ls
43,80 Ls = 541,025 – 94,47
Ls = 80,4356,446
= 10,19 ft = 122,28 in
diLs =
47,719,10 = 1,4 < 1,5 (memenuhi).
• Menentukan tebal tutup bawah berbentuk conis :
APP C- 11
thb = opiEfdipi
30cos).6,0.(2.
− + C
= 161
30cos)00,19)(6,0()8,0()18750(2)47,7()00,19(
+− o
= 0,0455 + 0,0625
= 0,1680 x 1616
= 163
167684,1
≈
• Menentukan tinggi bin :
Tinggi shell = Ls = 10,19 ft
Tinggi tutup bawah berbentuk conis :
Tg ½ α = hb
di2/1
hb = α2/1
2/1tg
di
= otg 30)47,7(2/1
= 6,47 ft = 77,64 in
Tinggi bin = tinggi shell + tinggi tutup bawah
= 10,19 ft + 6,47 ft
= 16,66 ft = 199,92 in.
Spesifikasi alat :
Nama : Bin kotoran sapi
APP C- 12
Type : Tangki silinder dengan tutup bawah berbentuk conis dengan sudut
60o dan tutup atas berbentuk flat.
Dimensi :
di = 89.625 in = 7,47 ft
Do = 90
thb = 3/16
ts = 3/16
Tinggi tutup bawah = 6,47 ft = 77,64 in
Tinggi bin = 16,66 ft = 199,92 in.
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 1 buah
4. BIN CaO (F-112)
Fungsi : Menampung batu kapur sebelum masuk tangki pengencer.
Type : Tangki silinder dengan tutup bawah berbentuk conis dengan
sudut 600
Dasar perancangan :
Suhu : 30o C =
Masa batu kapur : 4,3899 kg/jam
Densitas batu kapur : 3,2 kg/L = 199,7695 lb/ft3 (Perry’s edisi 7, hal.2-119)
Direncanakan bin digunakan untuk menampung bahan selama 2 bulan
Perhitungan :
• Menentukan diameter bin
Batu kapur yang ditampung = 4,3899 x 24 x 60 = 624,96 kg = 6321,456 lb
APP C- 13
Volume batu kapur = ρm =
7695,199456,6321 = 31,64 ft3
Volume batu kapur mengisi 80% dari volume bin, maka :
Volume bin = %80
kapurbatuvolume
= 8,064,31 = 39,55 ft3
Asumsi : Ls = 1,5 di
Volume bin = Lsditg
di 23
42/124π
απ
+
39,55 ft3 = )5,1(43024
23
diditgdi ππ
+
39,55 ft3 = 0,2266 di3 + 1,1775 di3
39,55 ft3 = 1,4041 di3
di3 = 28,17
di = 3,05 ft = 36,60 in
Menentukan tekanan design (Pi) :
Volume batu kapur dalam shell = volume batu kapur – volume conis
= 31,64 ft3 - otg 3024)05,3( 3π
= 31,64 – 2,05
= 29,60 ft3
Tinggi liquid dalam shell (H) = 24/1 dishelldalamkapurbatuvolume
π
APP C- 14
= 2)05,3(4/160,29
π = 4,05 ft
Tekanan hidrostatik (Ph) = 144
)1( −Hρ
= 144
)105,4(7695,199 − = 4,24 psi
Tekanan design (Pi) = 4,24 + 14,7 = 18,94 psig
• Menentukan tebal silinder
Bahan : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
f allowble : 18750 psi (Brownell and young, hal : 254)
Faktor korosi (C): 1/16 in
Type pengelasan : Double welded butt joint (E = 0,8)
Tekanan design (Pi) : 18,94 psig
ts = CPiEF
diPi+
− )6,0.(2
ts = 161
)94,18)(6,0()8,0)(18750(2)60,36()94,18(
+−
ts = 0,0231 + 0,0625
ts = 0,0856 x 1616
ts = 1637,1 ≈
163
Standarisasi do :
do = di + 2 ts
do = 36,60 + 2(3/16)
do = 36,60 + 0,375
APP C- 15
do = 36,975 in
Dengan melihat angka dibuat pendekatan ke atas maka didapat harga do = 38
Dari tabel 5.7 Brownell and Young, hal 89 didapat harga :
do = 38
icr = 23/8
r = 36
Menentukan harga di baru :
di = do – 2. ts
di = 38 – 2 (3/16)
di = 38 - 0.375
di = 37,625 in = 3,14 ft
Cek hubungan Ls dengan di :
Volume bin = Lsditg
di 23
42/124π
απ
+
39,55 ft3 = Lstg
23
)14,3(43024
)14,3( ππ+
39,55 ft3 = 6,99 + 7,72 Ls
7,72 Ls = 39,55 – 6,99
Ls = 72,757,32
= 4,22 ft = 50,64 in
diLs =
05,322,4 = 1,4 < 1,5 (memenuhi).
• Menentukan tebal tutup bawah berbentuk conis :
APP C- 16
thb = opiEfdipi
30cos).6,0.(2.
− + C
= 161
30cos)94,18)(6,0()8,0()18750(2)625,37()94,18(
+− o
= 0,0268 + 0,0625
= 0,0893 x 1616
= 163
164293,1
≈
• Menentukan tinggi bin :
Tinggi shell = Ls = 4,22 ft
Tinggi tutup bawah berbentuk conis :
Tg ½ α = hb
di2/1
hb = α2/1
2/1tg
di
= otg 30)05,3(2/1
= 2,64 ft = 31,70 in
Tinggi bin = tinggi shell + tinggi tutup bawah
= 4,22 ft + 2,64 ft
= 6,86 ft = 82,32 in.
Spesifikasi alat :
Nama : Bin batu kapur
APP C- 17
Type : Tangki silinder dengan tutup bawah berbentuk conis dengan sudut
60o dan tutup atas berbentuk flat.
Dimensi :
di = 37,625 in = 3,14 ft
Do = 38
thb = 3/16
ts = 3/16
Tinggi tutup bawah = 2,64 ft = 31,70 in
Tinggi bin = 6,86 ft = 82,32 in.
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 1 buah
5. TANGKI PENGENCER (M-111)
Fungsi : Untuk mereaksikan antara CaO dan H2O yang akan membentuk
Ca(OH)2.
Type : Berbentuk bejana tegak dengan bagian badan berbentuk shell,
tutup atas berbentuk standard dished dan tutup bawah berbentuk
conical.
Dasar perhitungan :
Komponen m (Kg/jam) m (lb/jam) ρ (lb/ft3)
CaO
H2O
4,3899
55,390
9,677
122,103
199,7695
62,3031
Bahan masuk = 59,70 kg/jam
APP C- 18
ρ campuran = 62,43 lb/ft3 (perry, edisi 7)
Direncanakan untuk mencampur dan menampung selama 48 jam.
Perhitungan :
• Menentukan diameter tangki
Larutan yang ditampung = 59,70 kg x 48 jam = 2865,6 kg = 6317,56 lb
Volume larutan = ρm =
43,6256,6317 = 101,19 ft3
Volume larutan mengisi 80% dari volume tangki, maka :
Volume tangki = %80
tanlaruvolume
= 8,019,101 = 126,49 ft3
Asumsi : Ls = 1,5 di
Volume tangki = Lsditg
di 23
42/124π
απ
+
126,49 ft3 = )5,1(43024
23
diditgdi ππ
+
126,49 ft3 = 0,2266 di3 + 1,1775 di3
126,49 ft3 = 1,4041 di3
di3 = 90,09
di = 4,48 ft = 53,76 in
Menentukan tekanan design (Pi) :
Volume batu kapur dalam shell = volume larutan – volume conis
= 101,19 ft3 - otg 3024)48,4( 3π
APP C- 19
= 101,19 – 20,3775
= 80,82 ft3
Tinggi liquid dalam shell (H) = 24/1tan
dishelldalamlaruvolume
π
= 2)48,4(4/182,80
π = 5,13 ft
Tekanan hidrostatik (Ph) = 144
)1( −Hρ
= 144
)113,5(43,62 − = 1,79 psi
Tekanan design (Pi) = 1,79 + 14,7 = 16,49 psig
• Menentukan tebal silinder
Bahan : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
f allowble : 18750 psi (Brownell and young, hal : 254)
Faktor korosi (C): 1/16 in
Type pengelasan : Double welded butt joint (E = 0,8)
Tekanan design (Pi) : 16,49 psig
ts = CPiEF
diPi+
− )6,0.(2
ts = 161
)49,16)(6,0()8,0)(18750(2)76,53()49,16(
+−
ts = 0,0296 + 0,0625
ts = 0,0921 x 1616
ts = 164731,1 ≈
163
APP C- 20
Standarisasi do :
do = di + 2 ts
do = 53,76 + 2(3/16)
do = 53,76 + 0,375
do = 54,135 in
Dengan melihat angka dibuat pendekatan ke atas maka didapat harga do = 60
Dari tabel 5.7 Brownell and Young, hal 90 didapat harga :
do = 60
icr = 35/8
r = 60
Menentukan harga di baru :
di = do – 2. ts
di = 60 – 2 (3/16)
di = 60 - 0.375
di = 59,625 in = 4,97 ft
Cek hubungan Ls dengan di :
Volume tangki = Lsditg
di 23
42/124π
απ
+
126,49 ft3 = Lstg
23
)97,4(43024
)97,4( ππ+
126,49 ft3 = 27,822 + 19,390 Ls
19,390 Ls = 126,49 – 27,822
Ls = 390,19671,98
APP C- 21
= 5,09 ft = 61,06 in
diLs =
97,409,5 = 1,02 < 1,5 (memenuhi).
• Menentukan tebal tutup atas standard dished
Dari Brownell & Young, pers. 13.12 hal 258 :
tha = CPiEFrPi+
− 1,0...885,0
= 161
)49,161,0()8,018750(6049,16885,0
+− xx
xx
= 161
169341,1
+
= 163
169341,2
≈ in.
• Menentukan tebal tutup bawah berbentuk conis :
thb = opiEfdipi
30cos).6,0.(2.
− + C
= ( )( ) ( )( )[ ] 161
30cos49,166,08,0187502)625,59()49,16(
+− o
= 0,0370 + 0,0625
= 0,0995 x 1616
= 163
165922,2
≈
• Menentukan tinggi tangki :
Tinggi shell = Ls = 5,09 ft
Tinggi tutup bawah berbentuk conis :
APP C- 22
Tg ½ α = hb
di2/1
hb = α2/1
2/1tg
di
= otg 30)97,4(2/1
= 4,30 ft = 51,65 in
Tinggi tutup atas (ha) :
ha = 0,169 x di
= 0,169 x 59,625 in = 10,0766 in = 0,8397 ft
Tinggi tangki = tinggi shell + tinggi tutup bawah + tinggi tutup atas
= 5,09 ft + 4,30 ft + 0,8397 ft
= 10,2297 ft = 122,7564 in.
Perencanaan pengaduk
Digunakan pengaduk jenis axial turbine with 6 blades at 45o angle (Brown)
Data-data jenis pengaduk :
Dt/Di = 3
Zi = 0,75 – 1,3
ZI = 2,7 – 3,9
W/Di = 0,17 (Brown, hal 577)
Dimana :
Dt = diameter dalam tangki
Di = diameter impeller
Zi = tinggi impeller dari dasar tangki
APP C- 23
ZI = tinggi zat cair dalam silinder
W = lebar baffle impeller
• Menentukan diameter impeller
Dt/Di = 3
Di = 59,625 / 3 = 19,875 in = 1,656 ft = 0,505 m
• Menentukan tinggi impeller dari dasar tangki
Zi = 0,75 – 1,3 (diambil 0,9)
Zi = 0,9 Di = 0,9 x 19,875 = 17,888 in = 1,49 ft = 0,45 m
• Menentukan panjang impeller
31
=DtL
L = Dt31 =
3625,59 = 19,875 in = 1,656 ft
• Menentukan lebar impeller
17,0=DiW
W = 19,875 x 0,17 = 3,379 in = 0,28 ft
• Menentukan daya pengaduk
Motor penggerak = 200 – 250 (diambil V = 240)
V = π x Di x n (Brown, hal 507)
NRe = μ
ρxDixn 2
P = gc
Dixnxx 53ρΦ
Dimana :
APP C- 24
n = putaran pengaduk (rpm)
Di = diameter impeller (m)
P = daya motor (HP)
V = motor penggerak
ρ = 62,43 lb/ft3
μ = viskositas (0,046 lb/ft. menit)
gc = 32,2 lb. ft/det2 lbf = 115920 lb.ft/men2.lbf
Ф = 4 (Brown, hal 507)
Sehingga :
n = Dix
Vπ
= 5,014,3
240x
= 152,866 ≈ 160 rpm
NRe = ( )046,0
43,625,0160 2 xx
= 58286,96 (aliran turbulen)
P = ( )115920
)656,1(16043,624 53 xxx
= 109889,5928 lb.ft/menit = 3,299875 HP
Ditetapkan :
η motor = 80 %
η pengaduk = 60 %
Maka :
APP C- 25
P = 3,3 / 0,48
= 6,9 HP ≈ 7 Hp
Spesifikasi alat :
Nama : Tangki pengencer
Type : Silinder tegak, tutup bawah conis dengan sudut 60o dan
dilengkapi pengaduk.
Dimensi :
di = 59,625 in = 4,97 ft
Do = 60
thb = 3/16
tha = 3/16
ts = 3/16
Tinggi tutup bawah = 4,30 ft = 51,65 in
Tinggi tutup atas = 0,8397 ft = 10,0766 in
Tinggi tangki = 10,2297 ft = 122,7564 in.
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Daya : 7 Hp
Jumlah : 1 buah
Jenis pengaduk : axial turbine with 6 blades at 45o angle
Dimensi pengaduk :
Di = 19,875 in = 1,656 ft = 0,505 m
Zi = 17,888 in = 1,49 ft = 0,45 m
L = 6,625 in
APP C- 26
W = 3,379 in = 0,28 ft
6. POMPA (L-114)
Fungsi : Untuk memindahkan larutan dari tangki pengencer ke mixer.
Type : Pompa sentrifugal
Dasar perancangan :
Perhitungan :
Bahan masuk = 59,70 kg/jam = 131,63 lb/jam
ρ campuran = 62,43 lb/cuft (perry, edisi 7)
μ campuran = 0,048 lb/ft menit = 0,0008 lb/ft.dtk
Perancangan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
cuftlbjamlb
/43,62/63,131 = 2,1085 cuft/jam
= 5,86 x 10-4 ft3/dtk = 0,000586 ft3/dtk
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (5,86x 10-4)0,45 x (62,43)0,13
= 3,9 x 0,0351 x 1,7116
= 0,234 in
Standarisasi ID = ¼ in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 0,540 in = = 0,045 ft
ID = 0,364 in = = 0,030 ft
APP C- 27
A = 0,00072 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,000586 ft3/dtk)/(0,00072 ft2)
= 0,8139 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 0,8139 – 0 = 0,8139 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= 0008,0
43,62814,0030,0 xx
= 1905,676 (aliran laminer)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 100 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,030 ft
= 2,88 ft
o Coupling sebanyak 5 buah
o L/D = 2 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
APP C- 28
Lcoupling = 2 ID
= 5 x 2 x 0,030 ft
= 0,3 ft
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 1 x 7 x 0,030 ft
= 0,21 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,030ft
= 9 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 100 + 2,88 + 0,3 + 0,21 + 9
= 112,39 ft
• Menghitung friction loss
Bahan yang digunakan : Stainless steel
Maka : ε = 4,6 . 10-5 (Geankoplis, hal 88)
ε/D = 0,0001, di dapat f = 0,0003
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 030,02,322
39,112)8139,0(0003,04 2
xxxxx
APP C- 29
= 0,0462 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 tangki besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 030,02,322
)8139,0(55,0 2
xxx = 0,1886 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 030,02,322)8139,0(1 2
xxx = 0,3429 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 030,02,322
)8139,0(75,032
xxxx = 0,7715 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 0,0462 + 0,1886 + 0,3429 + 0,7715 = 1,3492 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
APP C- 30
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔgcZ + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 94)
Asumsi :
gc
Vα2
2Δ = 0,07877 ; gc
gZ.Δ = 150 ; ρPΔ = 0
-Ws = 0,07877 + 150 + 0 + 1,3492
= 151,428 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
43,6210.86,5)428,151( 4 xx −
= 0,0101 Hp ≈ 0,25 Hp
Maka daya pompa = 58 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HpHppompaWHP 5,043,0
58,025,0
≈==η
η motor = 80 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 0,15375,0
80,043,0
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : Untuk memindahkan larutan dari tangki pengencer ke mixer.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
APP C- 31
OD = 0,540 in = 0,045 ft
ID = 0,364 in = 0,030 ft
A = 0,00072 ft2
Daya pompa = 1,0 Hp
Jumlah = 1 buah
7. TANGKI PENCAMPUR (M-110)
Fungsi : Untuk mencampur bahan baku dengan air dan Ca(OH)2
Type : Bejana tegak dengan bagian badan berbentuk shell, tutup atas
berbentuk standard dished dan tutup bawah berbentuk conical.
Kondisi operasi :
- tekanan = 1 atm = 14,7 psig
- fase = liquid – liquid
Komponen bahan yang masuk mixer
Komponen m (Kg/jam) m (lb/jam) ρ (lb/ft3)
Kotoran sapi
Air pengecer
Ca(OH)2
16.666,7
16.666,7
59,70
36.743,67
36.743,67
131,63
84,902
62,3031
62,43
Masa total = 33.393,1 Kg/jam = 73.627,353 lb/jam
ρ campuran = 73,6 lb/ft3
Volume bahan masuk = ρm =
6,73353,627.73 = 1000,37 ft3
Volume larutan mengisi 80% dari volume mixer, maka :
APP C- 32
Volume mixer = %80
masukbahanvolume
= 8,037,1000 = 1250,46 ft3
Asumsi : Ls = 1,5 di
Volume mixer = Lsditg
di 23
42/124π
απ
+
1250,46 ft3 = )5,1(43024
23
diditgdi ππ
+
1250,46 ft3 = 0,2266 di3 + 1,1775 di3
1250,46 ft3 = 1,4041 di3
di3 = 890,98
di = 9,62 ft = 115,44 in
Menentukan tekanan design (Pi) :
Volume batu kapur dalam shell = volume bahan – volume conis
= 1000,37 ft3 - otg 3024)62,9( 3π
= 1000,37 – 201,76
= 798,61 ft3
Tinggi liquid dalam shell (H) = 24/1tan
dishelldalamlaruvolume
π
= 2)62,9(4/161,798
π = 10,99 ft
Tekanan hidrostatik (Ph) = 144
)1( −Hρ
APP C- 33
= 144
)199,10(6,73 − = 5,11 psi
Tekanan design (Pi) = 5,11 + 14,7 = 19,81 psig
• Menentukan tebal silinder
Bahan : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
f allowble : 18750 psi (Brownell and young, hal : 254)
Faktor korosi (C): 1/16 in
Type pengelasan : Double welded butt joint (E = 0,8)
Tekanan design (Pi) : 19,81 psig
ts = CPiEF
diPi+
− )6,0.(2
ts = 161
)81,19)(6,0()8,0)(18750(2)44,115()81,19(
+−
ts = 0,076 + 0,0625
ts = 0,139 x 1616
ts = 16201,2 ≈
163
Standarisasi do :
do = di + 2 ts
do = 115,44 + 2(3/16)
do = 115,44 + 0,375
do = 115,775 in
Dengan melihat angka dibuat pendekatan ke atas maka didapat harga do = 120
Dari tabel 5.7 Brownell and Young, hal 91 didapat harga :
APP C- 34
do = 120
icr = 71/4
r = 114
Menentukan harga di baru :
di = do – 2. ts
di = 120 – 2 (3/16)
di = 120 - 0.375
di = 119,625 in = 9,97 ft
Cek hubungan Ls dengan di :
Volume mixer = Lsditg
di 23
42/124π
απ
+
1250,46 ft3 = Lstg
23
)97,9(43024
)97,9( ππ+
1250,46 ft3 = 224,60 + 78,03 Ls
78,03 Ls = 1250,46 – 224,60
Ls = 03,7886,1025
= 13,15 ft = 157,8 in
diLs =
97,915,13 = 1,3 < 1,5 (memenuhi).
• Menentukan tebal tutup bawah berbentuk conis :
thb = opiEfdipi
30cos).6,0.(2.
− + C
= ( )( ) ( )( )[ ] 161
30cos81,196,08,0187502)625,119()81,19(
+− o
APP C- 35
= 0,0892 + 0,0625
= 0,1517 x 1616
= 163
164276,1
≈
• Menentukan tebal tutup atas standard dished
Dari Brownell & Young, pers. 13.12 hal 258 :
tha = CPiEFrPi+
− 1,0...885,0
= 161
)81,191,0()8,018750(11481,19885,0
+− xx
xx
= 161
16132,2
+
= 164
16132,3
≈ in.
• Menentukan tinggi mixer :
Tinggi shell = Ls = 12,56 ft
Tinggi tutup bawah berbentuk conis :
Tg ½ α = hb
di2/1
hb = α2/1
2/1tg
di
= otg 30)97,9(2/1
= 8,64 ft = 103,62 in
Tinggi tutup atas (ha) :
APP C- 36
ha = 0,169 x di
= 0,169 x 119,625 in = 20,22 in = 1,68 ft
Tinggi mixer = tinggi shell + tinggi tutup bawah + tinggi tutup atas
= 13,15 ft + 8,64 ft + 1,68 ft
= 23,47 ft = 281,70 in.
Perencanaan pengaduk
Digunakan pengaduk jenis axial turbine with 6 blades at 45o angle (Brown)
Data-data jenis pengaduk :
Dt/Di = 3
Zi = 0,75 – 1,3
ZI = 2,7 – 3,9
W/Di = 0,17 (Brown, hal 577)
Dimana :
Dt = diameter dalam tangki
Di = diameter impeller
Zi = tinggi impeller dari dasar tangki
ZI = tinggi zat cair dalam silinder
W = lebar baffle impeller
• Menentukan diameter impeller
Dt/Di = 3
Di = 119,625 / 3 = 39,875 in = 3,32 ft = 1,91 m
• Menentukan tinggi impeller dari dasar tangki
Zi = 0,75 – 1,3 (diambil 0,9)
APP C- 37
Zi = 0,9 Di = 0,9 x 39,875 = 35,89 in = 2,99 ft = 0,91 m
• Menentukan panjang impeller
31
=DtL
L = Dt31 =
3625,119 = 39,875 in = 3,32 ft
• Menentukan lebar impeller
17,0=DiW
W = 39,875 x 0,17 = 6,78 in = 0,56 ft
• Menentukan daya pengaduk
Motor penggerak = 200 - 250 (diambil V = 280)
V = π x Di x n (Brown, hal 507)
NRe = μ
ρxDixn 2
P = gc
Dixnxx 53ρΦ
Dimana :
n = putaran pengaduk (rpm)
Di = diameter impeller (m)
P = daya motor (HP)
V = motor penggerak
ρ = 73,6 lb/ft3
μ = viskositas (0,048 lb/ft. menit)
gc = 32,2 lb. ft/det2 lbf = 115920 lb.ft/men2.lbf
APP C- 38
Ф = 4 (Brown, hal 507)
Sehingga :
n = Dix
Vπ
= 91,114,3
240x
= 40,02 ≈ 50 rpm
NRe = ( )048,0
6,7391,150 2 xx
= 447500,267 (aliran turbulen)
P = 115920
)01,1()80(6,734 53 xxx
= 8069,679 lb.ft/menit = 0,25 Hp
Ditetapkan :
η motor = 80 %
η pengaduk = 60 %
Maka :
P = 0,25 / 0,48
= 0,5208 Hp ≈ 1,0 Hp
Spesifikasi alat :
Nama : Tangki pencampur
Type : Silinder tegak, tutup bawah conis dengan sudut 60o, tutup atas
berbentuk standard dished dan dilengkapi pengaduk.
Dimensi :
APP C- 39
di = 119,625 in = 9,97 ft
Do = 120
thb = 3/16
tha = 4/16
ts = 3/16
Tinggi tutup bawah = 8,64 ft = 103,62 in
Tinggi Tangki = 23,47 ft = 281,70 in.
Bahan konstruksi : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Daya : 1,0 Hp
Jumlah : 1 buah
Jenis pengaduk : axial turbine with 6 blades at 45o angle
Dimensi pengaduk :
Di = 39,875 in = 3,32 ft = 1,91 m
Zi = 35,89 in = 2,99 ft = 0,91 m
L = 39,875 in = 3,32 ft
W = 6,78 in = 0,56 ft
8. POMPA (L-116)
Fungsi : Untuk memompa larutan dari tangki pencampur ke tangki
pemanas.
Type : Pompa sentrifugal
Dasar perancangan :
Perhitungan :
Bahan masuk = 33.393,1 Kg/jam = 73.627,353 lb/jam
APP C- 40
ρ campuran = 73,6 lb/cuft (perry, edisi 7)
μ campuran = 0,048 lb/ft menit = 0,0008 lb/ ft.dt.
Perancangan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
6,73353,627.73 = 1000,37 ft3
= 0,278 ft3/dtk
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,278)0,45 x (73,6)0,13
= 3,9 x 0,5621 x 1,7486
= 3,83 in
Standarisasi ID = 4 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 4,500 in = 0,375 ft
ID = 4,026 in = 0,3355 ft
A = 0,08840 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,278 ft3/dtk)/(0,08840 ft2)
= 3,1448 ft/dtk
APP C- 41
ΔV = V2 – V1 = 3,1448– 0 = 3,1448 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= 0008,0
6,731448,33355,0 xx
= 97067,4 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 200 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,3355 ft
= 32,208 ft
o Coupling sebanyak 5 buah
o L/D = 2 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lcoupling = 2 ID
= 5 x 2 x 0,3355 ft
= 3,355 ft
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 1 x 7 x 0,3355 ft
APP C- 42
= 2,3485 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,3355ft
= 100,65 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 200 + 32,208 + 3,355 + 2,3485 +100,65
= 338,5615 ft
• Menghitung friction loss
Bahan yang digunakan : Stainless steel
Maka : ε = 4,6 . 10-5 (Geankoplis, hal 88)
ε/D = 0,0001, di dapat f = 0,0003
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 3355,02,322
5615,388)1448,3(0003,04 2
xxxxx
= 6,4028 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 tangki besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
APP C- 43
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 3355,02,322
)1448,3(55,0 2
xxx = 0,0255 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 3355,02,322)1448,3(1 2
xxx = 0,0463 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 3355,02,322
)1448,3(75,032
xxxx = 0,1041 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 6,4028 + 0,0255 + 0,0463 + 0,1041 = 6,5787 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 94)
Asumsi :
gc
Vα2
2Δ = 0,07877 ; gc
gZ.Δ = 150 ; ρPΔ = 0
-Ws = 0,07877 + 150 + 0 + 6,5787
= 156,6575 lbf.ft /lbm
APP C- 44
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
6,73278,06575,156( xx
= 5,83 Hp ≈ 6 Hp
Maka daya pompa = 58 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HpHppompaWHP 1005,10
58,083,5
≈==η
η motor = 80 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,1214,12
80,010
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : Untuk memindahkan larutan dari tangki pengencer ke mixer.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 4,500 in = 0,375 ft
ID = 4,026 in = 0,3355 ft
A = 0,08840 ft2
Daya pompa = 12,5 Hp
Jumlah = 1 buah
9. TANGKI PEMANAS (R-121)
Fungsi : Untuk memanaskan slury hingga suhu 50 oC sebelum masuk
fermentor.
APP C- 45
Dasar perencanaan :
Tangki berbentuk silinder dengan bagian atas berbentuk standard
dished dan tutup bawah berbentuk conical dengan sudut 120 oC.
Waktu tinggal : 1jam
Volume tangki : 80 %
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 53 Grade B
Menentukan volume tangki
Bahan masuk :
Selulosa = 12753,5 kg
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg = 30 kg
H2S = 35 kg
Ca(OH)2 = 0,54 kg
H2O = 19711,16 kg
Inert = 0,03073 kg
Total = 33333,34 kg = 73487,435 lb/jam
Densitas campuran = 73,6 lb/ft3
Volume liquid = campuran
bahantotalρ
= 3/6,73/435,73487
fitlbjamlb = 879,036 ft/jam
APP C- 46
V ruang kosong = 20 % Vtotal, maka :
Vtotal = Vliquid + Vruang kosong
= 879,036 ft/jam + 0,2 Vtotal
0,8 Vtotal = 879,036 ft/jam
Vtotal = 1098,795 ft3
Menentukan diameter tangki
Ls = 1,5 di
Vt = V silinder + V tutup atas + V tutup bawah
1098,795 ft3 = ¼ π di2 Ls + 0,0847 di3 + α
π
21
3
/24 tgdi
1098,795 ft3 = ¼ π di2 (1,5 di) + 0,0847 di3 + )60(24
3
tgdiπ
1098,795 ft3 = 1,1781 di3 + 0,0847 di3 + 0,0756 di3
1,3384 di3 = 1098,795 ft3
di3 = 3384,1
795,1098 = 820,977 ft3
di = 9,37 ft = 112,44 in.
Menghitung volume liquid dalam shell
Vliquid dalam shell = Vliquid – V tutup bawah
= 879,036 ft/jam - α
π
21
3
/24 tgdi
= 879,036 ft/jam -)60(24
)37,9( 3
tgπ
= 879,036 ft/jam - 62,143
APP C- 47
= 816,894 ft3
Menentukan tinggi larutan dalam shell (Lls)
Lls = 24/ dixV shelldalamliquid
π
= 2
3
)37,9(4/894,816x
ftπ
= 11,853 ft = 142,232 in
Menentukan tekanan design (Pi)
Pi = Poperasi + Phidrostatik
Poperasi = 1 atm = 14,7 psi
Phidrostatik = 144
)1( −Hρ (Brownell & Young. Pers 3.17, hal 46)
= 144
)1853,11(6,73 −
= 6,301 psi
sehingga :
Pi = (14,7 psi + 6,301 psi) - 14,7 psi
= 6,301 psi
Menentukan tebal tangki (ts)
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 53 Grade B
F allowable : 12750 (Brownell & Young, App D, hal 335)
Faktor korosi : 2/16
Type pengelasan : double welded butt joint (E = 0,8)
Tekanan design : 6,301 psig
APP C- 48
ts = CPiEF
diPi+
− )6,0.(2
= 162
)301,66,08,012750(244,112301,6
+− xx
x
= 163
165559,2
≈ in
Standarisasi do
do = di + 2 ts
= 112,44 + 2 (3/16)
= 112,44 + 0,375
= 112,065 in = 9,34 ft
Dari tabel 5.7, hal 90 Brownell & Young didapat :
do standar = 114 in
di baru = do – 2 ts
= 114 – 2 (3/16)
= 113,625 in = 9,47 ft
Menentukan tinggi silinder (ls)
ls = 1,5 x di
= 1,5 x 9,47 ft
= 14,2031 ft = 170,4375 in
Menentukan dimensi tutup :
a. Menentukan tebal tutup atas (tha) dan tutup bawah (thb) :
Tutup atas berbentuk standart dished, maka :
APP C- 49
tha = CPiEFrPi+
− 1,0...885,0
= 162
)301,61,0()8,012750(108301,6885,0
+− xx
xx
= 162
16151,3
+
= 166
16151,5
≈ in.
Tutup bawah berbentuk conical dengan α = 120 0C, maka :
thb = CPiEFdiPi
+− α2
1cos)6,0.(2.
= 162
120.cos)75,1136,08,0.12750(275,11301,21
21
+− x
x
= 162
16774,3
+
= 166
16774,5
≈ in.
b. Menentukan tinggi tutup atas (ha) dan tutup bawah (hb) :
Tutup atas berbentuk standart dished head :
ha = 0,169 x di
= 0,169 x 113,75 in
= 19,224 in = 0,488 meter.
hb = 120
2/12
1tgdi
= 60
75,1132/1tgx
APP C- 50
= 32,838 in = 0,834 meter.
Menentukan tinggi tangki
Tinggi tangki = h. shell + h. tutup atas + h. tutup bawah
= 170,625 in + 19,224 in + 32,838 in
= 75,6612 in
= 222,687 in = 18,557 ft
Perhitungan dimensi pengaduk.
Digunakan impeller jenis turbin dengan 6 buah plate blade tanpa baffles.
Dari gb. 9.13, Mc. Cabe, ed V hal 250 kurva D, didapatkan :
S1 = 0,33
S2 = 0,25
S3 = 0,25
Jika :
D = diameter blade
L = panjang blade
W = lebar blade
Dt = diameter tangki
Diameter Pengaduk (Da)
S1 = DtDa
Dimana :
Dt = diameter tangki = 8,96875 ft
Da = 0,33 x 8,96875 ft
= 2,9597 ft = 35,51625 in
APP C- 51
Jarak pengaduk dari dasar tangki (L)
S2 = 0,25
S2 = DaE
L = S2 x Da
= 0,25 x 2,9597 ft
= 0,7399 ft = 8,8791 in
Panjang daun pengaduk (W)
S3 = 0,25
S3 = DaL
W = S3 x Da
= 0,25 x 2,9597 ft
= 0,7399 ft = 8,8791 in
Daya pengaduk (P)
Motor penggerak = 200 – 250 (diambil V = 250)
V = π x Da x n (Brown, hal. 507)
Da = 2,9597 ft = 35,51625 in = 0,902 m
n = Dax
Vπ
= 902,014,3
250x
= 88,212 rpm ≈ 90 rpm
APP C- 52
NRe = μ
ρxDaxn 2
(Geankoplis, pers 3.4-1, hal 144)
Dimana :
n = kecepatan putar = 90 rp, (put/ men)
Da = diameter pengaduk = 2,9597 ft = 35,51625 in
ρ = 73,6
μ = 0,048 lb/ ft.dt = 2,88 lb/ ft. menit
NRe = bilangan Reynold
Sehingga :
NRe = menitftlb
ftlbxxrpm./88,2
/6,73)96,2(90 32
= 22889,68 ≥ 2100, maka aliran turbulen.
Karena NRe > 10.000 maka perhitungan pemakaian daya :
P = gc
xDaxnxKT ρ53
(Mc. Cabe, pers.9-24 hal 245)
Dimana :
P = daya pengaduk (lbf. ft/ min)
KT = 1,65 (Mc. Cabe, pers.9-24 hal 245)
n = kecepatan putar = 90 rpm = 1,5 rps = 5400 rph
Da = diameter pengaduk = 2,9631 ft
gc = 32,2 lb. ft/ det.lbf
ρ = 73,6 lb/ ft3
Sehingga :
APP C- 53
P = 2,32
6,73)96,2()5,1(65,1 53 xxx
= 3285,237 ft/ det lbf
= 5,973 Hp
Kehilangan daya
Grand loss (kebocoran daya akibat poros dan bearing) = 10% daya
Transmisi loses (kebocoran daya akibat belt atau gear) = 15 % daya
Ploss = 25% . P
= 0,25 x 5,973 Hp
= 1,4932 Hp
Daya total yang dibutuhkan pengaduk
Ptotal = Ploss + P
= 1,4932 Hp + 5,973 Hp
= 7,466 Hp
Bila :
• Efisiensi motor = 80 %
• Efisiensi pengaduk = 60 %
Maka :
Daya motor (P) = pengadukmotor
total
xPηη
= 6,08,0
466,7x
= 15,554 Hp ≈ 20 Hp
Sehingga daya motor yang digunakan adalah 20 Hp
APP C- 54
Perhitungan Coil Pemanas
t1 = 30 oC = 86o F Steam T1 = 120 o C = 248o F T2 = 120 o C = 248 oF
Q,t2 = 50 o C = 122o F
Perhitungan :
Dari neraca panas :
Panas yang diserap air (Q) = 720.434,799 kkal/jam x 3,9683 Btu/kkal
= 2.858.901,413 Btu/ jam
Rate air pendingin (M) = 1114,553 kg/jam = 2457,17 lb/ jam
Suhu steam masuk (T1) = 120o C = 248 oF
Suhu steam keluar (T2) = 120o C = 248o F
Suhu larutan masuk (t1) = 30o C = 86o F
Suhu larutan keluar (t2) = 50o C = 122o F
Rate larutan = 33333,34 kg = 73487,435 lb/jam
Diameter bejana = 9,479 ft
Diameter impeller = 2,9631 ft
Putaran impeller = 90 rpm = 5400 rph
Densitas larutan = 83,6 lb/ ft3
Dari tabel 2 hal 796, Kern didapat dengan cara interpolasi :
Konduktivitas panas larutan = 0,12 Btu/ jam.. oF. ft
APP C- 55
Konduktivitas steam = 0,371 Btu/ jam.. oF. ft
Dari fig 17 hal 840, Kern didapat didapat dengan cara interpolasi :
Panas spesifik larutan (Cp) = 0,53 Btu/ lb oF
Panas steam = 0,453 Btu/ lb oF
Dari fig 14 hal 823, Kern didapat :
Viskositas larutan = 1,32 lb.ft/dt.
Viskositas steam = 1,2 lb.ft/dt.
Tekanan = 1 atm
Asumsi bahwa :
(μ/μω) = 1
Perhitungan coil :
1. Menentukan ∆TLMTD
∆t1 = (T1 – t2)
= (248o F -122o F )
= 126o F
∆t2 = (T2 – t1)
= (248o F -86o F )
= 162o F
∆TLMTD =
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔΔΔ−Δ
2
1
21
lntt
tt
=
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡−
162126ln
162612 = 143,25o C
Berdasarkan D.Q. Kern fig. 19 diperoleh Ft = 0,74
APP C- 56
∆TLMTD = Ft x ∆TLMTD
= 0,74 x 143,25
= 106,005
2. Menentukan suhu caloric
Tc = ½ (T1 + T2) = ½ (248 + 248)o F = 248o F
tc = ½ (t1 + t2 ) = ½ (122 + 86)o F = 108o F
3. Penentuan tube
Direncanakan ukuran pipa coil 1 ½ in IPS sch 40 s, dengan ukuran :
di = 1,610 in = 0,1342 ft
do = 1,90 in = 0,1583 ft
a’ = 2,04 in2 = 0,0141 ft2
a” = 0,498 ft
Evaluasi Rd
Bagian tangki (larutan) Bagian coil (steam)
1. Menghitung NRe
NRep = 42,2
2
xNxxDt
μρ
= 42,232,1
54006,73)479,9( 2
xxx
= 12.698.013,56
Kern, fig. 20-2 hal 718 didapat :
2. Menghitung faktor panas (JH)
JH = 2000
Gp = ApM
= =0141,0
17,2457 174267,292
lb/ft2
NRe = 42,2
2
xGpxdi
μ
=42,22,1
292,174267)1342,0( 2
xx
= 1080,748
APP C- 57
3. Menghitung harga koefisien film
perpindahan panas
ho = JH 14,03/1
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
μωμμ
kxcp
dik
k = 0,12 Btu/ jam.. oF. ft
Cp = 0,53 Btu/ lb oF
ho = JH 14,03/1
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
μωμμ
kxcp
dik
= 2000 14,03/1
)1(12,0
32,153,0479,912,0
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ x
= 49,203 Btu/ jam. Ft2. oF
Kern, fig. 24 hal 834
didapat :
JH = 6
ho = JH
14,03/1
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
μωμμ
kxcp
dik
k = 0,371 Btu/ jam.. oF. ft
Cp = 0,453 Btu/ lb oF
ho = JH
14,03/1
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
μωμμ
kxcp
dik
= 6
14,03/1
)1(371,0
2,1453,00141,0371,0
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ x
= 179,317 Btu/ jam. Ft2. oF
hio = ho x dodi
= 179,317 x 90,1610,1
= 151,948
4. Menghitung tahanan panas pipa bersih (UC)
UC = hohiohoxhio
+
APP C- 58
= 203,49948,151203,49948,151
+x = 37,168 Btu/ jam. Ft2. oF
5. Menghitung tahanan panas pipa terpakai (UD)
Rd = DC
DC
UxUUU −
Dari tabel 12 hal 845, Kern didapat : Rd = 0,004
0,004 = D
D
UxU
168,37168,37 −
1,1487 UD = 37,168
UD = 32,357 Btu/ jam. Ft2. oF
6. Menghitung luas permukaan perpindahan panas
A = LMTDD TxU
QΔ
= FxFFtjamBtu
jamBtuoo 25,143./357,32
/413,901.858.22
= 616,789 ft2
7. Menghitung panjang lilitan coil
L = "a
A
=498,0789,616 = 1238,531 ft2
8. Menghitung jumlah lilitan coil
n = dcx
Lπ
dimana :
dc = 0,65 x di
APP C- 59
di = diameter tangki
sehingga :
dc = 0,65 x 9,479
= 6,16 ft
n = 16,6531,1238
xπ
= 64 buah
9. Menghitung tinggi lilitan coil
Lc = (n - 1)(Ic + do) + do
Jika Ic (jarak antar coil) = 1,5 in = 0,125 ft
Lc = (64 - 1)(0,125 + 0,1583) + 0,1583
= 18,0062 ft
Kesimpulan perancangan :
Dimensi tangki :
Vtotal = 1098,795 ft3
ts = 3/16
do = 9,391 ft
di = 9,479 ft
ls = 14,219 ft
tha = 6/16
thb = 6/16
Dimensi pengaduk :
Da = 2,96 ft
L = 0,74 ft
APP C- 60
W = 0,74 ft
N = 90 rpm = 1,5 rps
Daya = 20 Hp
Dimensi coil :
Di = 1,610 in
Do = 1,90 in
a’ = 2,04 in
a“ = 0,498 ft
Jumlah lilitan = 64 buah
Spesifikasi peralatan :
Nama : Tangki pemanas
Jenis : Silinder tegak, tutup atas berbentuk standard dished, tutup
bawah berbentuk conical dan dilengkapi pengaduk.
Dimensi vessel :
do = 114 in
di = 113,75 in = 9,479 ft
ts = 3/16 in
tha = 6/16 in
thb = 6/16 in
Tinggi tangki = 222,687 in = 18,557 ft
Bahan : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 1 buah
Jenis pengaduk : Axial turbine with 6 blades at 45 oC angle
APP C- 61
Dimensi pengaduk :
Di = 2,9597 ft = 35,51625 in = 0,902 m
L = 0,7399 ft = 8,8791 in
W = 0,7399 ft = 8,8791 in
Daya pompa : 20 Hp
Jumlah : 1 buah
Bahan : Carbon steel SA 240 Grade M Type 316
Dimensi coil :
Di = 1,610 in
Do = 1,90 in
a’ = 2,04 in
a“ = 0,498 ft
Lc = 18,0062 ft
Jumlah lilitan = 64 buah
10. POMPA (L-122)
Fungsi : Untuk mengalirkan larutan dari tangki pemanas ke tangki buffer.
Type : Centrifugal pump
Jumlah : 1 buah
Bahan : Stainless steel
Bahan masuk = 33.393,1 Kg/jam = 73.627,353 lb/jam = 20,452 lb/dt
ρ campuran = 73,6 lb/cuft (perry, edisi 7)
viskositas (μ) H2SO4 = 32,2 cp = 0,0216 lb/ft menit 0,0055 lb/ft.dtk
Perancangan :
APP C- 62
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (V) = ρm =
6,73452,20 = 0,278 ft3/dt
Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka dari pers. 15, Peters etc, hal. 892
maka ukuran di optimum untuk pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,3)0,45 x (76,3)0,13
= 3,9 x 0,5817 x 1,7568
= 3,986 in = 0,332 ft
Standarisasi ID = 4 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 4,500 in = 0,375 ft
ID = 4,026 in = 0,3355 ft
A = 0,08840 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,278 ft3/dtk)/(0,08840 ft2)
= 3,1448 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,1448 – 0 = 3,1448 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
APP C- 63
= 0008,0
6,731448,33355,0 xx
= 97067,4 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 50 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,3355 ft
= 32,208 ft
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 1 x 7 x 0,3355 ft
= 2,3485 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 50 + 32,208 + 2,3485
= 84,5565 ft
• Menghitung friction loss
Bahan yang digunakan : Stainless steel
Maka : ε = 4,6 . 10-5 (Geankoplis, hal 88)
ε/D = 0,00014, di dapat f = 0,0047
1. pada straight pipa
APP C- 64
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 3355,02,322
09,53)1448,3(0047,04 2
xxxxx
= 2,1829 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 tangki besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 3355,02,322
)1448,3(55,0 2
xxx = 0,0255 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 3355,02,322)1448,3(1 2
xxx = 0,0463 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 3355,02,322
)1448,3(75,032
xxxx = 0,1041 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
APP C- 65
= 2,1829 + 0,0255 + 0,0463 + 0,1041 = 2,3588 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 94)
Direncanakan :
Δz = 12 ft
ΔP = 0
α = 2
Δv = 1,3927 ft/ dt.
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.2.2)3927,1( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.14 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡6,73
0 + 2,3588
= 6,2435 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
6,73278,0)2435,6( xx
= 0,23 Hp ≈ 0,25 Hp
Maka daya pompa = 58 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HpHppompaWHP 5,040,0
58,023,,0
≈==η
η motor = 80 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 0,1625,0
80,05,0
≈==η
APP C- 66
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : Untuk mengalirkan larutan dari tangki pemanas ke tangki buffer.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 4,500 in = 0,375 ft
ID = 4,026 in = 0,3355 ft
A = 0,08840 ft2
Daya pompa = 1,0 Hp
Jumlah = 1 buah
11. TANGKI BUFFER (F-123)
Fungsi : Untuk menampung slury dari tangki pemanas sebelum masuk
fermentor.
Dasar perencanaan :
Tangki berbentuk silinder dengan tutup bagian atas dan bagian bawah
berbentuk standard dished.
Waktu tinggal : 2 jam
Volume tangki : 80 %
Bahan konstruksi : Carbon steel SA 53 Grade B
Menentukan volume tangki
Bahan masuk :
Selulosa = 12753,5 kg
APP C- 67
NH4OH = 500,85 kg
P = 155 kg
K = 113,334 kg
Ca = 40 kg
Mg = 30 kg
H2S = 35 kg
Ca(OH)2 = 0,54 kg
H2O = 19711,16 kg
Inert = 0,03073 kg
Total = 33333,34 kg = 73487,435 lb/jam x 2 jam
= 146974,87 lb/jam
Densitas campuran = 73,6 lb/ft3
Volume liquid = campuran
bahantotalρ
= 3/6,73/87,146974
fitlbjamlb = 1996,941 ft/jam
V ruang kosong = 20 % Vtotal, maka :
Vtotal = Vliquid + Vruang kosong
= 1996,941 ft/jam + 0,2 Vtotal
0,8 Vtotal = 1996,941 ft/jam
Vtotal = 2496,176 ft3
Menentukan diameter tangki
Ls = 1,5 di
Vt = V silinder + V tutup atas + V tutup bawah
APP C- 68
2496,176 ft3 = ¼ π di2 Ls + 0,0847 di3 + 0,0847 di3
2496,176 ft3 = ¼ π di2 (1,5 di) + 0,1694 di3
2496,176 ft3 = 1,1781 di3 + 0,1694 di3
1,3475 di3 = 2496,176 ft3
di3 = 3475,1
176,2496 = 1852,450 ft3
di = 12,29 ft = 147,48 in.
Menghitung volume liquid dalam shell
Vliquid dalam shell = Vliquid – V tutup bawah
= 1996,941 ft/jam - 0,0847 di3
= 1996,941 ft/jam - 0,0847 (12,29)3
= 1996,941 ft/jam - 157,231
= 1839,710 ft3
Menentukan tinggi larutan dalam shell (Lls)
Lls = 24/ dixV shelldalamliquid
π
= 2
3
)29,12(4/710,1839
xft
π
= 15,516 ft = 186,190 in
Menentukan tekanan design (Pi)
Pi = Poperasi + Phidrostatik
Poperasi = 1 atm = 14,7 psi
Phidrostatik = 144
)1( −Hρ (Brownell & Young. Pers 3.17, hal 46)
APP C- 69
= 144
)1516,15(6,73 −
= 7,419 psi
sehingga :
Pi = 14,7 psi + 7,419 psi
= 22,119 psi
Menentukan tebal tangki (ts)
Bahan konstruksi : High Alloy Steel SA-240 Grade M Type 316
F allowable : 18750 (Brownell & Young, App D, hal 335)
Faktor korosi : 2/16
Type pengelasan : double welded butt joint (E = 0,8)
Tekanan design : 22,119 psig
ts = CPiEF
diPi+
− )6,0.(2
= 162
)119,226,08,018750(2190,186119,22
+− xxx
= 164
161984,3
≈ in
Standarisasi do
do = di + 2 ts
= 186,190 + 2 (4/16)
= 186,190 + 0,25
= 186,44 in = 15,54 ft
Dari tabel 5.7, hal 90 Brownell & Young didapat :
do standar = 192 in
APP C- 70
di baru = do – 2 ts
= 192 – 2 (4/16)
= 191,75 in = 15,98 ft
Menentukan tinggi silinder (ls)
Ls = 1,5 x di
= 1,5 x 15,98 ft
= 23,969 ft = 287,625 in
Menentukan dimensi tutup :
c. Menentukan tebal tutup atas (tha) dan tutup bawah (thb) :
Tutup atas dan tutup bawah berbentuk standart dished, maka :
tha = thb = CPiEFrPi+
− 1,0...885,0
= 162
119,221,0()8,018750(170119,22885,0
+− xx
xx
= 162
165501,3
+
= 166
165501,5
≈ in.
d. Menentukan tinggi tutup atas (ha) dan tutup bawah (hb) :
Tutup atas dan tutup bawah berbentuk standart dished head :
ha = hb = 0,169 x di
= 0,169 x 191,75 in
= 32,406 in
Menentukan tinggi tangki
Tinggi tangki = h. shell + h. tutup atas + h. tutup bawah
APP C- 71
= 287,625 in + 32,406 in + 32,406 in
= 352,437 in = 29,370 ft
Perhitungan dimensi pengaduk.
Digunakan impeller jenis turbin dengan 6 buah plate blade tanpa baffles.
Dari gb. 9.13, Mc. Cabe, ed V hal 250 kurva D, didapatkan :
S1 = 0,33
S2 = 0,25
S3 = 0,25
Jika :
D = diameter blade
L = panjang blade
W = lebar blade
Dt = diameter tangki
Diameter Pengaduk (Da)
S1 = DtDa
Dimana :
Dt = diameter tangki = 8,96875 ft
Da = 0,33 x 8,96875 ft
= 2,9597 ft = 35,51625 in
Jarak pengaduk dari dasar tangki (L)
S2 = 0,25
S2 = DaE
APP C- 72
L = S2 x Da
= 0,25 x 2,9597 ft
= 0,7399 ft = 8,8791 in
Panjang daun pengaduk (W)
S3 = 0,25
S3 = DaL
W = S3 x Da
= 0,25 x 2,9597 ft
= 0,7399 ft = 8,8791 in
Daya pengaduk (P)
Motor penggerak = 200 – 250 (diambil V = 250)
V = π x Da x n (Brown, hal. 507)
Da = 2,9597 ft = 35,51625 in = 0,902 m
n = Dax
Vπ
= 902,014,3
250x
= 88,212 rpm ≈ 90 rpm
NRe = μ
ρxDaxn 2
(Geankoplis, pers 3.4-1, hal 144)
Dimana :
n = kecepatan putar = 90 rp, (put/ men)
Da = diameter pengaduk = 2,9597 ft = 35,51625 in
APP C- 73
ρ = 73,6
μ = 0,048 lb/ ft.dt = 2,88 lb/ ft. menit
NRe = bilangan Reynold
Sehingga :
NRe = menitftlb
ftlbxxrpm./88,2
/6,73)96,2(90 32
= 22889,68 ≥ 2100, maka aliran turbulen.
Karena NRe > 10.000 maka perhitungan pemakaian daya :
P = gc
xDaxnxKT ρ53
(Mc. Cabe, pers.9-24 hal 245)
Dimana :
P = daya pengaduk (lbf. ft/ min)
KT = 1,65 (Mc. Cabe, pers.9-24 hal 245)
n = kecepatan putar = 90 rpm = 1,5 rps = 5400 rph
Da = diameter pengaduk = 2,9631 ft
gc = 32,2 lb. ft/ det.lbf
ρ = 73,6 lb/ ft3
Sehingga :
P = 2,32
6,73)96,2()5,1(65,1 53 xxx
= 3285,237 ft/ det lbf
= 5,973 Hp
Kehilangan daya
Grand loss (kebocoran daya akibat poros dan bearing) = 10% daya
APP C- 74
Transmisi loses (kebocoran daya akibat belt atau gear) = 15 % daya
Ploss = 25% . P
= 0,25 x 5,973 Hp
= 1,4932 Hp
Daya total yang dibutuhkan pengaduk
Ptotal = Ploss + P
= 1,4932 Hp + 5,973 Hp
= 7,466 Hp
Bila :
• Efisiensi motor = 80 %
• Efisiensi pengaduk = 60 %
Maka :
Daya motor (P) = pengadukmotor
total
xPηη
= 6,08,0
466,7x
= 15,554 Hp ≈ 20 Hp
Sehingga daya motor yang digunakan adalah 20 Hp
Spesifikasi peralatan :
Nama : Tangki Buffer
Fungsi : Untuk menampung slury dari tangki pemanas sebelum masuk
fermentor.
Daya motor : 20 Hp
Dimensi tangki :
APP C- 75
V total = 2496,176 ft3
do = 186,44 in = 15,54 ft
di = 191,75 in = 15,98 ft
ts = 4/16 in
tha = 6/16 in
thb = 6/16 in
Ls = 23,969 ft = 287,625 in
Tinggi tangki = 352,437 in = 29,370 ft
Bahan : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 1 buah
Jenis pengaduk : Axial turbine with 6 blades at 45 oC angle
Dimensi pengaduk :
Da = 2,9597 ft = 35,51625 in = 0,902 m
L = 0,7399 ft = 8,8791 in
W = 0,7399 ft = 8,8791 in
N = 90 rpm = 1,5 rps
12. POMPA (L-124)
Fungsi : Untuk mengalirkan larutan dari tangki buffer ke fermentor.
Type : Centifugal pump
Jumlah :1 buah
Bahan : Stainless steel
Dasar perhitungan :
Bahan masuk = 33.393,1 Kg/jam = 73.627,353 lb/jam = 20,452 lb/dt
APP C- 76
ρ campuran = 73,6 lb/cuft (perry, edisi 7)
viskositas (μ) H2SO4 = 32,2 cp = 0,0216 lb/ft menit 0,0055 lb/ft.dtk
Perancangan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
3,76452,20 = 0,3 ft3/dt
Diasumsikan aliran fluida turbulen, maka dari pers. 15, Peters etc, hal. 892
maka ukuran di optimum untuk pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,3)0,45 x (76,3)0,13
= 3,9 x 0,5817 x 1,7568
= 3,986 in = 0,332 ft
Standarisasi ID = 4 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 4,500 in = 0,375 ft
ID = 4,026 in = 0,3355 ft
A = 0,08840 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,278 ft3/dtk)/(0,08840 ft2)
= 3,1448 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,1448 – 0 = 3,1448 ft/dtk
APP C- 77
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= 0008,0
6,731448,33355,0 xx
= 97067,4 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 50 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,030 ft
= 2,88 ft
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 1 x 7 x 0,030 ft
= 0,21 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 50 + 2,88 + 0,21
= 53,09 ft
• Menghitung friction loss
Bahan yang digunakan : Stainless steel
APP C- 78
Maka : ε = 4,6 . 10-5 (Geankoplis, hal 88)
ε/D = 0,00014, di dapat f = 0,0047
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 3355,02,322
09,53)1448,3(0003,04 2
xxxxx
= 0,8748 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 tangki besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 3355,02,322
)1448,3(55,0 2
xxx = 0,0255 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 3355,02,322)1448,3(1 2
xxx = 0,0463 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
Kf = 0,75
APP C- 79
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 3355,02,322
)1448,3(75,032
xxxx = 0,1041 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 0,8748 + 0,0255 + 0,0463 + 0,1041 = 1,0507 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 94)
Direncanakan :
Δz = 12 ft
ΔP = 0
α = 2
Δv = 1,3927 ft/ dt.
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.2.2)3927,1( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.14 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡6,73
0 + 1,0507
= 4,9354 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
6,73278,0)9354,4( xx
= 0,18 Hp ≈ 0,25 Hp
Maka daya pompa = 58 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HpHppompaWHP 5,032,0
58,018,0
≈==η
APP C- 80
η motor = 80 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 0,1625,0
80,05,0
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : Untuk mengalirkan larutan dari tangki buffer ke fermentor.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 4,500 in = 0,375 ft
ID = 4,026 in = 0,3355 ft
A = 0,08840 ft2
Daya pompa = 1,0 Hp
Jumlah = 1 buah
13. FERMENTOR (R-120)
(Perancangan alat utama oleh : MATHIAS PHONE. 0305010010)
14. POMPA (L-125)
Fungsi : Memindahkan larutan dari fermentor 1 ke fermentor berikutnya.
Type : Centrifugal pump
Dasar perancangan :
Perhitungan :
Bahan masuk = 33.393,1 Kg/jam = 73.627,353 lb/jam
ρ campuran = 73,6 lb/cuft (perry, edisi 7)
μ campuran = 0,048 lb/ft menit
APP C- 81
Perancangan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (V) = ρm =
6,73353,627.73 = 1000,37 ft3
= 0,278 ft3/dtk
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,278)0,45 x (73,6)0,13
= 3,9 x 0,5621 x 1,7486
= 3,83 in
Standarisasi ID = 4 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 4,500 in = 0,375 ft
ID = 4,026 in = 0,3355 ft
A = 0,08840 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,278 ft3/dtk)/(0,08840 ft2)
= 3,1448 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,1448– 0 = 3,1448 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
APP C- 82
NRe = μ
ρxVxD
= 0008,0
6,731448,33355,0 xx
= 97067,4 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 200 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,3355 ft
= 32,208 ft
o Coupling sebanyak 5 buah
o L/D = 2 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lcoupling = 2 ID
= 5 x 2 x 0,3355 ft
= 3,355 ft
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 1 x 7 x 0,3355 ft
= 2,3485 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
APP C- 83
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,3355ft
= 100,65 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 200 + 32,208 + 3,355 + 2,3485 +100,65
= 338,5615 ft
• Menghitung friction loss
Bahan yang digunakan : Stainless steel
Maka : ε = 4,6 . 10-5 (Geankoplis, hal 88)
ε/D = 0,0001, di dapat f = 0,0003
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 3355,02,322
5615,338)1448,3(0003,04 2
xxxxx
= 6,4028 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 tangki besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 3355,02,322
)1448,3(55,0 2
xxx = 0,0255 lbf.f t/lbm
APP C- 84
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 3355,02,322)1448,3(1 2
xxx = 0,0463 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 3355,02,322
)1448,3(75,032
xxxx = 0,1041 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 6,4028 + 0,0255 + 0,0463 + 0,1041 = 6,5787 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 94)
Asumsi :
gc
Vα2
2Δ = 0,07877 ; gc
gZ.Δ = 150 ; ρPΔ = 0
-Ws = 0,07877 + 150 + 0 + 6,5787
= 156,6575 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
APP C- 85
= 550
6,73278,06575,156( xx
= 5,83 Hp ≈ 6 Hp
Maka daya pompa = 58 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HpHppompaWHP 1005,10
58,083,5
≈==η
η motor = 80 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,1214,12
80,010
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi :Untuk memindahkan larutan dari fermentor 1 ke fermentor
berikutnya.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 4,500 in = 0,375 ft
ID = 4,026 in = 0,3355 ft
A = 0,08840 ft2
Daya pompa = 12,5 Hp
Jumlah = 24 buah
15. COOLER (E-131)
Fungsi : Mendinginkan biogas dari suhu 50 oC menjadi 30 oC.
Type : Shell and tube
APP C- 86
Pendingin, t1 = 25 oC = 77o F Steam ΔH1, ΔH2, T1 = 50 o C = 122o F T2 = 30 o C = 86 oF
Q,t2 = 40 o C = 104o F
Perencanaan :
Biogas masuk pada shell, sedangkan air pendingin masuk pada bagian
tube.
Preasure drop masing-masing maksimal 5 psi
Rd min = 0,005 j ft2 oF/ Btu
Pipa yang dipakai berukuran ¾” OD, 16 BWG, PT = 1 square pitch
dengan L = 16 ft.
Perhitungan :
1. Neraca massa dan neraca panas
Dari App. A dan B didapat :
m biogas = 10618,64 kg/jam = 23409,8537 lb/jam
m air pendingin = 6473,3022 kg/jam = 14271,042 lb/jam
Q = 57023,3192 kkal/jam = 226286,6046 Btu/jam
2. Menentukan ∆TLMTD
∆t1 = (T1 – t2)
= (122o F -104o F )
= 18o F
APP C- 87
∆t2 = (T2 – t1)
= (86o F -77o F )
= 9o F
∆TLMTD =
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔΔΔ−Δ
2
1
21
lntt
tt
=
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡−
918ln
918 = 12,984o F
Berdasarkan D.Q. Kern fig. 19 diperoleh Ft = 0,74
∆TLMTD = Ft x ∆TLMTD
= 0,74 x 12,984
= 9,6082 oF
3. Menentukan suhu caloric
Tc = ½ (T1 + T2) = ½ (122 + 86)o F = 104o F
tc = ½ (t1 + t2 ) = ½ (104 + 77)o F = 90,5o F
4. Trial UD
Berdasarkan D.Q. Kern, tabel 8 hal. 840 untuk gas dan air sebagai
pendingin memiliki :
UD = 2 – 50 Btu/ j. ft2. oF
Dicoba harga UD = 30 Btu/ j. ft2. oF
A = LMTDD txU
QΔ
= 6082,9306046,226286
x = 772,63 ft2
Berdasarkan D.Q. Kern, tabel 10 hal. 843 diperoleh :
a” = 0,1963
APP C- 88
Nt = lxa
A"
= 161963,0
63,772x
= 245,998
Berdasarkan D.Q. Kern, tabel 9 hal. 842 diperoleh :
Nt standard = 413 didapat tipe HE = 2 - 4
UD Koreksi = 30246
998,245 x = 29,9998 Btu/ j. ft2. oF
Kesimpulan sementara :
Type HE = 2 - 4
Bagian shell Bagian tube
IDs = 21 ¼I ¾ “ OD, BWG 16,
n = 4 PT = 1” susunan segiempat
B = 12 a’ = 0,302
de = 0,99 in = 0,0825 ft a” = 0,1963 ft2/ft
L = 12 ft L = 16 ft
N + 1 = 1212
121212==
xBxl n = 4
C = PT – OD = 1” – ¾” = ¼” di = 0,620” = 0,0517 ft
Nt = 246
APP C- 89
5. Evaluasi Perpindahan Panas (Rd)
Evaluasi Perpindahan Panas (Rd)
Shell (campuran) Tube (steam)
as = TPxBxCxIDs
144
= 241
433,01144
1225,0/21 ftx
xx=
Gs = 443,0
8537,23409=
sam
= 52843,91 lb/jam ft2
Nres = 42,2x
Gsxdeμ
= 42,298,0
91,528430825,0x
x
= 1838,262
G” = 3/2)( tNxlm
= 3/2)246(128537,23409
x= 49,598 lb/ft.jam
at = 144
'xn
axNt
= 1444
302,0246xx = 0,123 ft2
Gt =atm
=123,0
042,14271 =116024,732 lb/jam ft2
Nret = μ
Gtxdi
= 42,275,0
732,1160240517,0x
x
= 3304,947
V = ρx
Gt3600
= 43,623600
732,116024x
= 0,516 ft/dt
Dari gbr. Hal.835, Kern didapat :
hi = 750 Btu/j. ft2 oF
hio = hi x dodi
= 750 x 75,0
620,0 = 620
Hotrial = 200
tw = tc + )( tcTchohio
ho
trial
trial −+
APP C- 90
= 90,5 + )5,90104(200600
200−
+ = 93,793 oF
tf = 2
twTc+ = 2
793,93104+ = 98,897 oF
sf = 0,79 (tabel 6. hal. 808, Kern)
kf = 0,0215 (tabel 5, hal. 802, Kern)
μk = 0,41 (gb. 14 hal 823, Kern)
Dari gbr. 12.9 hal 267 didapat ho = 260
Uc = hohio
hioxho+
= 260620260620
+x = 151,2195 Btu /hr oF ft2
Rd = koreksiUcxUkoreksiUUc
D
D− = 9998,292195,1519998,292195,151
x− = 0,0267 j ft2 oF/ Btu
Rd tetapan = 0,005 j ft2 oF/ Btu
Harga Rd > Rd tetapan, maka memenuhi
6. Evaluasi Pressure Drop (∆P)
Evaluasi Penurunan Tekanan (∆P)
Shell (campuran) Tube (steam)
1. Nres = 1838,262
f = 0,0035 (Kern,fig 29, hal. 839)
2. N + 1 = 1212
121212==
xBxl
3. Menghitung ∆Ps
BM = 112
ρ = )(1545
144RBMxxP
o
= )582(1545
1121447,14R
xxo
Nret = 3304,947
f = 0,0004 (Kern,fig 26, hal 836)
∆Pl = txsgxdixx
nxxGtxfΦ)1022,5(
110
2
= 1112/620,0)1022,5(41)732,116024(0004,0
10
2
xxxxxxx
= 0,080 psi
APP C- 91
= 0,2637
sg = 004225,043,62
2637,0==
μρ
∆Ps = 21
exsgxdexxNxIDSxGsxf
Φ+
)1022,5()1(
10
2
=
21
1004225,099,0)1022,5(1212/25,21)91,52843(0035,0
10
2
xxxxxxx
= 0,4756 psi < 5 psi (memenuhi)
∆Pn = )2
(4 2
gcVn
ρ, dari gb 27, hal.
837, Kern didapat :
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛gc
V2
2
= 0,068
∆Pn = 068,01
44 xx = 1,088 psi
∆Pt = ∆Pl + ∆Pn
= 0,080 psi + 1,088 psi
= 1,168 psi < 5 psi (memenuhi)
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Cooler
Fungsi : Mendinginkan biogas dari suhu 50 oC menjadi 30 oC
Type : Shell and tube (2 - 4)
Bahan : Carbon Steel
Dimensi : Bagian shell : - IDs = 21 ¼I
- n = 4
- B = 12
- de = 0,99 in = 0,0825 ft
- L = 12 ft
Bagian tube : - OD = ¾
- ID = 0,620”
- a’ = 0,302
- a” = 0,1963 ft2/ft
- L = 16 ft
APP C- 92
- n = 4
- pitch = 1
16. KOMPRESOR (G-132)
Fungsi : Menaikkan tekanan aliran dari 1 atm menjadi 10 bar.
Type : Axial Compresor
Dasar perancangan :
Kapasitas umpan (m) = 10618,64 kg/jam = 23409,8537 lb/jam
Tekanan masuk (P2) = 1 atm = 1,01325 bar
Tekanan keluar (P1) = 10 bar
Temperatur masuk (T1) = 30 oC = 545 oR
Densitas (ρ) bahan = 13,4 g/cm3 = 836,53467 lb/ft3
Dari Unrich diperloeh :
qo = ρm dan Po =
1
2log520
148,0PP
xqxTx oo
η
dimana :
Po = daya kompresor (Hp)
To = temperatur bahan masuk (oR)
η = Efisiensi kompresor = 80 %
qo = volume gas yang dikompresi
qo = ρm = 3/53467,836
/8537,23409ftlbjamlb = 27,984 ft3/ jam
Po = 01325,110log
8,0520984,2767,545148,0
xxx
= 5,3783 Hp ≈ 7,5 Hp
APP C- 93
Spesifikasi peralatan :
Nama alat = Kompresor
Fungsi = Menaikkan tekanan aliran dari 1 bar menjadi 10 bar.
Type = Centrifugal kompresor
Daya kompresor = 7,5 Hp
Jumlah = 1 buah
17. ABSORBER (D-130)
(Perancangan alat utama oleh : PETRUS PULANG. 0305010012)
18. GAS HOLDER METANA (F-133)
Fungsi : Untuk menampung metana dari water scrubber.
Perancangan :
Bejana berbentuk silinder dengan asumsi ls = 1,5 di
Tutup atas dan bawah berbentuk hemispherical
Tangki dibuat 10 % lebih besar
Bahan Carbon steel SA 240 Grade C type 347
Faktor korosi (C) = 2/16 in
Faktor pengelasan (E) = 0,8
Allowable stress (F) = 18750 (App Brownell & Young)
Tangki dirancang dengan tekanan 2 atm = 29,4 psia.
Gas yang ditampung = 2644,8 kg/ jam = 5830,7261 lb/ jam
Densitas metana = 15,8146 kg/ m3 = 0,9884 lb/ cuft
• Menentukan volume gas metana
APP C- 94
Volume gas metana = ρm
= cuftlb
jamlb/9884,0
/7261,5830
= 5899,1563 cuft/ jam x 2
= 11798,3126 cuft/ 2 jam
Menentukan diameter tangki :
Asumsi : ls = 1,5 di
V metana = ¼ π di2 Ls + 0,0847 di3
11798,3126 cuft/ 2 ja = ¼ π di2 (1,5 di) + 0,0847 di3
11798,3126 cuft/ 2 jam = 1,1781 di3 + 0,0847 di3
11798,3126 cuft/ 2 jam = 1,2628 di3
1,2628 di3 = 11798,3126 cuft/ 2 jam
di3 = 2628,1
3126,11798 = 9342,978 ft3
di = 21,05 ft = 252,6 in.
ls = 1,5 x 252,6 in
= 378,9 in.
• Menentukan dimensi tangki
ts = CPiExf
dixPi+
− )6,0(2
ts = 162
)4,29)(6,0()8,0)(18750(2)6,252()4,29(
+−
= 162
16965,3
+
APP C- 95
= 166
16965,5
≈
Standarisasi do :
Dari tabel 5-7 hal 90 Brownell & Young diperoleh :
do = di - 2 ts
= 240 in + 2 (6/16)
= 239,25 in = 19,9375 ft
• Menentukan tinggi tangki
V total = ¼ π di2 Ls + 0,0847 di3
11798,3126 cuft/ 2 ja = ¼ π (19,9375)2 Ls + 0,0847 (19,9375)3
Ls = 32,408 ft = 388,9 in
• Menentukan tebal tutup atas dan tutup bawah
tha = thb = CPiExf
dixPi+
− )6,0(4
= 162
)4,29)(6,0()8,0)(18750(4)125,239()4,29(
+−
= 162
16877,1
+
= 41
164
16877,3
≈≈
Syarat :
Pi < 0,655 f.E
0,655 f.E = 0,655 x 18750 x 08
= 9975 psia
Pi = 29,4 psia < 9975 psia (memenuhi)
APP C- 96
r = ½ di
= ½ x 239,125 in
= 119,563 in
tha = thb < 0,356.r
0,356 r = 0,356 x 119,563 in
= 42,564 in
tha = thb = ¼ in < 42,564 in (memenuhi)
Spesifikasi peralatan :
Nama alat : Gas holder metana
Fungsi : Untuk menampung metana dari water scruber.
V total = 11798,3126 cuft
ts = 6/16
do = 20 ft
di = 19,9375 ft
Ls = 32,408 ft = 388,9 in
tha = thb = ¼ in
Jumlah = 1 buah
19. KOMPRESOR (G-134)
Fungsi : Menaikkan tekanan aliran dari 10 bar menjadi 46 bar.
Type : Axial Compresor
Dasar perancangan :
Kapasitas umpan (m) = 2670,7757 kg/jam = 5887,9921 lb/jam
Tekanan masuk (P2) = 10 bar
APP C- 97
Tekanan keluar (P1) = 46 bar
Temperatur masuk (T1) = 30 oC = 545 oR
Densitas (ρ) bahan = 0,40577 lb/ft3
Dari Unrich diperloeh :
qo = ρm dan Po =
1
2log520
148,0PP
xqxTx oo
η
dimana :
Po = daya kompresor (Hp)
To = temperatur bahan masuk (oR)
η = Efisiensi kompresor = 80 %
qo = volume gas yang dikompresi
qo = ρm = 3/40577,0
/9921,5887ftlbjamlb = 14510,664 ft3/ jam
Po = 1046log
8,0520664,1451067,545148,0
xxx
= 14,3783 Hp ≈ 15 Hp
Spesifikasi peralatan :
Nama alat = Kompresor
Fungsi = Menaikkan tekanan aliran dari 1 bar menjadi 10 bar.
Type = Centrifugal kompresor
Daya kompresor = 15 Hp
Jumlah = 1 buah
20. EKSPANDER (G-135)
Fungsi : Menurunkan tekanan gas dari 10 bar menjadi 1 bar.
APP C- 98
Type : Multi stage reciprocating expander
Dasar perancangan :
Tekanan keluar ekspander (P1) = 1 bar = 0,986923 atm
Takanan masuk ekspander (P2) = 10 bar = 9,85923 atm
ΔP = P2 – P1
= 9,85923 atm - 0,986923 atm
= 8,872307 atm
Ws = bahan
Pxmρ
η Δ. (Ulrich, pers. 4-19. hal 93)
Dimana :
η = efisiensi = 80%
m = rate bahan =- 10385,9243 kg/ jam = 22896,8087 lb/ jam
ρ bahan = densitas bahan = 0,9231 lb/in = 1595,23 lb/ft3
ΔP = perubahan tekanan = 8,872307 atm = 18775,7 lb/ft3
Maka :
Ws = 3
3
/23,1595/7,18775/8087,22896.8,0
ftlbftlbxjamlb
= 215594,5648 lb.ft/jam
= 0,1090 Hp ≈ 0,5 Hp
Spesifikasi peralatan :
Nama alat : Ekspander
Fungsi : Menurunkan tekanan gas dari 10 bar menjadi 1 bar.
Type : Multi stage reciprocating expander
Bahan konstruksi : Commercial steel
APP C- 99
Massa laju alir : 22896,8087 lb/ jam
Daya : 0,5 Hp
Jumlah : 1 buah
21. POMPA (L-136)
Fungsi : Memindahkan slury dari ekspander ke menara regenerasi.
Type : Pompa sentrifugal
Dasar perancangan :
Rate aliran masuk = 10385,9243 kg/ jam = 22896,8087 lb/ jam
ρ campuran = 66,6573 lb/cuft
μ campuran = 0,333 lb/ft.det.
Perancangan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
6573,668087,22896 = 343,500 ft3
= 0,095 ft3/dtk
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,095)0,45 x (66,6573)0,13
= 3,9 x 0,3467 x 1,7262
= 2,33 in
Standarisasi ID = 3 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 3,500 in = 0,2917 ft
APP C- 100
ID = 3,068 in = 0,2557 ft
A = 0,05130 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,095 ft3/dtk)/(0,05130 ft2)
= 1,8519 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 1,8519 – 0 = 1,8519 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= 333,0
6573,668519,12557,0 xx
= 94,7876 (aliran laminer)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 200 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,2557 ft
= 24,5472 ft
o Coupling sebanyak 5 buah
APP C- 101
o L/D = 2 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lcoupling = 2 ID
= 5 x 2 x 0,2557 ft
= 2,557 ft
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 1 x 7 x 0,2557 ft
= 1,7899 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,2557 ft
= 76,71 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 200 + 24,5472 + 2,557 + 1,7899 +76,71
= 305,6041 ft
• Menghitung friction loss
Bahan yang digunakan : Stainless steel
Maka : ε = 4,6 . 10-5 (Geankoplis, hal 88)
ε/D = 0,0001, di dapat f = 0,0003
1. pada straight pipa
APP C- 102
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 2557,02,322
6041,305)8519,1(0003,04 2
xxxxx
= 0,0764 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 tangki besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 2557,02,322
)8519,1(55,0 2
xxx = 0,1145 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 2557,02,322)8519,1(1 2
xxx = 0,2083 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 2557,02,322
)8519,1(75,032
xxxx = 0,4686 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
APP C- 103
= 0,0764+ 0,1145 + 0,2083 + 0,4686 = 0,8678 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 94)
Asumsi :
gc
Vα2
2Δ = 0,07877 ; gc
gZ.Δ = 150 ; ρPΔ = 0
-Ws = 0,07877 + 150 + 0 + 0,8678
= 150,9466 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
6573,66095,09466,150( xx
= 1,74 Hp ≈ 2 Hp
Maka daya pompa = 58 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HpHppompaWHP 399,2
58,074,1
≈==η
η motor = 80 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpmotorBHP 0,4
80,03
==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : Untuk memindahkan slury dari ekspander ke menara regenerasi.
Type : Centrifuge pump
APP C- 104
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 3,500 in = 0,2917 ft
ID = 3,068 in = 0,2557 ft
A = 0,05130 ft2
Daya pompa = 4,0 Hp
Jumlah = 1 buah
22. MENARA REGENERASI (F-137)
Fungsi : Sebagai tempat pemisah antara air dengan gas impurities.
Type : Silinder vertikal, tutup atas dan bawah berbentuk standard dished.
Perancangan :
• Menghitung volume tangki :
Bahan masuk : 10385,9243 kg/ jam = 22896,8087 lb/ jam
ρ campuran = 21,53 lb/cuft
Volume liquid : 53,218087,22896 = 1063,484 ft3
Ditetapkan volume ruang kosong = 20% volume liquida
Volume tangki = 8,0484,1063 = 1329,355 ft3
Ls = 1,5 x diameter tangki
Volume tangki = )000049,02(4
32 DixLsxDix +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ π
1329,355 ft3 = )000049,02(5,14
32 DixDixDix +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ π
APP C- 105
1329,355 ft3 = 1,1775 Di3 + 0,000098 Di3
Di3 = 178,1
355,1329 = 1128,87 ft3
Di = 10,42 ft = 125,04 in
• Menentukan tebal shell :
Material : - High Alloy Steel SA -240 grade B
- Fallowed = 17500 psi
- Las DWBJ, E = 0,8 dan C = 0,0265 in
Poperasi = 1 bar = 0,9869233 atm = 14,5 psi
t shell = CPEf
DixP+
− .6,0.2
= 0625,0)5,146,0()8,017500(2
04,1255,14+
− xxx
= 0,046 + 0,0625
= 0,1273 = 3/16 in
Standarisasi :
OD = ID + 2ts
= 125,04 + 2 (3/16)
= 125,04 + 0,375 = 125,415 in
Standarisasi pada tabel 5.7, hal 91, Brownell & Young adalah :
OD = 126 in
r = 120
icr = 7 5/8
Maka :
APP C- 106
ID = OD – 2 (ts)
= 126 – 2 (3/16)
= 126 – 0,375 = 125,625 in = 10,47 ft
Cek hubungan Ls dengan di :
Volume tangki = )000049,02(4
32 DixLsxDix +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ π
1329,355 ft3 = ))47,10(000049,02()42,10(5,1)47,10(4
32 xxx +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ π
1329,355 ft3 = 86,0524 Ls + 0,1125
86,0524 Ls = 1329,355 - 0,1125
Ls = 0524,862425,1329 = 15,45
5,14,147,1045,15
<==diLs (memenuhi)
• Menentukan tebal tutup atas dan bawah berbentuk standard dished :
tha = thb = CPiEFrPi+
− 1,0...885,0
= 161
)5,141,0()8,017500(1205,14885,0
+− xx
xx
= 161
167601,1
+
= 163
167601,2
≈ in.
• Menentukan tinggi tangki :
Tinggi shell = Ls = 15,45 ft
APP C- 107
ha = hb = 0,169 x di
= 0,169 x 125,625
= 21,23 in = 1,77 ft
Tinggi tangki total = ts + ha + hb
= 15,45 + 1,77 + 1,77
= 18,99 ft = 227,88 in
Spesifikasi peralatan :
Nama : Menara regenerasi
Fungsi : Sebagai tempat pemisah antara air dengan gas impurities.
Type : Silinder vertikal, tutup atas dan bawah berbentuk standard dished.
Dimensi vessel :
do = 126 in
di = 10,47 ft = 125,625 in
ts = 3/16 in
tha = 3/16 in
thb = 3/16 in
tinggi tangki total = 18,99 ft = 227,88 in
23. POMPA (L-138)
Fungsi : Memindahkan air dari menara regenerasi ke scrubber.
Type : Pompa sentrifugal
Dasar perancangan :
Perhitungan :
Rate aliran masuk = 2438,06 kg/ jam = 5375,434 lb/ jam
APP C- 108
ρ campuran = 62,43 lb/cuft
μ campuran = 0,0006 lb/ft.det.
Perancangan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
cuftlbjamlb
/43,62/434,5375 = 86,10 ft3
= 0,024 ft3/dtk
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,024)0,45 x (62,43)0,13
= 3,9 x 0,1867 x 1,7116
= 1,246 in
Standarisasi ID = 1 1/4 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 1,660 in = 0,138 ft
ID = 1,380 in = 0,115 ft
A = 0,01040 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,024 ft3/dtk)/(0,01040 ft2)
= 2,3077 ft/dtk
APP C- 109
ΔV = V2 – V1 = 2,3077 – 0 = 2,3077 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= 0006,0
43,623077,2115,0 xx
= 27613,36 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 200 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,115 ft
= 11,04 ft
o Coupling sebanyak 5 buah
o L/D = 2 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lcoupling = 2 ID
= 5 x 2 x 0,115 ft
= 1,15 ft
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 1 x 7 x 0,115 ft
APP C- 110
= 0,805 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,115 ft
= 34,5 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 200 + 11,04 + 1,15 + 0,805 + 34,5
= 247,495 ft
• Menghitung friction loss
Bahan yang digunakan : Stainless steel
Maka : ε = 4,6 . 10-5 (Geankoplis, hal 88)
ε/D = 0,0001, di dapat f = 0,0003
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 115,02,322
495,247)3077,2(0003,04 2
xxxxx
= 0,2136 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 tangki besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
APP C- 111
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 115,02,322
)3077,2(55,0 2
xxx = 0,3955 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 115,02,322)3077,2(1 2
xxx = 0,7191 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 115,02,322
)3077,2(75,032
xxxx = 1,6179 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 0,2136 + 0,3955 + 0,7191 + 1,6179 = 2,9461 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 94)
Asumsi :
gc
Vα2
2Δ = 0,07877 ; gc
gZ.Δ = 150 ; ρPΔ = 0
-Ws = 0,07877 + 150 + 0 + 2,9461
= 153,0249 lbf.ft /lbm
APP C- 112
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
43,62024,00249,153( xx
= 0,42 Hp ≈ 0,5 Hp
Maka daya pompa = 58 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HppompaWHP 1
58,042,0
==η
η motor = 80 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,108,1
80,01
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : Memindahkan air dari menara regenerasi ke scrubber.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Stainless steel
Dimensi pompa :
OD = 1,660 in = 0,138 ft
ID = 1,380 in = 0,115 ft
A = 0,01040 ft2
Daya pompa = 1,5 Hp
Jumlah = 1 buah
24. KOMPRESOR (G-139)
Fungsi : Menaikkan tekanan aliran dari 1 bar menjadi 20 bar.
Type : Centrifugal kompresor
APP C- 113
Dasar perancangan :
Kapasitas umpan (m) = 7282,2243 kg/jam = 16054,391 lb/jam
Tekanan masuk (P2) = 20 bar
Tekanan keluar (P1) = 1 bar
Temperatur masuk (T1) = -30 oC = 438 oR
Densitas (ρ) bahan = 1367,217 lb/ft3
Dari Unrich diperloeh :
qo = ρm dan Po =
1
2log520
148,0PP
xqxTx oo
η
dimana :
Po = daya kompresor (Hp)
To = temperatur bahan masuk (oR)
η = Efisiensi kompresor = 80 %
qo = volume gas yang dikompresi
qo = ρm = 3/217,1367
/391,16054ftlbjamlb = 11,742 ft3/ jam
Po = 120log
8,0520742,11438148,0
xxx
= 2,38 Hp ≈ 2,5 Hp
Spesifikasi peralatan
Nama alat = Kompresor
Fungsi = Menaikkan tekanan aliran dari 1 bar menjadi 20 bar.
Type = Centrifugal kompresor
Massa laju alir = 7282,2243 kg/jam = 16054,391 lb/jam
APP C- 114
Daya kompresor = 2,5 Hp
Jumlah = 1 buah
25. EKSPANDER (G-140)
Fungsi : Menurunkan tekanan gas dari 10 bar menjadi 1 bar.
Type : Multi stage reciprocating expander
Dasar perancangan :
Tekanan keluar ekspander (P1) = 1 bar = 0,986923 atm
Takanan masuk ekspander (P2) = 10 bar = 9,85923 atm
ΔP = P2 – P1
= 9,85923 atm - 0,986923 atm
= 8,872307 atm
Ws = bahan
Pxmρ
η Δ. (Ulrich, pers. 4-19. hal 93)
Dimana :
η = efisiensi = 80%
m = rate bahan =- 10385,9243 kg/ jam = 22896,8087 lb/ jam
ρ bahan = densitas bahan = 0,9231 lb/in = 1595,23 lb/ft3
ΔP = perubahan tekanan = 8,872307 atm = 18775,7 lb/ft3
Maka :
Ws = 3
3
/23,1595/7,18775/8087,22896.8,0
ftlbftlbxjamlb
= 215594,5648 lb.ft/jam
= 0,1090 Hp ≈ 0,5 Hp
Spesifikasi peralatan :
APP C- 115
Nama alat : Ekspander
Fungsi : Menurunkan tekanan gas dari 10 bar menjadi 1 bar.
Type : Multi stage reciprocating expander
Bahan konstruksi : Commercial steel
Massa laju alir : 22896,8087 lb/ jam
Daya : 0,5 Hp
Jumlah : 1 buah
26. AKUMULATOR (G-141)
Fungsi : Untuk menampung kondensat dari kolom distilasi I selama 10
menit.
Type : Silinder vertikal, tutup atas dan bawah berbentuk standard dished.
Perancangan :
• Menghitung volume tangki :
Bahan masuk : 7282,2243 kg/jam = 16054,391 lb/jam
ρ campuran = 21,85 lb/cuft
Volume liquid selama waktu tinggal 10 menit :
= 6010
85,21391,16054 x = 122,459 ft3
Ditetapkan volume ruang kosong = 20% volume liquida
Volume tangki = 8,0459,122 = 153,074 ft3
Ls = 1,5 x diameter tangki
Volume tangki = )000049,02(4
32 DixLsxDix +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ π
APP C- 116
153,074 ft3 = )000049,02(5,14
32 DixDixDix +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ π
153,074 ft3 = 1,1775 Di3 + 0,000098 Di3
Di3 = 178,1
074,153 = 129,944 ft3
Di = 5,07 ft = 60,84 in
• Menentukan tebal shell :
Material : - High Alloy Steel SA -240 grade B
- Fallowed = 17500 psi
- Las DWBJ, E = 0,8 dan C = 0,0265 in
Poperasi = 1 atm = 14,7 psi
t shell = CPEf
DixP+
− .6,0.2
= 0625,0)7,146,0()8,017500(2
84,607,14+
− xxx
= 0,0320 + 0,0625
= 0,0945 = 2/16 in
Standarisasi :
OD = ID + 2ts
= 60,84 + 2 (2/16)
= 60,84 + 0,25 = 61,09 in
Standarisasi pada tabel 5.7, hal 99, Brownell & Young adalah :
OD = 66 in
r = 60
APP C- 117
icr = 4
Maka :
ID = OD – 2 (ts)
= 66 – 2 (2/16)
= 66 – 0,25 = 65,75 in = 5,48 ft
Cek hubungan Ls dengan di :
Volume tangki = )000049,02(4
32 DixLsxDix +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ π
153,074 ft3 = ))48,5(000049,02()48,5(4
32 xLsxx +⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ π
153,074 ft3 = 23,5739 Ls + 0,0161
23,5739 Ls = 153,074 - 0,0161
Ls = 5739,230579,153 = 6,49
5,13,107,549,6
<==diLs (memenuhi)
• Menentukan tebal tutup atas dan bawah berbentuk standard dished :
tha = thb = CPiEFrPi+
− 1,0...885,0
= 161
)7,141,0()8,017500(607,14885,0
+− xx
xx
= 161
160149,0
+
= 162
160149,1
≈ in.
APP C- 118
• Menentukan tinggi tangki :
Tinggi shell = Ls = 6,49 ft
ha = hb = 0,169 x di
= 0,169 x 61,84
= 10,451 in = 0,87 ft
Tinggi tangki total = ts + ha + hb
= 7,59 + 0,87 + 0,87
= 8,23 ft = 98,77 in
Spesifikasi peralatan :
Nama : Akumulator
Fungsi : Untuk menampung kondensat dari water scrubber selama 10
menit.
Type : Silinder vertikal, tutup atas dan bawah berbentuk standard dished.
Dimensi vessel :
do = 66 in
di = 65,75 in = 5,48 ft
ts = 2/16 in
tha = 2/16 in
thb = 2/16 in
Tinggi tangki total = 8,23 ft = 98,77 in
27. SCREW PRESS (F-140)
Fungsi : Meemeras dan memisahkan slury padat dan cair.
Feed masuk : 15438,768 kg/jam
APP C- 119
Rumus :
W = ρm
W = 2
2/12/1'
VDxPxWcxC
Dimana :
W = berat liquid keluar
Wc = berat liquid yang ada pada slury padat = 3859,692 kg/jam
C’ = konstanta, tergantung liquida = 0,0007
A = ¼
V = konematik viskositas = 0,049 lb/ft
D = waktu pengepresan = 24 jam
ρ = densitas larutan = 0,4536 lb/ft3
W = 4536,0
768,15438 = 34036,085
W = 2
2/12/1
049,024692,38590007,0 xPxx
34036,085 = 2
2/12/1
049,024692,38590007,0 xPxx
81,721 = 13,236 P1/2
P1/2 = 236,13721,81 = 6,174
P = 2,482 = 7,298 psi = 1050,976 lb/ft2
Power = 33000
28,12976,1050 x = 0,39 Hp = 0,5 Hp
APP C- 120
Spesifikasi peralatan :
Nama : Screw Press
Fungsi : Untuk memisahkan slury padat dan cair.
Power : 0,5 Hp
Waktu : 24 jam
Tekanan : 7,298 psi
Jumlah : 1 buah
28. BAK PENAMPUNG SLURY CAIR (F-141)
Fungsi : Menampung slury cair dan sekaligus sebagai bak pengendap.
Type : Bak segi empat dari bahan batu bata dilapisi beton setebal 5 cm.
Bahan : Beton
Direncanakan :
Bak berbentuk segi empat tanpa tutup
Kapasitas 1,5 % slury cair.
ρ slury cair = 1 kg/liter
tinggi bak = 3 m
V slury cair = 15825,0228 kg/hari : 1 kg/ liter = 15825,0228 L/hari.
V bak yang terisi = 2/3 dan digunakan untuk menampung slury selama 3 hari.
V bak sesungguhnya = 2/3 x 3 hari x 24 jam x V bahan baku
= 3/2 x 3 x 24 x 15825,0228 L/hari
= 1709102,462 = 1709,102 m3
Luas bak total = tinggi
V = m
m3102,1709 3
= 569,701 m2 (25,9 m x 22 m)
Spesifikasi peralatan :
APP C- 121
Nama : Bak penampung slury cair
Type : Segi empat
Bahan : Beton
Waktu tinggal : 3 hari
Ukuran :
Panjang : 25,9 m
Lebar : 22 m
Tinggi : 3 m
Jumlah : 2 buah (1 cadangan ).
29. BAK PENAMPUNG SLURY PADAT (F-142)
Fungsi : Menampung slury padat dan sekaligus sebagai bak aerasi terbuka
O2.
Type : Bak segi empat dari bahan batu bata dilapisi beton setebal 5 cm.
Bahan : Beton
Direncanakan :
Bak berbentuk segi empat tanpa tutup
Kapasitas 1,5 % slury cair.
ρ slury cair = 1,15 kg/liter
tinggi bak = 1,5 m
V slury cair = 7954,8501 kg/hari : 1,15 kg/ liter = 6917,261 L/hari.
V bak yang terisi = 2/3 dan digunakan untuk menampung slury selama 4 hari.
V bak sesungguhnya = 2/3 x 4 hari x 24 jam x V bahan baku
= 3/2 x 3 x 24 x 6917,261 L/hari
APP C- 122
= 996085,584 = 996,086 m3
Luas bak total = tinggi
V = m
m5,1086,996 3
= 664,057 m2 (26 m x 25,54 m)
Spesifikasi peralatan :
Nama : Bak penampung slury padat
Type : Segi empat
Bahan : Beton
Waktu tinggal : 4 hari
Ukuran :
Panjang : 26 m
Lebar : 25,54 m
Tinggi : 1,5 m
Jumlah : 4 buah
APPENDIK D
PERHITUNGAN UTILITAS
Utilitas adalah salah satu bagian yang sangat penting dan diperlukan untuk
menunjang jalannya proses prouksi dalam suatu industri kimia. Unit utilitas yang
diperlukan pada pra rencana pabrik metana ini yaitu:
• Air yang berfungsi sebagai air proses, air pendingin, air sanitasi dan air
untuk pemadam kebakaran.
• Listrik yang berfungsi untuk menjalankan alat-alat produksi, utilitas dan
untuk penerangan.
• Bahan bakar untuk mengoperasikan boiler.
Dari kebutuhan unit utilitas yang diperlukan, maka utilitas tersebut dibagi
menjadi 4 unit yaitu :
1. Unit penyediaan air
2. Unit penyediaan steam
3. Unit pembangkit tenaga listrik
4. Unit penyediaan bahan bakar
8.1. Unit penyediaan air
a. Air Sanitasi
- Kebutuhan Karyawan
Kebutuhan karyawan = 120 L/hari per orang (Standart WHO)
Jumlah karyawan yang menggunakan air sanitasi adalah 210 orang/hari
Jam kerja untuk tiap karyawan 8 jam/ hari.
App. D- 1
Jadi kebutuhan air untuk 210 orang karyawan setiap hari adalah:
= 210 x 120 kg/hari= 25200 L/hari = 1050 L/jam
- Laboratorium, Taman dan Keperluan Lain
Air untuk kebutuhan laboratorium, taman dan pemadam kebakaran
diperkirakan 30 % dari kebutuhan karyawan, maka:
= 30 % x 1050 kg/jam =315 kg/jam
Jadi kebutuhan air untuk karyawan, laboratorium dan pemadam kebakaran
adalah:
= 1050 + 315 = 1365 kg/jam
- untuk pemadam kebakaran dan cadangan air
Air sanitasi untuk pemadam kebakaran dan air cadangan direncanakan
sebesar 40 % dari kebutuhan air sanitasi :
= 1,4 x 1365 kg/jam = 1911 kg/jam
b. Air Pendingin
Air pendingin berfungsi sebagai media pendingin pada alat perpindahan panas.
Tabel D.1 Total Kebutuhan Air Pendingin
No Kode alat Nama alat Jumlah (kg/jam)
1 R – 120 Fermentor 19043,162
2 E - 131 Cooler 6473,3022
Jumlah 25.516,4642
Mengingat kebutuhan air sebagai pendingin cukup besar dan untuk
menghemat pemakaian air, maka air pendingin yang digunakan didinginkan
App. D- 2
kembali (disirkulasi) dalam Cooling Tower, sehingga tidak perlu dilakukan
penggantian air pendingin, kecuali bila ada kebocoran atau kehilangan karena
penguapan, maka disediakan penambahan air sebesar 20 % dari kebutuhan air
pendingin.
Kuantitas penambahan air = 1,2 x 25516,4642 kg/jam = 30619,757 kg/jam
Make up air pendingin untuk kebutuhan pendingin direncanakan 10 % dari
kebutuhan air pendingin sebesar = 1,1 x 30619,757 kg/jam = 33681,7327 kg/jam
c. Air Proses
Air proses yang digunakan pada peralatan-peralatan:
Tabel D.2. Kebutuhan Air Proses
No Kode alat Nama alat Jumlah (kg/jam)
1 M – 111 Tangki pengencer CaO 5,4
2 M – 110 Tangki pencampur 16.666,7
3 D - 230 Absorber 2.438,06
Jumlah 19.110,16
Table D.3. Total Kebutuhan Air Yang Disupply
No Keterangan Kebutuhan(kg/jam)
1 Steam 855,7169
2 Air sanitasi 1911 3 Air pendingin 33681,7327 4 Air proses 19110,16
Total 55.558,6096
App. D- 3
Untuk memenuhi kebutuhan air, maka pada Pra Rencana Pabrik Metana
(CH4)
ini menggunakan air sungai. Sebelum digunakan, air sungai tersebut masih perlu
diproses (water treatment) untuk memenuhi air sanitasi, air pendingin dan juga air
peoses.
1. Pompa Air Sungai (L - 212)
Fungsi : untuk memompa air sungai ke bak air bersih
Type : Centrifugal pump
Bahan : Cast iron
Dasar perhitungan :
Rate alir = 55.558,6096 kg/jam = 122484,5107 lb/jam
Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ ft3
Viskositas air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,000538 lb/ft.dt
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
428,625107,122484 = 1962,0124 ft3 /jam
= 0,5450 ft3/dtk
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,5450)0,45 x (62,428)0,13
= 3,9 x 0,761 x 1,7116
App. D- 4
= 5,080 in
Standarisasi ID = 5 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 5,563 in = 0,4636 ft
ID = 5,047 in = 0,421 ft
A = 0,1390 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,5450 ft3/dtk)/( 0,1390 ft2)
= 3,9209 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,9209 – 0 = 3,9209 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= dtkftlb
ftlbxdtkftxft./000538,0
/428,62/9209,3421,0 3
= 191541,856 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 100 ft
o Elbow 90o sebanyak 5 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
App. D- 5
= 5 x 32 x 0,421 ft
= 67,36 ft
o Coupling sebanyak 7 buah
o L/D = 2 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lcoupling = 2 ID
= 7 x 2 x 0,421 ft
= 5,894 ft
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 1 x 7 x 0,421 ft
= 2,947 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,421 ft
= 126,3 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 100 + 67,36 + 5,894 + 2,947 +126,3
= 302,501 ft
• Menghitung friction loss
Bahan yang digunakan : Commercial steel
Maka : ε = 4,6 . 10-5 m = 0,000151 ft (Geankoplis, hal 88)
App. D- 6
ε/D = 0,0001, di dapat f = 0,004
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 421,02,322
501,302)9209,3(004,04 2
xxxxx
= 2,7444 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 sungai besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 421,02,322
)9209,3(55,0 2
xxx = 0,3119 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 421,02,322)9209,3(1 2
xxx = 0,5670 lbf.ft /lbm
4. friction 5 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 5 x Dxgcx
vxKf2
2
= 421,02,322
)9209,3(75,052
xxxx = 2,1264 lbf.ft /lbm
App. D- 7
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 2,7444 + 0,3119 + 0,5670 + 2,1264 = 5,7497 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 97)
Direncanakan :
ΔZ = 32 ft
ΔP = 0
ΔV = 3,9209 ft/dtk
Sehingga :
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.1.2)9209,3( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.32 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡428,620 + 5,7497
= 15,728 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
)428,625450,0728,15( xx
= 0,9729 Hp ≈ 1 Hp
Kapasitas = 0,5450 ft3/dtk = 244,613 gpm.
Maka daya pompa = 50 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HppompaWHP 2
5,01==
η
App. D- 8
η motor = 87 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,230,2
87,02
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : Untuk memompa air sungai ke bak air bersih
Type : Centrifuge pump
Bahan : Cast iron
Dimensi pompa :
OD = 5,563 in = 0,3636 ft
ID = 5,047 in = 0,421 ft
A = 0,1390 ft2
Daya pompa = 2,5 Hp
Jumlah = 1 buah
2. Bak Sedimentasi (F - 213)
Fungsi : untuk mengendapkan lumpur yang terikut
Bahan konstruksi : Beton bertulang
Dasar perencanaan :
Rate aliran : 55.558,6096 kg/jam = 122484,5107 lb/jam
Densitas air pada suhu 30 oC : 995,68 kg/m3
Perhitungan :
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/68,995
/6096,55558mkg
jamkg
= 55,7997 m3/jam
App. D- 9
Waktu pengendapan = 12 jam
Volume air = rate volumetrik x waktu pengendapan
= 55,7997 m3/jam x 12 jam
= 669,596 m3
Direncanakan volume air = 80% volume bak, sehingga :
Volume bak = 8,0
airvolume
= 8,0
596,669 3m
= 836,995 m3
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio :
Panjang : lebar : tinggi = 5 : 3 : 2
Volume bak = (5x) x (3x) x (2x) = 30x3
Sehingga :
Volume bak = 30x3
836,995 m3 = 30x3
x3 = 30995,836 3m = 27,900 m3
x = 3,033 m
Jadi ukuran sedimentasi :
Panjang = 5 x 3,033 m = 15,165 m
Lebar = 3 x 3,033 m = 9,099 m
Tinggi = 2 x 3,033 m = 6,066 m
App. D- 10
Dimensi bak sedimentasi :
Bentuk : persegi panjang
Panjang : 15,165 m
Lebar : 9,099 m
Tinggi : 6,066 m
Bahan : beton bertulang
Jumlah : 1 buah
3. Pompa Sedimentasi (L-214)
Fungsi : Untuk memompa air dari bak sedimentasi ke bak skimmer.
Type : Centrifugal pump
Bahan : Cast iron
Dasar perhitungan :
Rate alir = 55.558,6096 kg/jam = 122484,5107 lb/jam
Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ ft3
Viskositas = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,000538 lb/ft.dt
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
428,625107,122484 = 1962,0124
ft3
= 0,5450 ft3/dtk
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
App. D- 11
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,5450)0,45 x (62,428)0,13
= 3,9 x 0,761 x 1,7116
= 5,080 in
Standarisasi ID = 5 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 5,563 in = 0,4636 ft
ID = 5,047 in = 0,421 ft
A = 0,1390 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,5450 ft3/dtk)/( 0,1390 ft2)
= 3,9209 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,9209 – 0 = 3,9209 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= dtkftlb
ftlbxdtkftxft./000538,0
/428,62/9209,3421,0 3
= 191541,856 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 100 ft
App. D- 12
o Elbow 90o sebanyak 5 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 5 x 32 x 0,421 ft
= 67,36 ft
o Coupling sebanyak 7 buah
o L/D = 2 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lcoupling = 2 ID
= 7 x 2 x 0,421 ft
= 5,894 ft
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 1 x 7 x 0,421 ft
= 2,947 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,421 ft
= 126,3 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 100 + 67,36 + 5,894 + 2,947 +126,3
= 302,501 ft
App. D- 13
• Menghitung friction loss
Bahan yang digunakan : Commercial steel
Maka : ε = 4,6 . 10-5 m = 0,000151 ft (Geankoplis, hal 88)
ε/D = 0,0001, di dapat f = 0,004
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 421,02,322
501,302)9209,3(004,04 2
xxxxx
= 2,7444 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 sungai besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 421,02,322
)9209,3(55,0 2
xxx = 0,3119 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 421,02,322)9209,3(1 2
xxx = 0,5670 lbf.ft /lbm
4. friction 5 elbow 90o
App. D- 14
Kf = 0,75
F4 = 5 x Dxgcx
vxKf2
2
= 421,02,322
)9209,3(75,052
xxxx = 2,1264 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 2,7444 + 0,3119 + 0,5670 + 2,1264 = 5,7497 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 97)
Direncanakan :
ΔZ = 32 ft
ΔP = 0
ΔV = 3,9209 ft/dtk
Sehingga :
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.1.2)9209,3( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.32 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡428,620 + 5,7497
= 15,728 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
)428,625450,0728,15( xx
= 0,9729 Hp ≈ 1 Hp
App. D- 15
Kapasitas = 0,5450 ft3/dtk = 244,613 gpm.
Maka daya pompa = 50 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HppompaWHP 2
5,01==
η
η motor = 87 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,230,2
87,02
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : Untuk memompa air dari bak sedimentasi ke bak skimmer.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Cast iron
Dimensi pompa :
OD = 5,563 in = 0,3636 ft
ID = 5,047 in = 0,421 ft
A = 0,1390 ft2
Daya pompa = 2,5 Hp
Jumlah = 1 buah
4. Bak Skimmer (F-212)
Fungsi : Untuk memisahkan kotoran yang mengapung sekaligus
sebagai bak pengendapan awal.
Bahan konstruksi : beton bertulang
Dasar perencanaan :
Rate aliran : 55.558,6096 kg/jam = 122484,5107 lb/jam
App. D- 16
Densitas air pada suhu 30 oC : 995,68 kg/m3
Perhitungan :
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/68,995
/6096,55558mkg
jamkg
= 55,7997 m3/jam
Waktu pengendapan = 12 jam
Volume air = rate volumetrik x waktu pengendapan
= 55,7997 m3/jam x 12 jam
= 669,596 m3
Direncanakan volume air = 80% volume bak, sehingga :
Volume bak = 8,0
airvolume
= 8,0
596,669 3m
= 836,995 m3
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio :
Panjang : lebar : tinggi = 5 : 3 : 2
Volume bak = (5x) x (3x) x (2x) = 30x3
Sehingga :
Volume bak = 30x3
836,995 m3 = 30x3
x3 = 30995,836 3m = 27,900 m3
x = 3,033 m
App. D- 17
Jadi ukuran sedimentasi :
Panjang = 5 x 3,033 m = 15,165 m
Lebar = 3 x 3,033 m = 9,099 m
Tinggi = 2 x 3,033 m = 6,066 m
Dimensi bak skimmer :
Bentuk : persegi panjang
Panjang : 15,165 m
Lebar : 9,099 m
Tinggi : 6,066 m
Bahan : beton bertulang
Jumlah : 1 buah
5. Pompa Skimmer (L-216)
Fungsi : Untuk memompa air dari bak skimmer ke bak clarifier.
Type : Centrifugal pump
Bahan : Cast iron
Dasar perhitungan :
Rate alir = 55.558,6096 kg/jam = 122484,5107 lb/jam
Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ ft3
Viskositas = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,000538 lb/ft.dt
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
428,625107,122484 = 1962,0124
ft3
App. D- 18
= 0,5450 ft3/dtk
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,5450)0,45 x (62,428)0,13
= 3,9 x 0,761 x 1,7116
= 5,080 in
Standarisasi ID = 5 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 5,563 in = 0,4636 ft
ID = 5,047 in = 0,421 ft
A = 0,1390 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,5450 ft3/dtk)/( 0,1390 ft2)
= 3,9209 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,9209 – 0 = 3,9209 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= dtkftlb
ftlbxdtkftxft./000538,0
/428,62/9209,3421,0 3
App. D- 19
= 191541,856 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 100 ft
o Elbow 90o sebanyak 5 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 5 x 32 x 0,421 ft
= 67,36 ft
o Coupling sebanyak 7 buah
o L/D = 2 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lcoupling = 2 ID
= 7 x 2 x 0,421 ft
= 5,894 ft
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 1 x 7 x 0,421 ft
= 2,947 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,421 ft
App. D- 20
= 126,3 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 100 + 67,36 + 5,894 + 2,947 +126,3
= 302,501 ft
• Menghitung friction loss
Bahan yang digunakan : Commercial steel
Maka : ε = 4,6 . 10-5 m = 0,000151 ft (Geankoplis, hal 88)
ε/D = 0,0001, di dapat f = 0,004
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 421,02,322
501,302)9209,3(004,04 2
xxxxx
= 2,7444 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 sungai besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 421,02,322
)9209,3(55,0 2
xxx = 0,3119 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
App. D- 21
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 421,02,322)9209,3(1 2
xxx = 0,5670 lbf.ft /lbm
4. friction 5 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 5 x Dxgcx
vxKf2
2
= 421,02,322
)9209,3(75,052
xxxx = 2,1264 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 2,7444 + 0,3119 + 0,5670 + 2,1264 = 5,7497 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 97)
Direncanakan :
ΔZ = 32 ft
ΔP = 0
ΔV = 3,9209 ft/dtk
Sehingga :
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.1.2)9209,3( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.32 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡428,620 + 5,7497
= 15,728 lbf.ft /lbm
App. D- 22
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
)428,625450,0728,15( xx
= 0,9729 Hp ≈ 1 Hp
Kapasitas = 0,5450 ft3/dtk = 244,613 gpm.
Maka daya pompa = 50 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HppompaWHP 2
5,01==
η
η motor = 87 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,230,2
87,02
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa skimmer
Fungsi : Untuk memompa air dari bak skimmer ke bak clarifier.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Cast iron
Dimensi pompa :
OD = 5,563 in = 0,4636 ft
ID = 5,047 in = 0,421 ft
A = 0,1390 ft2
Daya pompa = 2,5 Hp
Jumlah = 1 buah
App. D- 23
6. Bak Clarifier (H-210)
Fungsi : Untuk tempat terjadinya koagulasi dan flokulasi dengan
penambahan koagulan alum (Al2(SO4)3 . 18 H2O)
Bahan konstruksi : High Alloy Steel SA 240 Grade M Type 316
Perencanaan:
Laju alir = 55.558,6096 kg/jam = 122484,5107 lb/jam
ρ air pada 30 OC = 995,68 kg/m3
Waktu tinggal = 4 jam
Jumlah = 1 buah
Rate alir Volumetrik = 3/9095,995/6096,55558mkgjamkg = 55,7997 m3/jam
Volume air = Rate Volumetrik x Waktu pengendapan
= 55,7997 m3/jam x 4 jam
= 223,1988 m3
Volume bak = 80 % Volume air
= 8,0
1988,223 = 278,999 m3
Alum yang dipakai sebanyak 30 % dari volume total air, dengan konsentrasi
80 ppm (0,08 kg/m3)
Jadi, kebutuhan koagulan =278,999 m3 x 30 % x 0,08 kg/m3
= 6,6960 kg/jam
Dalam sehari alum yang dibutuhkan adalah
= 6,6960 x 24 = 160,7031 kg/jam
App. D- 24
Volume tangki = 41 π x di2 x Ls ; Dimana Ls = 1,5 di
160,7031 kg/jam = ¼ π x di2 x 1,5 di
160,7031 kg/jam = ¼ π x 1,5 di3
di3 = 1775,1
7031,160 = 136,4782
di = 5,1487 m
Ls = 1,5 x 5,1487 m = 7,7231 m
Dimensi bak clrafier :
Bentuk : Silinder tertutup
Tinggi : 7,7231 m
Diameter : 5,1487 m
Menentukan dimensi pengaduk
Perencanaan :
Jenis pengaduk : Axial turbin 4 blades sudut 45o
Da/Dt = 1/3 , dimana Da = 1,1212 m = 3,6785 ft
Letak dari dasar = E/Da = 1
E = 3,6785 ft
Perencanaan pengaduk
Digunakan pengaduk jenis axial turbine with 6 blades at 45o angle (Brown
hal.507)
Bahan konstruksi : High Alloy Steel SA 240 Grade M Type 316
Dt (diameter silinder/tangki) = 5,1487 m = 16,8922 ft = 202,706 in.
App. D- 25
Data-data jenis pengaduk :
Dt/Di = 5,2
Zi = 0,75 – 1,3
ZI = 2,7 – 3,9
W/Di = 0,1 (Brown, hal 577)
Dimana :
Dt = diameter dalam dari silinder
Di = diameter impeller
Zi = tinggi impeller dari dasar tangki
L = panjang impeller
W = lebar baffle impeller
J = tebal blades
• Menentukan diameter impeller
Dt/Di = 5,2
Di = 202,706 / 5,2 = 38,9819 in = 3,2485 ft = 0,9901 m
• Menentukan tinggi impeller dari dasar tangki
Zi = 0,75 – 1,3 (diambil 0,9)
Zi = 0,9 Di = 0,9 x 38,9819 = 35,0837 in = 2,9236 ft = 0,8911 m
• Menentukan panjang impeller
41
=DtL
L = Dt41 =
49819,38 = 9,7455 in = 0,8121 ft
• Menentukan lebar impeller
App. D- 26
1,0=DiW
W = 38,9819 x 0,1 = 3,8982 in = 0,3248 ft
• Menentukan tebal blades
J/Dt = 1/12 (Mc.Cabe, hal.253)
J = Dt/12
= 38,9819/12 = 3,2485 in. = 0,2707 ft
• Menentukan daya pengaduk
NRe = μ
ρxDixn 2
P = gc
Dixnxx 53ρΦ
Dimana :
n = putaran pengaduk = 120 rpm = 2 rps
Di = diameter impeller (m)
P = daya motor (HP)
ρ = 62,160568 lb/ft3
gc = 32,2 lb. ft/det2 lbf = 115920 lb.ft/men2.lbf
μ = 0,9 cp = (0,9) x (6,7197. 10-4)
= 6,05.10-4 lb/ft.s
Sehingga :
NRe = ( )sftlb
ftlbxftx./10.05,6
/160568,622485,3)2(4
32
−
= 2168479,583 (aliran turbulen)
App. D- 27
Dari Mc.Cabe II hal.47, diketahui aliran liquid dalam turbulen (NRe >
2100).
Dari G.G. Brown fig 4.77 hal. 507, diperoleh Φ = 0,7
P = ( )lbfdtftlb
ftxxftlbx../2,32
)2485,3(2/160568,627,02
533
= 3910,763 lb.ft/dt = 7,110 HP
Kehilangan-kehilangan daya :
• Gain loses (kebocoran daya pada proses dan bearing) diperkirakan
10% dari daya masuk.
• Transmission system loses (kebocoran belt atau gear)
diperkirakan 15% dari daya masuk.
Sehingga daya yang dibutuhkan = (01 + 0,15)P + P
= (0,25) x (7,110 Hp) + 7,110 HP
= 8,8876 Hp ≈ 10 Hp
Dimensi pengaduk :
Dt = 202,706 in
Di = 38,9819 in
Zi = 35,0837 in
L = 9,7455 in
W = 3,8982 in
J = 3,2485 in
Daya = 10 Hp
App. D- 28
7. Sand Filter (H-217)
Fungsi : Menghilangkan warna, rasa dan bau air sungai
Type : Tangki mendatar
Perencanaan :
Waktu tinggal : 0,5 jam
Rate aliran : 55.558,6096 kg/jam = 122484,5107 lb/jam
Densitas air 30oC : 995,68 kg/m3
Perhitungan :
Rate alir Volumetrik = 3/9095,995/6096,55558mkgjamkg = 55,7997 m3/jam
Volume air = 55,7997 m3/jam x 0,5 jam
= 27,8999 m3
Direncanakan volume air mengisi 80 % Volume air, sehingga :
Volume air dalam silinder = 80 % x 27,8999 m3= 22,3199 m3
Volume tangki = Volume padatan x Volume air
Volume ruang kosong = 20% volume tangki, sehingga :
Volume ruang kosong = 0,2 x (22,3199 m3)
= 4,4640 m3
Porositas =gkiVpadakosongVruang
kosongVruangtan+
Asumsi porositas bad = 0,4 maka
0,4 = tan4640,4
4640,43
3
padaVolumemm
+
0,4 (4,4640 m3+ volume padatan) = 4,4640 m3
App. D- 29
1,7856 m3 + 0,4 volume padatan = 4,4640 m3
Volume padatan = 6,6960 m3
Volume total tangki = Volume padatan + Volume air
= 6,6960 m3 + 27,8999 m3
= 34,5958 m3
Menentukan dimensi tangki
Bahan mengisi 80 % Volume tangki, maka:
Volume tangki = 8,0
tan gkitotalvolume
= 8,0
5958,34 3m = 43,2448 m3
V = ¼ π x di2 x Ls
Ls = 1,5 di
43,2448 m3 = ¼ π x di2 x 1,5 di
43,2448 m3 = 1,178571 di3
di3 = 36,6925 m3
di = 3,3230 m = 130,8265 in
Ls = 1,5 x 3,3230 m = 4,9845 m
Menentukan tinggi tutup
h = 0,196 di
= 0,196 x 3,3230 m
= 0,6513 m
Jadi panjang total tangki = Ls + h
= 4,9845 m + 0,6513 m
App. D- 30
= 5,6358 m
Spesifikasi Tangki Sand Filter:
Type : Silinder mendatar
Tinggi = 5,6358 m
Diameter = 3,3230 m = 130,8265 in
Tutup = Standard dished
Jumlah = 1 buah
8. Bak Air Bersih (F-218)
Fungsi : Menampung air yang berasal dari sand filter
Bahan konstruksi : Beton bertulang
Perencanaan :
Rate air : 55.558,6096 kg/jam = 122484,5107 lb/jam
Densitas air 30oC : 995,68 kg/m3
Waktu tinggal : 24 jam
Perhitungan :
Rate alir Volumetrik = 3/9095,995/6096,55558mkgjamkg = 55,7997 m3/jam
Volume air = 55,7997 m3/jam x 24 jam = 1339,193 m3
Bak air bersih terbagi menjadi 3 bak, sehingga :
Volume air 1 bak = 3
193,1339 3m = 446,3976 m3
Direncanakan volume air = 80% volume bak, sehingga :
Volume bak = 8,03976,446
App. D- 31
= 557,997 m3
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan rasio :
Panjang : lebar : tinggi = 5 : 3 : 2
Volume bak = (5x) x (3x) x (2x) = 30x3
Sehingga :
Volume bak = 30x3
557,997 m3 = 30x3
x3 = 30997,557 3m = 18,5999 m3
x = 2,6497 m
Jadi ukuran sedimentasi :
Panjang = 5 x 2,6497 m = 13,2485 m
Lebar = 3 x 2,6497 m = 7,9491 m
Tinggi = 2 x 2,6497 m = 5,2994 m
Dimensi bak skimmer :
Bentuk : persegi panjang
Panjang : 13,2485 m
Lebar : 7,9491 m
Tinggi : 5,2994 m
Bahan : beton bertulang
Jumlah : 3 buah
9. Pompa Air Bersih (L-221)
Fungsi : Memompa air dari bak air bersih ke kation exhanger (D-210 A)
Tipe : Sentrifugal pump
App. D- 32
Bahan : Cost iron
Dasar perhitungan :
Rate alir = 55.558,6096 kg/jam = 122484,5107 lb/jam
Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ ft3
Viskositas air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,000538 lb/ft.dt
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
428,625107,122484 = 1962,0124
ft3
= 0,5450 ft3/dtk
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,5450)0,45 x (62,428)0,13
= 3,9 x 0,761 x 1,7116
= 5,080 in
Standarisasi ID = 5 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 5,563 in = 0,4636 ft
ID = 5,047 in = 0,421 ft
A = 0,1390 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
App. D- 33
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,5450 ft3/dtk)/( 0,1390 ft2)
= 3,9209 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,9209 – 0 = 3,9209 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= dtkftlb
ftlbxdtkftxft./000538,0
/428,62/9209,3421,0 3
= 191541,856 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 100 ft
o Elbow 90o sebanyak 5 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 5 x 32 x 0,421 ft
= 67,36 ft
o Coupling sebanyak 7 buah
o L/D = 2 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lcoupling = 2 ID
= 7 x 2 x 0,421 ft
= 5,894 ft
App. D- 34
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 1 x 7 x 0,421 ft
= 2,947 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,421 ft
= 126,3 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 100 + 67,36 + 5,894 + 2,947 +126,3
= 302,501 ft
• Menghitung friction loss
Bahan yang digunakan : Commercial steel
Maka : ε = 4,6 . 10-5 m = 0,000151 ft (Geankoplis, hal 88)
ε/D = 0,0001, di dapat f = 0,004
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 421,02,322
501,302)9209,3(004,04 2
xxxxx
= 2,7444 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
App. D- 35
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 sungai besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 421,02,322
)9209,3(55,0 2
xxx = 0,3119 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 421,02,322)9209,3(1 2
xxx = 0,5670 lbf.ft /lbm
4. friction 5 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 5 x Dxgcx
vxKf2
2
= 421,02,322
)9209,3(75,052
xxxx = 2,1264 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 2,7444 + 0,3119 + 0,5670 + 2,1264 = 5,7497 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 97)
Direncanakan :
App. D- 36
ΔZ = 32 ft
ΔP = 0
ΔV = 3,9209 ft/dtk
Sehingga :
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.1.2)9209,3( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.32 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡428,620 + 5,7497
= 15,728 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
)428,625450,0728,15( xx
= 0,9729 Hp ≈ 1 Hp
Kapasitas = 0,5450 ft3/dtk = 244,613 gpm.
Maka daya pompa = 50 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HppompaWHP 2
5,01==
η
η motor = 87 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,230,2
87,02
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa air bersih
Fungsi : Memompa air dari bak air bersih ke kation exhanger (D-210 A)
Type : Centrifuge pump
Bahan : Cast iron
App. D- 37
Dimensi pompa :
OD = 5,563 in = 0,4636 ft
ID = 5,047 in = 0,421 ft
A = 0,1390 ft2
Daya pompa = 2,5 Hp
Jumlah = 1 buah
10. Kation Exchanger (D-220A)
Fungsi : Menghilangkan ion-ion positif yang menyebabkan
kesadahan air.
Bahan kontruksi : Carbon Steel SA-240 Grade M Type 316
Resin yang digunakan adalah hidrogen exchanger (H2Z), dimana tiap m3 H2Z
dapat menghilangkan 6500-9000 gram hardness.
Direncanakan H2Z yang dipakai sebanyak 7500 g/m3.
Perencanaan :
Rate alir = 53.647,6096 kg/jam = 118271,5201 lb/jam
Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ ft3
Viskositas air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,000538 lb/ft.dt
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
428,625201,118271 = 1894,5268 ft3 /jam
= 0,526 ft3/dtk = 236,21 gpm
Direncanakan:
Bejana berbentuk silinder
App. D- 38
Kecepatan air = 20 gpm/ft2
Tinggi bad = 10 m
• Luas penampang tangki = AirKecepatrikRateVolume
tan
= 2/2021,236
ftgpmgpm
= 11,811 ft2
= 1,10 m2
• Volume bad = Luas x Tinggi
= 1,10 m2 x 10 m = 10,970 m3
• Diameter bad :
A = π/4 x d2
1,10 m2 = π/4 x d2
d2 = 1,3975 m2
d = 1,1822 m
• Direncanakan:
H/D = 10
H = 10 x 1,1822 m
= 13,9479 m
• Volume tangki = H x A
= 13,9479 m x 1,10 m2
= 15,3723 m3
App. D- 39
Asumsi: Tiap galon air mengandung 10 gram hardness, maka:
Kandungan kation = 236,21 gpm x 60 mnt/jam x 10 gram
= 141728,6821 gram/jam
Dalam 10,970 m3 H2Z dapat menghilangkan hardness sebanyak:
= 10,970 m3 x 8000 gram/m3
= 87762,0745 gram x (2,2046/1000 lb/gram) x 7000 gram/lb
=1354361,887 gram
Umur resin = jamgram
gram/6821,141728
887,1354361
= 9,556 jam
Setelah 9,556 jam, resin harus segera diregenerasi dengan menambahkan
asam sulfat atau asam klorida.
Spesifikasi kation exchanger :
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-240 Grade M Type 316
Diameter : 1,1822 m
Tinggi : 13,9479 m
Volume tangki : 15,3723 m3
11. Anion Exchanger (D-220B)
Fungsi : untuk menghilangkan ion-ion negatif yang dapat menyebabkan
kesadahan air.
Bahan : Carbon steel SA-240 Gradew M Type 316
Anion Exchanger direncanakan berkapasitas 5000 g anoion /m3 resin
Perencanaan :
Rate alir = 53.647,6096 kg/jam = 118271,5201 lb/jam
App. D- 40
Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ ft3
Viskositas air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,000538 lb/ft.dt
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
428,625201,118271 = 1894,5268 ft3 /jam
= 0,526 ft3/dtk = 236,21 gpm
Dierncanakan:
Bejana berbentuk silinder
Kecepatan air = 20 gpm/ft2
Tinggi bad = 10 m
• Luas penampang tangki = AirKecepatrikRateVolume
tan
= 2/2021,236
ftgpmgpm
= 11,811 ft2
= 1,10 m2
• Volume bad = Luas x Tinggi
= 1,10 m2 x 10 m = 10,970 m3
• Diameter bad :
A = π/4 x d2
1,10 m2 = π/4 x d2
d2 = 1,3975 m2
App. D- 41
d = 1,1822 m
• Direncanakan:
H/D = 10
H = 10 x 1,1822 m
= 13,9479 m
• Volume tangki = H x A
= 13,9479 m x 1,10 m2
= 15,3723 m3
Asumsi: Tiap galon air mengandung 20 gram hardness, maka:
Kandungan anion = 236,21 gpm x 60 mnt/jam x 20 gram
= 283457,3642 gram/jam
Dalam 10,970 m3 H2Z dapat menghilangkan hardness sebanyak:
= 10,970 m3 x 5000 gram/m3
= 54851,2699 gram x (2,2046/1000 lb/gram) x 7000 gram/lb
= 846476,1791 gram
Umur resin = jamgram
gram/3642,283457
1791,846476
= 2,896 jam
Setelah 2,896 jam, resin harus segera diregenerasi dengan menambahkan
asam sulfat atau asam klorida.
Spesifikasi anion exchanger :
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-240 Grade M Type 316
Diameter : 1,1822 m
App. D- 42
Tinggi : 13,9479 m
Volume tangki : 15,3723 m3
12. Bak Air Lunak (F-222)
Fungsi : untuk menampung air bersih untuk umpan boiler dan air proses.
Bahan konstruksi : Beton bertulang
Dasar perencanaan :
Rate aliran : 53.647,6096 kg/jam = 118271,5201 lb/jam
Densitas air pada suhu 30 oC : 995,68 kg/m3
Perhitungan :
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/68,995
/6096,647.53mkg
jamkg
= 53,8804 m3/jam
Waktu pengendapan = 12 jam
Volume air = rate volumetrik x waktu pengendapan
= 53,8804 m3/jam x 12 jam
= 646,5645 m3
Direncanakan volume air = 80% volume bak, sehingga :
Volume bak = 8,0
airvolume
= 8,0
5645,646 3m
= 808,2056 m3
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio :
App. D- 43
Panjang : lebar : tinggi = 5 : 3 : 2
Volume bak = (5x) x (3x) x (2x) = 30x3
Sehingga :
Volume bak = 30x3
836,995 m3 = 30x3
x3 = 30
2056,808 3m = 26,9402 m3
x = 2,9978 m
Jadi ukuran sedimentasi :
Panjang = 5 x 2,9978 m = 14,989 m
Lebar = 3 x 2,9978 m = 8,9934 m
Tinggi = 2 x 2,9978 m = 5,9956 m
Dimensi bak air lunak:
Bentuk : persegi panjang
Panjang : 14,989 m
Lebar : 8,9934 m
Tinggi : 5,9956 m
Bahan : beton bertulang
Jumlah : 1 buah
13. Pompa air boiler (L-223)
Fungsi : untuk memompa air dari bak air bersih ke bak steam kondesat.
Type : Centrifugal pump
Bahan : Cast iron
Dasar perhitungan :
App. D- 44
Rate alir = 855,7169 kg/jam = 1886,5135 lb/jam
Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ ft3
Viskositas air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,000538 lb/ft.dt
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
428,625135,1886 = 30,2190 ft3 /jam
= 0,0084 ft3/dtk
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,0084)0,45 x (62,428)0,13
= 3,9 x 0,1164 x 1,7116
= 0,777 in
Standarisasi ID = ½ in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 0,840 in = 0,07 ft
ID = 0,622 in = 0,052 ft
A = 0,00211 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,0084 ft3/dtk)/( 0,00211 ft2)
App. D- 45
= 3,9783 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,9783 ft/dtk – 0 = 3,9783 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= dtkftlb
ftlbxdtkftxft./000538,0
/428,62/9783,3052,0 3
= 24004,796 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 100 ft
o Elbow 90o sebanyak 5 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 5 x 32 x 0,052 ft
= 8,32 ft
o Coupling sebanyak 7 buah
o L/D = 2 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lcoupling = 2 ID
= 7 x 2 x 0,052 ft
= 0,728 ft
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
App. D- 46
= 1 x 7 x 0,052 ft
= 0,364 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,052 ft
= 15,6 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 100 + 8,32 + 0,728 + 0,364 +15,6
= 125,012 ft
• Menghitung friction loss
Digunakan bahan pipa yang terbuat dari Commercial steel.
Maka : ε = 4,6 . 10-5 m = 0,000151 ft (Geankoplis, hal 88)
ε/D = 0,0001, di dapat f = 0,004
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 052,02,322
012,125)9783,3(004,04 2
xxxxx
= 9,4531 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 sungai besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
App. D- 47
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 052,02,322
)9783,3(55,0 2
xxx = 2,5993 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 052,02,322)9783,3(1 2
xxx = 4,7261 lbf.ft /lbm
4. friction 5 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 5 x Dxgcx
vxKf2
2
= 052,02,322
)9783,3(75,052
xxxx = 17,7228 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 9,4531 + 2,5993 + 4,7261+ 17,7228 = 34,5013 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 97)
Direncanakan :
ΔZ = 32 ft
ΔP = 0
ΔV = 3,9783 ft/dtk
App. D- 48
Sehingga :
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.1.2)9783,3( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.32 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡428,620 + 34,5013
= 44,4862 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
)428,620084,04862,44( xx
= 0,04 Hp ≈ 0,5 Hp
Kapasitas = 0,0084 ft3/dtk = 3,7722 gpm.
Maka daya pompa = 50 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HppompaWHP 1
5,05,0==
η
η motor = 87 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,115,1
87,01
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : Untuk memompa air sungai ke bak air bersih
Type : Centrifuge pump
Bahan : Cast iron
Dimensi pompa :
OD = 0,840 in = 0,07 ft
ID = 0,622 in = 0,052 ft
A = 0,00211 ft2
App. D- 49
Daya pompa = 1,5 Hp
Jumlah = 1 buah
14. Bak Steam Kondensat (F-231)
Fungsi : untuk menampung air bersih untuk umpan boiler.
Bahan konstruksi : Beton bertulang
Dasar perencanaan :
Rate aliran : 855,7169 kg/jam = 1886,5135 lb/jam
Densitas air pada suhu 30 oC : 995,68 kg/m3
Perhitungan :
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/68,995
/7169,855mkg
jamkg
= 0,8594 m3/jam
Waktu pengendapan = 12 jam
Volume air = rate volumetrik x waktu pengendapan
= 0,8594 m3/jam x 12 jam
= 10,3132 m3
Direncanakan volume air = 80% volume bak, sehingga :
Volume bak = 8,0
airvolume
= 8,0
3132,10 3m
= 12,8914 m3
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio :
App. D- 50
Panjang : lebar : tinggi = 5 : 3 : 2
Volume bak = (5x) x (3x) x (2x) = 30x3
Sehingga :
Volume bak = 30x3
12,8914 m3 = 30x3
x3 = 30
8914,12 3m = 0,4297 m3
x = 0,7546 m
Jadi ukuran bak steam kondensat :
Panjang = 5 x 0,7546 m = 3,773 m
Lebar = 3 x 0,7546 m = 2,2638 m
Tinggi = 2 x 0,7546 m = 1,5092 m
Dimensi bak Kondensat:
Bentuk : persegi panjang
Panjang : 3,773 m
Lebar : 2,2638 m
Tinggi : 1,5092 m
Bahan : beton bertulang
Jumlah : 1 buah
15. Pompa Deaerator (L-232)
Fungsi : untuk memompa air dari bak steam kondensat ke deaerator.
Type : Centrifugal pump
Bahan : Cast iron
Dasar perhitungan :
App. D- 51
Rate alir = 855,7169 kg/jam = 1886,5135 lb/jam
Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ ft3
Viskositas air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,000538 lb/ft.dt
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
428,625135,1886 = 30,2190 ft3 /jam
= 0,0084 ft3/dtk
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,0084)0,45 x (62,428)0,13
= 3,9 x 0,1164 x 1,7116
= 0,777 in
Standarisasi ID = ½ in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 0,840 in = 0,07 ft
ID = 0,622 in = 0,052 ft
A = 0,00211 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,0084 ft3/dtk)/( 0,00211 ft2)
App. D- 52
= 3,9783 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,9783 ft/dtk – 0 = 3,9783 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= dtkftlb
ftlbxdtkftxft./000538,0
/428,62/9783,3052,0 3
= 24004,796 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 100 ft
o Elbow 90o sebanyak 5 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 5 x 32 x 0,052 ft
= 8,32 ft
o Coupling sebanyak 7 buah
o L/D = 2 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lcoupling = 2 ID
= 7 x 2 x 0,052 ft
= 0,728 ft
o Gate valve sebanyak 1 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
App. D- 53
= 1 x 7 x 0,052 ft
= 0,364 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,052 ft
= 15,6 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 100 + 8,32 + 0,728 + 0,364 +15,6
= 125,012 ft
• Menghitung friction loss
Digunakan bahan pipa yang terbuat dari Commercial steel.
Maka : ε = 4,6 . 10-5 m = 0,000151 ft (Geankoplis, hal 88)
ε/D = 0,0001, di dapat f = 0,004
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 052,02,322
012,125)9783,3(004,04 2
xxxxx
= 9,4531 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 sungai besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
App. D- 54
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 052,02,322
)9783,3(55,0 2
xxx = 2,5993 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 052,02,322)9783,3(1 2
xxx = 4,7261 lbf.ft /lbm
4. friction 5 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 5 x Dxgcx
vxKf2
2
= 052,02,322
)9783,3(75,052
xxxx = 17,7228 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 9,4531 + 2,5993 + 4,7261+ 17,7228 = 34,5013 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 97)
Direncanakan :
ΔZ = 32 ft
ΔP = 0
ΔV = 3,9783 ft/dtk
App. D- 55
Sehingga :
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.1.2)9783,3( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.32 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡428,620 + 34,5013
= 44,4862 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
)428,620084,04862,44( xx
= 0,04 Hp ≈ 0,5 Hp
Kapasitas = 0,0084 ft3/dtk = 3,7722 gpm.
Maka daya pompa = 50 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HppompaWHP 1
5,05,0==
η
η motor = 87 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,115,1
87,01
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : untuk memompa air dari bak steam kondensat ke deaerator.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Cast iron
Dimensi pompa :
OD = 0,840 in = 0,07 ft
ID = 0,622 in = 0,052 ft
A = 0,00211 ft2
App. D- 56
Daya pompa = 1,5 Hp
Jumlah = 1 buah
16. Deaerator (D-233)
Fungsi : Menghilangkan gas impurities dalam air umpan boiler dengan
injeksi steam.
Type : Bejana horisontal
Bahan : Carbon Steel SA 240 Grade M Type 316
Dasar perencanaan :
Rate aliran : 855,7169 kg/jam = 1886,5135 lb/jam
Densitas air pada suhu 30 oC : 995,68 kg/m3
Perhitungan :
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/68,995
/7169,855mkg
jamkg
= 0,8594 m3/jam
Volume air = Rate Volumetrik x Waktu tinggal
= 0,8594 m3/jam x 1 jam
= 0,8594 m3
Direncanakan air mengisi 80% Volume tangki
Maka:
Volume tangki = 8,0
8594,0 3m
= 1,0743 m3
Direncanakan bak berbentuk silinder dengan panjang Ls = 1,5 Di
App. D- 57
Volume tangki = ¼ x π x d2 x Ls
1,0743 m3 =1/4 x π x Di2 x 1,5 Di
1,0743 m3 =1,178571 Di3
Di3 = 0,9115 m3
Di = 0,9696 m
Ls = 1,5 Di
= 1,5 x 0,9696 m
= 1,4544 m
Spesifikasi Deaerator:
Bentuk : Bejana horizontal
Diameter : 0,9696 m
Tinggi : 1,4544 m
Bahan : Carbon Steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 1 buah
17. Bak Boiler Feed Water (F-234)
Fungsi : untuk menampung air dari deaerator.
Bahan konstruksi : Beton bertulang
Dasar perencanaan :
Rate aliran : 855,7169 kg/jam = 1886,5135 lb/jam
Densitas air pada suhu 30 oC : 995,68 kg/m3
Perhitungan :
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/68,995
/7169,855mkg
jamkg
= 0,8594 m3/jam
App. D- 58
Waktu pengendapan = 12 jam
Volume air = rate volumetrik x waktu pengendapan
= 0,8594 m3/jam x 12 jam
= 10,3132 m3
Direncanakan volume air = 80% volume bak, sehingga :
Volume bak = 8,0
airvolume
= 8,0
3132,10 3m
= 12,8914 m3
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio :
Panjang : lebar : tinggi = 5 : 3 : 2
Volume bak = (5x) x (3x) x (2x) = 30x3
Sehingga :
Volume bak = 30x3
12,8914 m3 = 30x3
x3 = 30
8914,12 3m = 0,4297 m3
x = 0,7546 m
Jadi ukuran bak boiler feed water :
Panjang = 5 x 0,7546 m = 3,773 m
Lebar = 3 x 0,7546 m = 2,2638 m
Tinggi = 2 x 0,7546 m = 1,5092 m
Dimensi bak boiler feed water:
App. D- 59
Bentuk : persegi panjang
Panjang : 3,773 m
Lebar : 2,2638 m
Tinggi : 1,5092 m
Bahan : beton bertulang
Jumlah : 1 buah
18. Pompa Boiler (L-235)
Fungsi : untuk memompa air dari bak boiler feed water ke boiler.
Type : Centrifugal pump
Bahan : Cast iron
Perencanaan :
Rate alir = 855,7169 kg/jam = 1886,5135 lb/jam
Densitas air = 1 g/cm3 = 62,428 lb/ ft3
Viskositas air = 0,8007 cp = 0,8007 x 10-3 kg/m.s = 0,000538 lb/ft.dt
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm =
428,625135,1886 = 30,2190 ft3 /jam
= 0,0084 ft3/dtk
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,0084)0,45 x (62,428)0,13
App. D- 60
= 3,9 x 0,1164 x 1,7116
= 0,777 in
Standarisasi ID = ½ in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 0,840 in = 0,07 ft
ID = 0,622 in = 0,052 ft
A = 0,00211 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,0084 ft3/dtk)/( 0,00211 ft2)
= 3,9783 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,9783 ft/dtk – 0 = 3,9783 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= dtkftlb
ftlbxdtkftxft./000538,0
/428,62/9783,3052,0 3
= 24004,796 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 50 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
App. D- 61
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,052 ft
= 4,992 ft
o Gate valve sebanyak 2 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 2 x 7 x 0,052 ft
= 0,728 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,052 ft
= 15,6 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 50 + 4,992 + 0,728 +15,6
= 71,32 ft
• Menghitung friction loss
Digunakan bahan pipa yang terbuat Cast iron.
Maka : ε = 2,6 . 1 0-5 m = 0,000151 ft (Geankoplis, hal 88)
ε/D = ft
mftxm052,0
/2808,3)10.6,2( 5−
= 0,00164, di dapat f = 0,067
1. pada straight pipa
App. D- 62
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 052,02,322
32,71)9783,3(067,04 2
xxxxx
= 9,0333 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 sungai besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 052,02,322
)9783,3(55,0 2
xxx = 2,5993 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 052,02,322)9783,3(1 2
xxx = 4,7261 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 052,02,322
)9783,3(75,032
xxxx = 17,7228 lbf.ft
/lbm
Sehingga :
App. D- 63
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 9,0333 + 2,5993 + 4,7261 + 17,7228 = 34,0815 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 97)
Direncanakan :
ΔZ = 35 ft
ΔP = 0
ΔV = 3,9783 ft/dtk
α = 2
Sehingga :
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.2.2)9783,3( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.35 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡428,620 + 34,0815
= 44,8566 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
)428,620084,0)8566,44( xx
= 0,04277 Hp ≈ 0,5 Hp
Kapasitas = 0,0084 ft3/dtk = 3,7722 gpm.
Maka daya pompa = 55 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HpHppompaWHP 1909,0
55,05,0
≈==η
η motor = 78 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
App. D- 64
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,1282,1
78,01
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : untuk memompa air dari bak boiler feed water ke boiler.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Cast iron
Dimensi pompa :
OD = 0,840 in = 0,07 ft
ID = 0,622 in = 0,052 ft
A = 0,00211 ft2
Daya pompa = 1,5 Hp
Jumlah = 1 buah
19. Pompa Klorinasi (L-241)
Fungsi : untuk memompa air dari bak air bersih ke bak klorinasi.
Type : Centrifugal pump
Bahan konstruksi : Cast iron
Perencanaan :
Rate alir = 1911 kg/jam = 4212,9906 lb/jam
Densitas air = 995,68 kg/m3 = 62,160568 lb/ft3
Viskositas air = 0,9 cp = 0,000605 lb/ft.dt.
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
App. D- 65
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/160568,62
/9906,4212ftlb
jamlb = 67,7759 jam/ft3
= 0,0188 ft3/dt.
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,0188)45 x (62,160568)0,13
= 3,9 x 0,1672 x 1,7106
= 1,115 in
Standarisasi ID = 1 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 1,315 in = 0,110 ft
ID = 1,049 in = 0,087 ft
A = 0,00600 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,0188 ft3/dtk)/( 0,00600 ft2)
= 3,1378 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,1378 ft/dtk – 0 = 3,1378 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
App. D- 66
= dtkftlb
ftlbxdtkftxft./000605,0
/160568,62/1378,3087,0 3
= 28048,143 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 50 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,087 ft
= 8,352 ft
o Gate valve sebanyak 2 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 2 x 7 x 0,087 ft
= 1,218 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,087 ft
= 26,1 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 50 + 8,352 + 1,218 +26,1
App. D- 67
= 85,67 ft
• Menghitung friction loss
Digunakan bahan pipa yang terbuat Cast iron.
Maka : ε = 2,6 . 1 0-5 m = 0,000151 ft (Geankoplis, hal 88)
ε/D = ft
mftxm087,0
/2808,3)10.6,2( 5−
= 0,00098, di dapat f = 0,0084
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 087,02,322
67,85)1378,3(0084,04 2
xxxxx
= 5,0584 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 sungai besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 087,02,322
)1378,3(55,0 2
xxx = 0,9665 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
App. D- 68
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 087,02,322)1378,3(1 2
xxx = 1,7573 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 087,02,322
)1378,3(75,032
xxxx =3,9539 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 5,0584 + 0,9665 + 1,7573 + 3,9539 = 11,7361 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 97)
Direncanakan :
ΔZ = 35 ft
ΔP = 0
ΔV = 3,1378 ft/dtk
α = 1,05
Sehingga :
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.05,1.2
)1378,3( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.35 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡428,620 + 11,7361
= 22,5339 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
App. D- 69
= 550
)160568,620188,0)5339,22( xx
= 0,04788 Hp
Kapasitas = 0,0188 ft3/dtk = 8,4425 gpm.
Maka daya pompa = 25 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HppompaWHP 19152,0
25,004788,0
==η
η motor = 78 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,024553,0
78,019152,0
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : untuk memompa air dari bak air bersih ke bak klorinasi.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Cast iron
Dimensi pompa :
OD = 1,315 in = 0,110 ft
ID = 1,049 in = 0,087 ft
A = 0,00600 ft2
Daya pompa = 0,5 Hp
Jumlah = 1 buah
20. Bak Klorinasi (F-240)
Fungsi : untuk menampung air bersih yang digunakan sebagai air
sanitasi.
App. D- 70
Bahan konstruksi : Beton bertulang.
Perencanaan :
Rate alir = 1911 kg/jam = 4212,9906 lb/jam
Densitas air = 995,68 kg/m3
Perhitungan :
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/68,995
/1911mkg
jamkg
= 1,9193 m3/jam
Waktu tinggal = 12 jam
Volume air = rate volumetrik x waktu tinggal
= 1,9193 m3/jam x 12 jam
= 23,0315 m3
Direncanakan volume air = 80% volume bak, sehingga :
Volume bak = 8,0
airvolume
= 8,0
0315,23 3m
= 28,7894 m3
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio :
Panjang : lebar : tinggi = 5 : 3 : 2
Volume bak = (5x) x (3x) x (2x) = 30x3
Sehingga :
Volume bak = 30x3
28,7894 m3 = 30x3
App. D- 71
x3 = 30
7894,28 3m = 0,9596 m3
x = 0,9864 m
Jadi ukuran bak klorinasi :
Panjang = 5 x 0,9864 m = 4,932 m
Lebar = 3 x 0,9864 m = 2,9592 m
Tinggi = 2 x 0,9864 m = 1,9728 m
Dimensi bak Klorinasi :
Bentuk : persegi panjang
Panjang : 4,932 m
Lebar : 2,9592 m
Tinggi : 1,9728 m
Bahan : beton bertulang
Jumlah : 1 buah
21. Pompa air sanitasi (L-242)
Fungsi : untuk memompa air dari bak klorinasi ke bak air sanitasi.
Type : Centrifugal pump
Bahan konstruksi : Cast iron
Perencanaan :
Rate alir = 1911 kg/jam = 4212,9906 lb/jam
Densitas air = 995,68 kg/m3 = 62,160568 lb/ft3
Viskositas air = 0,9 cp = 0,000605 lb/ft.dt.
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
App. D- 72
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/160568,62
/9906,4212ftlb
jamlb = 67,7759 jam/ft3
= 0,0188 ft3/dt.
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,0188)45 x (62,160568)0,13
= 3,9 x 0,1672 x 1,7106
= 1,115 in
Standarisasi ID = 1 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 1,315 in = 0,110 ft
ID = 1,049 in = 0,087 ft
A = 0,00600 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,0188 ft3/dtk)/( 0,00600 ft2)
= 3,1378 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,1378 ft/dtk – 0 = 3,1378 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
App. D- 73
= dtkftlb
ftlbxdtkftxft./000605,0
/160568,62/1378,3087,0 3
= 28048,143 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 50 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,087 ft
= 8,352 ft
o Gate valve sebanyak 2 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 2 x 7 x 0,087 ft
= 1,218 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,087 ft
= 26,1 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 50 + 8,352 + 1,218 +26,1
App. D- 74
= 85,67 ft
• Menghitung friction loss
Digunakan bahan pipa yang terbuat Cast iron.
Maka : ε = 2,6 . 1 0-5 m = 0,000151 ft (Geankoplis, hal 88)
ε/D = ft
mftxm087,0
/2808,3)10.6,2( 5−
= 0,00098, di dapat f = 0,0084
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 087,02,322
67,85)1378,3(0084,04 2
xxxxx
= 5,0584 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 sungai besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 087,02,322
)1378,3(55,0 2
xxx = 0,9665 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
App. D- 75
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 087,02,322)1378,3(1 2
xxx = 1,7573 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 087,02,322
)1378,3(75,032
xxxx =3,9539 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 5,0584 + 0,9665 + 1,7573 + 3,9539 = 11,7361 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 97)
Direncanakan :
ΔZ = 35 ft
ΔP = 0
ΔV = 3,1378 ft/dtk
α = 1,05
Sehingga :
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.05,1.2
)1378,3( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.35 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡428,620 + 11,7361
= 22,5339 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
App. D- 76
= 550
)160568,620188,0)5339,22( xx
= 0,04788 Hp
Kapasitas = 0,0188 ft3/dtk = 8,4425 gpm.
Maka daya pompa = 25 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HppompaWHP 19152,0
25,004788,0
==η
η motor = 78 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,024553,0
78,019152,0
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : untuk memompa air dari bak klorinasi ke bak air sanitasi.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Cast iron
Dimensi pompa :
OD = 1,315 in = 0,110 ft
ID = 1,049 in = 0,087 ft
A = 0,00600 ft2
Daya pompa = 0,5 Hp
Jumlah = 1 buah
22. Bak Air Sanitasi (F-243)
Fungsi : sebagai tempat menampung air sanitasi.
Bahan konstruksi : Beton bertulang.
App. D- 77
Perencanaan :
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/68,995
/1911mkg
jamkg
= 1,9193 m3/jam
Waktu tinggal = 12 jam
Volume air = rate volumetrik x waktu tinggal
= 1,9193 m3/jam x 12 jam
= 23,0315 m3
Direncanakan volume air = 80% volume bak, sehingga :
Volume bak = 8,0
airvolume
= 8,0
0315,23 3m
= 28,7894 m3
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio :
Panjang : lebar : tinggi = 5 : 3 : 2
Volume bak = (5x) x (3x) x (2x) = 30x3
Sehingga :
Volume bak = 30x3
28,7894 m3 = 30x3
x3 = 30
7894,28 3m = 0,9596 m3
x = 0,9864 m
Jadi ukuran bak klorinasi :
App. D- 78
Panjang = 5 x 0,9864 m = 4,932 m
Lebar = 3 x 0,9864 m = 2,9592 m
Tinggi = 2 x 0,9864 m = 1,9728 m
Dimensi bak Klorinasi :
Bentuk : persegi panjang
Panjang : 4,932 m
Lebar : 2,9592 m
Tinggi : 1,9728 m
Bahan : beton bertulang
Jumlah : 1 buah
23. Pompa Air Pendingin (L-224)
Fungsi : Untuk memompa air bersih ke bak air pendingin.
Type : Centrifugal pump
Bahan konstruksi : Cast iron
Perencanaan :
Rate alir = 33681,7327 kg/jam = 74254,7479 lb/jam
Densitas air = 995,68 kg/m3 = 62,430266 lb/ft3
Viskositas air = 0,9 cp = 0,000605 lb/ft.dt.
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/430266,62
/7479,74254ftlbjamlb = 1189,4030 jam/ft3
= 0,3304 ft3/dt.
App. D- 79
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,3304)45 x (62,430266)0,13
= 3,9 x 0,6075 x 1,7116
= 4,055 in
Standarisasi ID = 3 ½ in sch 80 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 4,000 in = 0,333 ft
ID = 3,548 in = 0,296 ft
A = 0,06870 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,3304 ft3/dt)/( 0,06870 ft2)
= 4,8092 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 4,8092 ft/dtk – 0 = 4,8092 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= dtkftlb
ftlbxdtkftxft./000605,0
/430266,62/8092,4296,0 3
= 146894,1025 (aliran turbulen)
App. D- 80
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 100 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,296 ft
= 28,416 ft
o Gate valve sebanyak 2 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 2 x 7 x 0,296 ft
= 4,144 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,296 ft
= 88,8 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 100 + 28,416 + 4,144 + 88,8
= 221,36 ft
• Menghitung friction loss
Digunakan bahan pipa yang terbuat Cast iron.
App. D- 81
Maka : ε = 2,6 . 1 0-5 m = 0,000151 ft (Geankoplis, hal 88)
ε/D = ft
mftxm296,0
/2808,3)10.6,2( 5−
= 0,00029, di dapat f = 0,005
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 296,02,322
36,221)8092,4(005,04 2
xxxxx
= 5,3715 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 sungai besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 296,02,322
)8092,4(55,0 2
xxx = 0,6673 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 296,02,322)8092,4(1 2
xxx = 1,2133 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
App. D- 82
Kf = 0,75
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 296,02,322
)8092,4(75,032
xxxx =2,7299 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 5,3715 + 0,6673 + 1,2133 + 2,7299 = 9,9820 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 97)
Direncanakan :
ΔZ = 35 ft
ΔP = 0
ΔV = 4,8092 ft/dtk
α = 1,05
Sehingga :
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.05,1.2
)8092,4( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.35 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡430266,62
0 + 9,9820
= 20,9763 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
)430266,623304,0)9763,20( xx
= 0,78668 Hp
App. D- 83
Kapasitas = 0,3304 ft3/dtk = 148,302 gpm.
Maka daya pompa = 75 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HppompaWHP 048912,1
75,078668,0
==η
η motor = 78 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,1345,1
78,0048912,1
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : Untuk memompa air bersih ke bak air pendingin.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Cast iron
Dimensi pompa :
OD = 4,000 in = 0,333 ft
ID = 3,548 in = 0,296 ft
A = 0,06870 ft2
Daya pompa = 1,5 Hp
Jumlah = 1 buah
24. Bak Air Pendingin (F-225)
Fungsi : Sebagai tempat menampung air pendingin.
Bahan konstruksi : Beton bertulang
Perencanaan :
Rate alir = 33681,7327 kg/jam = 74254,7479 lb/jam
Densitas air = 995,68 kg/m3
App. D- 84
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/68,995
/7327,33681mkg
jamkg
= 33,8279 m3/jam
Waktu tinggal = 12 jam
Volume air = rate volumetrik x waktu tinggal
= 33,8279 m3/jam x 12 jam
= 405,9344 m3
Direncanakan volume air = 80% volume bak, sehingga :
Volume bak = 8,0
airvolume
= 8,0
9344,405 3m
= 507,4180 m3
Bak berbentuk empat persegi panjang dengan ratio :
Panjang : lebar : tinggi = 5 : 3 : 2
Volume bak = (5x) x (3x) x (2x) = 30x3
Sehingga :
Volume bak = 30x3
507,4180 m3 = 30x3
x3 = 30
4180,507 3m = 16,9139 m3
x = 2,5669 m
App. D- 85
Jadi ukuran bak klorinasi :
Panjang = 5 x 2,5669 m = 12,8345 m
Lebar = 3 x 2,5669 m = 7,7007 m
Tinggi = 2 x 2,5669 m = 5,1338 m
Dimensi bak air pendingin :
Bentuk : persegi panjang
Panjang : 12,8345 m
Lebar : 7,7007 m
Tinggi : 5,1338 m
Bahan : beton bertulang
Jumlah : 1 buah
25. Cooling Tower (P-227)
Fungsi : Untuk mendinginkan air.
Perencanaan :
Rate alir = 33681,7327 kg/jam = 74254,7479 lb/jam
Densitas air = 995,68 kg/m3
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/68,995
/7327,33681mkg
jamkg
= 33,8279 m3/jam
= 8936,3163 galon/jam
= 148,9386 galon/menit.
App. D- 86
Suhu wet bulb udara = 25o C = 77o F
Suhu air masuk menara = 60o C = 140o F
Suhu air pendingin = 30o C = 86o F
Digunakan counter flow encluced draft tower, dari Perry gbr 12.14 hal.
12-17, maka konsentrasi air = 2,5 gpm/ft2, sehingga :
Luas yang dibutuhkan (A) = 2/5,2/9386,148
ftgpmmenitgalon
= 59,5754 ft2
Menghitung volume :
Luas = (π/4). d2
59,5754 ft2 = 0,785 d2
d2 = 75,8923 ft2
d = 8,7116 ft
Menghitung volume :
Direncanakan tinggi tower (L) = 3 x d
L = 3 x 8,7116 ft
= 26,1348 ft
Dari Perry’s edisi 7, gbr.12.15 hal. 12-17, didapatkan standar power
performance adalah 100%, maka :
Hp fan/ luas tower area (ft2) = 0,041 Hp/ft2
Hp fan = 0,041 Hp/ft2 x luas tower (ft2)
= 0,041 Hp/ft2 x 59,5754 ft2
= 2,4426 Hp = 2,5 Hp
Spesifikasi cooling tower :
App. D- 87
Diameter : 8,7116 ft
Tinggi : 26,1348 ft
Daya : 2,5 Hp
Jumlah : 1 buah
26. Pompa Peralatan (L-226)
Fungsi : untuk memompa air dari bak air pendingin ke peralatan
proses.
Type : Centrifugal pump
Bahan : Cast iron
Perencanaan :
Rate alir = 33681,7327 kg/jam = 74254,7479 lb/jam
Densitas air = 995,68 kg/m3 = 62,430266 lb/ft3
Viskositas air = 0,9 cp = 0,000605 lb/ft.dt.
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/430266,62
/7479,74254ftlbjamlb = 1189,4030 jam/ft3
= 0,3304 ft3/dt.
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,3304)45 x (62,430266)0,13
App. D- 88
= 3,9 x 0,6075 x 1,7116
= 4,055 in
Standarisasi ID = 3 ½ in sch 80 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 4,000 in = 0,333 ft
ID = 3,548 in = 0,296 ft
A = 0,06870 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,3304 ft3/dt)/( 0,06870 ft2)
= 4,8092 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 4,8092 ft/dtk – 0 = 4,8092 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
= dtkftlb
ftlbxdtkftxft./000605,0
/430266,62/8092,4296,0 3
= 146894,1025 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 100 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
App. D- 89
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,296 ft
= 28,416 ft
o Gate valve sebanyak 2 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 2 x 7 x 0,296 ft
= 4,144 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,296 ft
= 88,8 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 100 + 28,416 + 4,144 + 88,8
= 221,36 ft
• Menghitung friction loss
Digunakan bahan pipa yang terbuat Cast iron.
Maka : ε = 2,6 . 1 0-5 m = 0,000151 ft (Geankoplis, hal 88)
ε/D = ft
mftxm296,0
/2808,3)10.6,2( 5−
= 0,00029, di dapat f = 0,005
1. pada straight pipa
App. D- 90
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 296,02,322
36,221)8092,4(005,04 2
xxxxx
= 5,3715 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 sungai besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 296,02,322
)8092,4(55,0 2
xxx = 0,6673 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 296,02,322)8092,4(1 2
xxx = 1,2133 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 296,02,322
)8092,4(75,032
xxxx =2,7299 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
App. D- 91
= 5,3715 + 0,6673 + 1,2133 + 2,7299 = 9,9820 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 97)
Direncanakan :
ΔZ = 35 ft
ΔP = 0
ΔV = 4,8092 ft/dtk
α = 1,05
Sehingga :
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.05,1.2
)8092,4( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.35 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡430266,62
0 + 9,9820
= 20,9763 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
= 550
)430266,623304,0)9763,20( xx
= 0,78668 Hp
Kapasitas = 0,3304 ft3/dtk = 148,302 gpm.
Maka daya pompa = 75 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HppompaWHP 048912,1
75,078668,0
==η
η motor = 78 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
App. D- 92
Daya motor = HpHpmotorBHP 5,1345,1
78,0048912,1
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : untuk memompa air dari bak air pendingin ke peralatan proses.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Cast iron
Dimensi pompa :
OD = 4,000 in = 0,333 ft
ID = 3,548 in = 0,296 ft
A = 0,06870 ft2
Daya pompa = 1,5 Hp
Jumlah = 1 buah
27. Pompa air proses ke peralatan (L-228)
Fungsi : untuk memompa air dari bak air lunak ke peralatan proses.
Type : centirifugal pump
Bahan konstruksi : cast iron
Perencanaan :
Rate alir = 19110,16 kg/jam = 42130,259 lb/jam
Densitas air = 995,68 kg/m3 = 62,430266 lb/ft3
Viskositas air = 0,9 cp = 0,000605 lb/ft.dt.
Perhitungan :
• Menentukan rate volumetrik (Q)
App. D- 93
Rate Volumetrik (Q) = ρm = 3/430266,62
/259,42130ftlbjamlb = 674,8176 jam/ft3
= 0,1874 ft3/dt.
Berdasarkan pers. 15, Peters etc, hal. 496 maka ukuran di optimum untuk
pipa adalah sebagai berikut :
di opt. = 3,9 x qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x Qf0,45 x ρ0,13
= 3,9 x (0,1874)0,45 x (62,430266)0,13
= 3,9 x 0,4707 x 1,7116
= 3,142 in
Standarisasi ID = 3 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892 )
OD = 3,500 in = 0,292 ft
ID = 3,068 in = 0,256 ft
A = 0,05130 ft2
• Menentukan kecepatan aliran pipa
V1 = Q/A1
= 0 ft/dt (karena diameter tangki >>> diameter pipa)
V2 = Q/A2
= (0,1874 ft3/dt)/( 0,05130 ft2)
= 3,6530 ft/dtk
ΔV = V2 – V1 = 3,6530 ft/dtk – 0 = 3,6530 ft/dtk
• Menghitung bilangan Reynold number :
NRe = μ
ρxVxD
App. D- 94
= dtkftlb
ftlbxdtkftxft./000605,0
/430266,62/6530,3256,0 3
= 96501,041 (aliran turbulen)
• Meentukan panjang pipa
Direncanakan :
o pipa lurus = 100 ft
o Elbow 90o sebanyak 3 buah
o L/D = 32 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.484)
Lelbow = 32 ID
= 3 x 32 x 0,256 ft
= 24,576 ft
o Gate valve sebanyak 2 buah
o L/D = 7 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lgate valve = 7 ID
= 2 x 7 x 0,256 ft
= 3,584 ft
o Globe valve sebanyak 1 buah
o L/D = 300 (table 1 Peter and Timmerhaus, hal.485)
Lglobe valve = 300 ID
= 1 x 300 x 0,256 ft
= 76,8 ft
Panjang total sistem pemipaan :
L pipa = 100 + 24,576 + 3,584 + 76,8
App. D- 95
= 204,96 ft
• Menghitung friction loss
Digunakan bahan pipa yang terbuat Cast iron.
Maka : ε = 2,6 . 1 0-5 m = 0,000151 ft (Geankoplis, hal 88)
ε/D = ft
mftxm256,0
/2808,3)10.6,2( 5−
= 0,000333, di dapat f = 0,0054
1. pada straight pipa
F1 = Dxgcx
Lxvxfx2
4 2 Δ = 256,02,322
96,204)6530,3(0054,04 2
xxxxx
= 3,5835 lbf.ft /lbm
2. kontraksi dan pembesaran
Kc = 0,55 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (A2/A1 dianggap = 0, karena A1 sungai besar)
maka :
= 0,55 (1-0)2
= 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
F2 = Dxgcx
vxKc2
2
= 256,02,322
)6530,3(55,0 2
xxx = 0,4452 lbf.f t/lbm
3. sudden enlargement from expansion loss at river entrance :
Kex = 2
2
11 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
AA
= (1-0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
App. D- 96
F3 = Dxgcx
vxKc2
2
= 256,02,322)6530,3(1 2
xxx = 0,8094 lbf.ft /lbm
4. friction 3 elbow 90o
Kf = 0,75
F4 = 3 x Dxgcx
vxKf2
2
= 256,02,322
)6530,3(75,032
xxxx =1,8212 lbf.ft /lbm
Sehingga :
∑F = F1 + F2 + F3 + F4
= 3,5835 + 0,4452 + 0,8094 + 1,8212 = 6,6593 lbf.ft /lbm
• Menentukan daya pompa
Berdasarkan persamaan Bernoulli,
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ Δgc
V..2
2
α+ ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡Δgc
gZ . + ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ΔρP +∑F+Ws = 0 (Geankoplis, pers 2.10-19 hal 97)
Direncanakan :
ΔZ = 32 ft
ΔP = 0
ΔV = 3,6530 ft/dtk
α = 1
Sehingga :
-Ws = ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,32.1.2)6530,3( 2
+ ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡2,328,9.32 + ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡430266,62
0 + 6,6593
= 16,5056 lbf.ft /lbm
WHP = 550)( ρxQxWs−
App. D- 97
= 550
)430266,621874,0)5056,16( xx
= 0,35110 Hp
Kapasitas = 0,1874 ft3/dtk = 80,116 gpm.
Maka daya pompa = 75 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
BHP = HppompaWHP 46814,0
75,035110,0
==η
η motor = 78 % (Peter & Timmerhauss fig 14-37 hal 520)
Daya motor = HpHpmotorBHP 0,160017,0
78,046814,0
≈==η
Spesifikasi peralatan:
Nama alat : Pompa
Fungsi : untuk memompa air dari bak air lunak ke peralatan proses.
Type : Centrifuge pump
Bahan : Cast iron
Dimensi pompa :
OD = 3,500 in = 0,292 ft
ID = 3,068 in = 0,256 ft
A = 0,05130 ft2
Daya pompa = 1,0 Hp
Jumlah = 1 buah
8.2 Unit penyediaan steam
Pada Pra Rencana Pabrik Metana ini kebutuhan air pengisi boiler atau air
umpan boiler berdasarkan pada kebutuhan steam.
App. D- 98
Adapun kebutuhan steam tersebut adalah :
- Kebutuhan steam pada tangki pemanas = 855,7169 kg/jam
Direncanakan banyak steam yang di supply adalah 20 % excess,
Maka kebutuhan steam adalah = 1,2 x 855,7169 kg/jam
= 1026,8603 kg/jam
Make up air untuk kebutuhan pemanas direncanakan 10 %,
Maka kebutuhan steam = 10 % x 1026,8603 kg/jam
= 1129,5463 kg/jam
Massa steam (ms) = 855,7169 kg/jam = 1886,5135 lb/jam
Power Boiler:
Direncanakan steam yang digunakan adalah saturated steam dengan kondisi :
Suhu (T) = 120o C = 248o F
Tekanan (P) = 1 atm = 14,7 psia
Air umpan boiler masuk pada suhu 86o F
Persamaan 172 Saver W.H “Team Air And Power”, Hal 140
Hp = )5,34(
)(xF
HfHgxms
fg
−
Dimana:
ms = Rate steam yang dihasilkan
= 855,7169 kg/jam = 1886,5135 lb/jam
Hg = Enthalpi steam pada 248o F
Hf = Enthalpi air masuk Boiler 86o F
Hfg = Enthalpi air pada suhu 86o F
34,5 = angka penyesuaian pada penguapan lb air/jam pada
App. D- 99
86o F menjadi uap kering.
Dari Geankoplis, App. A2-9 hal.859 didapat :
Hg pada 248o F = 14,7 psia = 1163,1 Btu/lb
Hf pada 86o F = 14,7 psia = 53,08 Btu/lb
Hfg pada 86o F = 14,7 psia = 970,3 Btu/lb
Sehingga :
Hp = )5,34(
)(xF
HfHgxms
fg
−
= )5,34)(/3,970(
/)08,531,1163(/5135,1886lbBtu
lbBtujamlb −
= 62,556 Btu/jam = 2023,2169 Hp
Kapasitas Boiler:
Q = 1000
)( HfHgxms − (Persamaan 171 Savern W.H, Hal 140)
Q = 1000
)08,531,1163(/5135,1886 −jamlb = 2094,068 Btu/jam
Dari Persamaan 173 (Savern WIH, Hal 141)
Vaktor Evaporasi = figHHfHg )( − =
3,970)08,531,1163( − = 1,144
Jadi air yang dibutuhkan = 1,144 x 1886,5135 lb/jam
= 2158,1652 lb/jam
= 978,9372 Kg/jam
Sebagai bahan bakar digunakan fuel oil 33 o API,
Heating Value, HV = 132000 btu/gallon = 35472,647 Btu/lb
(Perry’s ed.7, Hal 9-62)
App. D- 100
Diperkirakan effisiensi boiler 85 %, maka.
Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan
= HVxeff
HfHgxms )( −
= )/647,35472)(85,0(
/)08,531,1163(/5135,1886lbBtu
lbBtujamlb −
= 69,4510 lb/jam = 31,5027 kg/jam
Maka jumlah perpindahan panas boiler dan jumlah tube:
Heating value surface = 10 ft2/Hp boiler
Bila direncanakan panjang tube = 20 ft
Pipa yang digunakan = 6 in nominal pipa (IPS)
Luas permukaan linier feed = 1,734 ft2/ft (Tabel Kern, Hal 844)
Area yang diperlukan untuk transfer panas :
A = HV surface x Hp boiler
= 10 ft2/Hp boiler x 2023,2169 Hp
= 20232,169 ft2
Maka jumlah tube (Nt):
Nt = atxL
A
Nt = )20)(/734,1(
169,202322
2
ftftftft = 583,3959 = 584 buah
Spesifikasi alat:
Nama Alat : Boiler
Type : Fire tube boiler
App. D- 101
Fungsi : Menghasilkan steam
Rate steam : 1886,5135 lb/jam
Heating surface : 20232,169 ft2
Jumlah tube : 584 buah
Ukuran tube : 6 in ips = 20 ft,
Bahan bakar : Fuel oil 33o API
Rate diesel oil : 31,5027 kg/jam
Jumlah : 1 buah.
8.3. Unit Penyediaan Listrik
Kebutuhan tenaga listrik pada Pra Rencana Pabrik Metana ini
direncanakan dan disediakan oleh PLN dan generator set. Tenaga listrik yang
digunakan untuk menggerakkan motor, penerangan, instrumentasi dan lainnya.
Perincian kebutuhan listrik terbagi menjadi :
a. Peralatan proses produksi
b. Penerangan pabrik
c. Listrik untuk penerangan
a. Peralatan Proses Produksi
Pemakaian listrik pada proses produksi dapat dilihat dalam Tabel 8.1
Tabel 8.1. Pemakaian listrik pada peralatan proses produksi
No Kode Alat Nama Alat Jumlah Daya (Hp)
1 J - 117 Bucket elevator 1 2,5 2 L - 114 Pompa 1 0,5 3 L - 116 Pompa 1 12,5 4 R - 121 Tangki Pemanas 1 20 5 M - 111 Tangki Pengencer 1 1,0 6 L - 122 Pompa 1 2,0
App. D- 102
7 F - 123 Tangki Buffer 1 20 8 L - 124 Pompa 1 2,0 9 R - 120 Fermentor 24 432 10 L - 125 Pompa 24 12,5 11 G - 132 Kompresor I 1 7,5 12 R - 110 Absorber 1 10 13 G - 134 Kompresor II 1 15 14 G - 135 Ekspander 1 0,5 15 L - 136 Pompa 1 4,0 16 L - 138 Pompa 1 1,5 17 G - 139 Kompresor III 1 2,5 18 H - 140 Rotary Filter 1 0,5
Jumlah 834
b. Daerah Pengolahan Air
Pemakaian listrik daerah pengolahan pabrik Metana dapat dilihat dalam tabel 8.2
Tabel 8.2. Pemakaian listrik pada daerah pengolahan air
No Kode Alat Nama Alat Daya (Hp) 1 L-212 Pompa air sungai 2,5 2 L-214 Pompa air sedimentasi 2,5 3 L-216 Pompa skimer 2,5 4 L-221 Pompa air bersih 2,5 5 L-223 Pompa air boiler 1,5 6 L-224 Pompa air pendingin 1,5 7 L-226 Pompa air pendingin ke peralatan 1,5 8 H-210 Bak Clarifier 10 9 L-228 Pompa air proses ke peralatan 1,0 10 L-232 Pompa deaerator 1,5 11 L-235 Pompa ke boiler 1,5 12 L-239 Pompa fuel 3 13 L-241 Pompa klorinasi 0,5 14 L-242 Pompa air sanitasi 0,5 15 P-227 Cooling tower 2,5
Jumlah 35
Data total penggerak pada unit proses dan pengolahan air adalah:
= (834 + 35)Hp = 869 Hp
App. D- 103
= 869 Hp x 0,75 KW/Hp
= 655,913 KW = 655913 watt
c. Listrik Untuk Penerangan
Berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan no 7 tahun 1964 tentang syarat-
syarat kesehatan dan kebersihan serta penerangan dalam tempat kerja, dimana
untuk area kerja yang dituntut tingkat ketelitian tinggi dalam waktu yang lama,
syarat intensif penerangan tiap m2 area kerja 500-1000 Lux atau sama dengan
500-1000 Lumen/m2.
Pemakaian listrik untuk penerangan dapat diperoleh dengan mengetahui
luas bangunan dan area lahan yang dipergunakan dengan menggunakan rumus :
L = DUFA
.
.
Dimana :
L = lumen outlet
A = luas daerah
F = foot candle
U = koefisien utilitas = 0,8
D = efisiensi penerangan rata-rata = 0,75
Adapun luas pabrik yang memerlukan penerangan dapat dilihat dalam tabel 8.3
Tabel 8.3. Pemakaian listrik untuk penerangan
Luas No Bangunan m2 ft2Candle
(ft) Lumen
1 Pos penjagaan 50 164,04 10 2734 2 Taman 600 1968,48 5 16404 3 Parkir tamu 150 492,12 5 4101 4 Parkir karyawan 300 984,24 5 8202
App. D- 104
5 Parkir truk 1000 3280,8 5 27340 6 Ruang serba guna 400 1312,32 10 21872 7 Perpustakaan 400 1312,32 10 21872 8 Area perkantoran & TU 2000 6561,6 10 109360 9 Toilet 100 328,08 10 5468 10 Musholla 100 328,08 5 2734 11 Poliklinik 100 328,08 10 5468 12 Kantin 100 328,08 5 2734
13 Pemerikasaan bahan baku 100 328,08 5 2734
14 Gudang bahan baku 800 2624,64 10 43744 15 PMK 150 492,12 10 8202 16 Listrik/R.Genset 100 328,08 5 2734 17 Ruang bahan bakar 300 984,24 10 16404 18 Ruang boiler 400 1312,32 10 21872 19 Unit pengolahan air 1000 3280,8 10 54680 20 Ruang proses 50000 164040 20 5468000 21 Area perluasan pabrik 50000 164040 5 1367000 22 Bengkel dan garasi 1000 3280,8 10 54680 23 Litbang/ R&D 400 1312,32 10 21872 24 Laboratorium 400 1312,32 10 21872 25 Gudang produk 1000 3280,8 10 54680 26 Pos penimbangan 60 196,848 5 1640,4 27 Pembuatan sludge jalan 1500 4921,2 5 41010
Jumlah 112510 369122,8 7409413,4
a. Penerangan seluruh area kecuali jalan dan taman menggunakan Fluorecent
lamp type day light 40 watt yang mempunyai lumen output sebesar 1960
lumen.
Lumen output = wattlumen
401960 = 49 lumen/watt
Jumlah lumen total = 7409413,4 – 41010 – 16404
= 7351999,4 lumen
Tenaga listrik yang dibutuhkan = wattlumenlumen/49
4,7351999
= 150040,804 watt
App. D- 105
Jumlah lampu yang dibutuhkan = watt
watt40
804,150040
= 3751,020 buah ≈ 3752 buah.
b. Untuk penerangan jalan dan taman menggunakan mercury vapor light 100
watt dengan lumen output 3000 lumen.
Lumen output = wattlumen
1003000 = 30 lumen/watt
Jumlah lumen total = 41010 + 16404
= 57414 lumen
Tenaga listrik yang dibutuhkan = wattlumen
lumen/30
57414
= 1913,8 watt
Jumlah lampu yang dibutuhkan = watt
watt100
8,1913
= 19,138 buah ≈ 20 buah.
Dari perhitungan diatas didapatkan :
Lampu flourescent = 150040,804 watt
Lampu mercury = 1913,8 watt
Peralatan bengkel = 2500 watt
Peralatan laboratorium = 2000 watt
Keperluan lain-lain = 2000 watt
Jumlah = 158454,604 watt
Total kebutuhan listrik = listrik untuk penerangan + listrik untuk proses
= 158454,604 watt + 655913 watt
App. D- 106
= 808032,604 watt = 808,032604 kW
Untuk menjamin kelancaran proses produksi, maka direncanakan kebutuhan
listrik dari PLN sebesar 655,913 kW dan yang disuplay oleh diesel (generator)
sebesar 158,454604 kW.
Power faktor untuk generator = 0,75
Power yang dibangkitkan oleh generator = generatorfaktorPower
listrikDaya
= 75,0
454604,158 kW
= 211,2728 kW ≈ 250 kW
Jadi daya yang harus dihasilkan oleh generator =250 kW
4. Unit Penyediaan Bahan Bakar
Jenis bahan bakar yang digunakan adala solar (diesel oil)
a. Perhitungan kebutuhan bahan bakar
- Densitas (ρ) = 55 lb/cuft = 0,881 kg/liter
- Heating volue solar = 132000 Btu/gallon
= 988023,952 Btu/ft2
Bahan bakar untuk boiler = 31,5027 kg/jam
= literkg
jamkg/881,0
/5027,31
= 35,7579 liter/jam
= 858,1893 liter/hari
Bahan bakar untuk generator
- Daya generator = 250 kW
App. D- 107
Dimana :
1 kW = 3412,154 btu/jam
- Daya generator perhari = 250 kW x 3412,154 Btu/jam x 24 jam
= 20472924 btu/hari
- Efisiensi generator = 80 %
Bahan bakar yang dibutuhkan =)8,0)(/952,988023(
/204729242ftBtu
hariBtu
= 25,901 ft3/hari x 55 lb/ft
= 1424,574 lb/hari = 646,1827 kg/hari.
Volume solar yang dibutuhkan =luterkg
harikg/881,0
/1827,646 = 733,465 Liter /hari
Jadi kebutuhan total bahan bakar = 858,1893 liter/hari + 733,465 Liter /hari
= 1591,654 liter/hari
b. Tangki bahan bakar (F-238)
Fungsi : Menampung bahan bakar selama 10 hari
Type : Fixed roof
Bahan : High alloy stell SA 240 grade A
Kondisi : P = 14,7 psia
T = 30o C
Waktu tinggal : 30 hari
Perhituingan :
Volume bahan bakar = 1591,654 liter/hari
Dalam 30 hari = 1591,654 liter/hari x 30 hari
= 47749,63 liter
App. D- 108
= 47,7496 m3/hari
Bahan bakar mengisi 80 % volume total tangki, maka”
Volume tangki = %80
/7496,47 3 harim
= 59,6870 m3
V tangki = ¼ x π x d2 x 1,5 d
59,6870 m3 = ¼ x 3,14 x d2 x 1,5 d
59,6870 m3 = 1.1775 d3
d3 = 1775,1
6870,59 3m = 50,6896 m3
d = 3,7009 m = 12,1426 ft =145,7118 in
Menghitung tinggi tangki (H) :
H = 1,5 x 3,7009 m
= 5,5514 m = 18,2140 ft = 218,5677 in
Standarisasi di (Brownell and young App E, Hal 347)
diperoleh:
di standar = 60 in
H standar = (1,5 x 60) in = 90 in
Menentukan tebal tangki (ts)
ts =)6,0(2 xpifxEx
pixdi−
+C
Dari (Brownell and Young), diperoleh:
F = 15600 Psi, E = 0,85, di = 60 in, C = 2/16
Pi = 55 lb/ft2 x 18,2140 ft
App. D- 109
= 1001,769 lb/ ft2
= 6,9567 lb/in2
ts = )9567,66,085,015600(2
60/9567,6 2
xxxxinlb
− +
162
= 162519,0 +
162 in
= 162519,2 ≈
163 in
Jadi tebal silinder = 163 in
Menentukan tebal tutup :
t =α2/1cos)6,0(2 xxpifxEx
dixpi−
+ C
=162
60cos)9567,66,085,015600(260/9567,6 2
+− xxxx
xinlb
=165038,0 +
162 in
= 165038,2 ≈
163 in
Spesifikasi peralatan :
Fungsi : Menampung bahan bakar selama 10 hari
Type : Fixed roof
Bahan : High alloy stell SA 240 grade A
Dimensi tengki :
Diameter : 3,7009 m = 12,1426 ft =145,7118 in
Tinggi tangki : 5,5514 m = 18,2140 ft = 218,5677 in
App. D- 110
Tebal tangki : 3/16 in
Tebal tutup :3/16 in
App. D- 111
APPENDIX E
ANALISA EKONOMI
A. Metode Penafsiran Harga
Penafsiran harga tiap tahun mengalami perubahan sesuai dengan kondisi
perekonomian yang ada. Untuk penafsiran harga peralatan, diperlukan indeks
yang dapat dipergunakan untuk mengkonversi harga peralatan pada masa lalu,
sehingga diperoleh harga alat saat ini digunakan persamaan :
Cx = k
x
II
x Ck (Peter dan Timmerhause, 164)
Dimana: Cx = Tafsiran harga alat saat ini
Ck = Tafsiran harga alat pada tahun k
Ix = indeks harga saat ini
Ik = indeks harga tahun k
Sedangkan untuk menafsir harga alat yang sama dengan kapasitas yang berbeda
digunakan persamaan sebagai berikut :
VA=VB[CA/CB]n (Peter dan Timmerhause, 169)
Dimana :
VA = Harga alat A
VB = Harga alat B
App E- 1
CA = Kapasitas alat A
CB = Kapasitas alat B
n = Eksponen harga alat (Peter dan Timmerhause, 170)
Harga alat pada Pra Rencana Pabrik Metana didasarkan harga alat yang
terdapat pada Peter &Timmerhause dan G.D.Ulrich
Tabel E.1 Indeks Harga Alat pada Tahun Sebelum Evaluasi
No Tahun Y Indeks harga X X2 XY 1 1975 182 33124 359450 2 1976 192 36864 379392 3 1977 204 41616 403308 4 1978 219 47961 433182 5 1979 239 57121 472981 6 1980 261 68121 516780 7 1981 297 88209 588357 8 1982 315 98596 622348 9 1983 317 100489 628611 10 1984 323 104329 640832 11 1985 325 105625 645125 12 1986 318 101124 631548 13 1987 324 104976 643788 14 1988 343 117649 681884 15 1989 355 126025 706095 16 1990 356 126736 708440 ∑ 31720 4569 1358565 9062121
a = [ ][ ]22
2
)()().)(())((
XiXinYiXiXiXiYi
∑−∑∑∑−∑∑
= [ ][ ]2)4569()1358565(16
)9062121)(4569()1358565)(31720(−
− =1960,86396
App E- 2
b. = [ ][ ]22 )()(
))(().)((XiXin
YiXiYiXin∑−∑
∑∑−∑
= [ ][ ]2)4569()1358565(16
)31720)(4569()9062121)(16(−
− = 0,075766
Kenaikan harga tiap tahun merupakan fungsi linier tahun dan indwks harga tahin
k merupakan persamaan garis lurus, maka:
Y = bX + a
Dimana:
a = Konstanta
b = Gradien
Y = Tahun
X = Indeks harga
Jadi, persamaan harga indeks adalah
Y= 0,075766 X.+ 1960,86396
Indeks harga (X) pada tahun 2010 (Y-2010) adalah
2010 = 0,075766X +1960,86396
X =075766,0
86396,19602010 − = 648,5236122
B. Harga Peralatan
Dengan menggunakan rumus-rumus pada metode penafsiran harga
didapatkan harga peralatan proses seperti terlihat pada tabel E.2, dan harga
peralatan utilitas pada tabel E-3.
App E- 3
Contoh perhitungan peralatan:
Pompa Klorinasi (L-241)
Power pompa : 0,5 Hp = 0,3725 Kw
Type : Centrifugal pump
Bahan kontruksi : Cast iron
Jumlah : 1 buah
Dari fig 5-49 Ulrich 310 diperoleh:
Cp = $3000
CBM = CP x FBM
Jadi, CBM = $ 3000 x 1,0 = $ 3000
Harga pada tahun 2010 adalah:
1982arg2010arg
tahunahIndekstahunahIndeks x harga alat pada tahun 1982
=3155236122,648 x $ 3000 = $ 6184,750555
Bila 1$ = Rp 9200
Jadi harga pompa (L-241) dalam rupiah adalah:
= 1 x $ 6184,750555x Rp 9200 = Rp 56899705,11
Selanjutnya dengan perhitungan yang sama ditaksir harga peralatan pada pabrik
margarin dapat dilihat pada tabel E.2.
App E- 4
Tabel E.2. Harga peralatan pada tahun 2010
No Nama alat Kode jumlah (unit)
Harga/unit ($) 2010 Harga Total Rp
1 Storage Jotoran sapi 3 11874,72107 327742301,4
2 Bucket Elevator 1 32160,70289 295878736,43 Bin Kotoran Sapi 1 11132,551 102419469,24 Bin CaO 1 4638,562916 42674778,835 Tangki Pengencer 1 37108,50333 341398230,66 Pompa 1 4123,167037 37933136,747 Tangk Pencampur 1 41231,67037 379331367,398 Pompa 1 23502,05211 216218879,49 Tangky pemanas 1 9277,125833 85349557,66
10 Pompa 1 4700,410422 43243775,8811 tangky buffer 1 5566,2755 51209734,612 pompa 1 4700,410422 43243775,8813 Fermentor 25 41231,67037 9483284184,7014 pompa 24 27419,06079 6054128623,5115 cooler 1 18554,25167 170699115,3216 kompresor 1 81432,54898 749179450,5917 Absorber 1 22677,4187 208632252,0618 gas holder 1 274190,6079 2522553593,1319 kompresoor 1 69063,04787 635380040,3720 Ekspander 1 11647,94688 107161111,2921 pompa 1 15668,03474 144145919,6122 menara regenarasi 1 111325,51 1024194691,9523 pompa 1 9792,521712 90091199,7524 kompresor 1 23605,13129 217167207,8325 akumulator 1 74217,00666 682796461,3026 rotary filter 1 210281,5189 1934589973,6827 Bak cair 3 6193,478261 170940000,0028 Bak padat 4 7217,826087 265616000,00
Total 26427203569
App E- 5
Tabel E .3, Harga Peralatan Utilitas pada Tahun 2010
No Nama alat Kode Jumlah (unit)
Harga/unit ($) 2010 Harga Total Rp
1 Pompa Air sungai L-212 1 10307,91759 94832841,852 bak sedimentasi F-213 1 1485,016141 13662148,53 pompa sedimentasi L-214 1 10307,91759 94832841,854 bak skimmer F-212 1 1485,016141 13662148,55 pompa skimer L-216 1 10307,91759 94832841,856 bak clarifier H-210 1 371085,0333 3413982306,497 sand filter H-217 1 7916,480711 72831622,548 bak air bersih F-218 3 1144,713602 31594095,419 pompa air bersih L-221 1 10307,91759 94832841,85
10 kation Exchanger D-220A 1 117510,2605 1081094397,0611 anion Exchanger D-220B 1 117510,2605 1081094397,0612 bak air lunak F-222 1 1465,23992 13480207,2613 pompa air boiler L-223 1 8246,334074 75866273,4814 bak steam kondensat F-231 1 92,84040652 854131,7415 pompa deaerator L-232 1 8246,334074 75866273,4816 Deaerator D-233 1 2164,662694 19914896,7917 bak boiler feed water F-234 1 92,84040652 854131,7418 pompa boiler L-235 1 8246,334074 75866273,4819 pompa Klorinasi L-241 1 6184,750555 56899705,1120 bak klorinasi F-240 1 158,6388522 1459477,4421 pompa air sanitasi L-242 1 8246,334074 75866273,4822 bak air sanitasi F-243 1 158,6388522 1459477,4423 pompa air pendingin L-224 1 8246,334074 75866273,4824 bak air pendingin F-225 1 1074,289502 9883463,41525 Cooling tower P-227 1 10307,91759 94832841,8526 pompa peralatan L-226 1 8246,334074 75866273,48
27 pompa air proses ke peralatan L-228 1 7215,542314 66382989,29
28 bolier Q-230 1 35624,1632 327742301,4229 tangki bahan bakar F-238 1 4947,800444 45519764,09
Total 7181733511
Dari tabel E.2 dan E.3, maka dapat diketahui total harga peralatan proses dan
utilitas.
Harga total peralatan = harga peralatan proses + harga peralatan utilitas
= Rp 26.427.203.569 + Rp 7.181.733.511
App E- 6
= Rp 33.608.937.080
Dengan safety factor (keamanan) 20 %,
Maka harga total = 1,2 x Rp 33.608.937.080 = Rp 40.330.724.497
C. Utilitas
Bahan bakar boiler:
Pemakaian = 858,1893 liter/hari
Harga = Rp 4.500/L
Biaya = Rp 4.500/L x 858,1893 liter/hari x 300 hari/tahun
= Rp 1.158.555.555,00/tahun
Bahan bakar generator:
Pemakaian = 733,465 Liter /hari
Harga = Rp 4.500/L
Biaya = Rp 4.500/L x 733,465 Liter /hari x 300 hari/tahun
= Rp 990.177.750,00/tahun
Listrik
Pemakaian listrik PLN sebesar = 655,9313 kW
Biaya beban per bulan = Rp 50.000
Harga listrik = 373,87 KW
Biaya beban = Rp 50.000 x 12 bulan = Rp 600.000
Biaya pemakaian listrik = Rp 373,87 x 655,9313 kW x 21 jam x 300 hari/tahun
= Rp 544.968.121/tahun
Total biaya listrik = Rp 600.000 + 1.544.968.121 = Rp 1.545.568.121
App E- 7
Air pengolahan
Kebutuhan air per hari = 55.558,6096 kg/jam
= 55.558,6096 kg/jam x 21 jam/hari x 300 hari /tahun
= 350.019.240,5 kg/tahun
Biaya pengolahan rata-rata = Rp 30.000 per 20.000 kg air atau Rp. 1,5/kg
Biaya pengolahan per tahun = Rp. 1,5 /kg x 350.019.240,5 kg
= Rp.525.028.860
D. Harga Tanah dan Bangunan
Luas tanah = 40000 m2
Luas bangunan = 20000 m2
Harga tanah per m2 = Rp 50.000
Harga bangunan pabrik per m2 = Rp 100.000
Harga tanah = 40000 m2 x Rp 50.000 = 2.000.000.000 m2
Harga bangunan = 20000 m2 x Rp 100.000 = 2.000.000.000 m2
Jadi harga total tanah dan bangunan adalah:
= Rp 2.000.000.000 m2+ Rp 2.000.000.000 m2
= Rp 4.000.000.000 m2
E. Harga Bahan Baku
1. Harga Kotoran Sapi
Kebutuhan =16.666,7 kg/jam
Harga = Rp 5/kg
App E- 8
Biaya pembelian bahan baku pertahun = 16.666,7 kg/jam x 21 jam/hari x
300 hari/tahun x Rp 5/kg = Rp 525.001.050/tahun
2. Kapur Tohor
Kebutuhan = 4,3899 kg/jam
Harga = Rp 100/kg
Biaya untuk 1 tahun operasi = 4,3899 kg/jam x 21 jam/hari x 300
hari/tahun x Rp 100/kg = Rp 2.765.637/tahun
Total harga bahan baku = Rp 525.001.050/tahun + Rp 2.765.637/tahun
= Rp 527.766.687/tahun
F. Gaji Pegawai
Perhitungan gaji pegawai dapat dilihat pada tabel E. 4.
Tadel E.4. Daftar Gaji/Upah Karyawan
No Jabatan Jumlah Gaji/bulan Total 1 Direktur Utama 1 8.000.000 8.000.000 2 Direktur Teknik 1 6.500.000 6.500.000 3 Direktur Administrasi 1 6.500.000 6.500.000 4 Sekretaris 1 1.500.000 1.500.000 5 Staf sekretariat 2 1.200.000 2.400.000 6 Kepala Litbang 1 5.000.000 5.000.000 7 Staf Litbang 4 4.000.000 16.000.000 8 Kabag Pengendali Mutu 1 3.000.000 3.000.000 9 Kasie Pengendali Mutu 1 2.000.000 2.000.000
10 Karyawan Seksi Pengendali Mutu 2 800.000 1.600.000 11 Kabag Produksi 1 5.000.000 5.000.000 12 Kasie Produksi 1 4.000.000 4.000.000 13 Karyawan Seksi Produksi 116 800.000 80.000.000 14 Kasie Gudang 1 4.000.000 4.000.000 15 Karyawan Seksi Gudang a. Gudang Bahan Baku 4 800.000 3.200.000 b. Gudang Hasil Produksi 3 800.000 2.400.000 16 Kabag Teknik 1 5.000.000 5.000.000
App E- 9
17 Kasie Utilitas 1 4.000.000 4.000.000 18 Karyawan Seksi Utilitas 2 800.000 1.600.000 19 Kasie Bengkel & Perawatan 1 4.000.000 4.000.000 20 Karyawan seksi Bengkel & Perawatan 2 800.000 1.600.000 21 Kasie Lingkungan 1 4.000.000 4.000.000 22 Karyawan Seksi Lingkungan 2 800.000 1.600.000 23 Bagian Pemasaran 1 1.000.000 1.000.000 24 Kasie Penjualan 1 2.500.000 2.500.000 25 Karyawan Seksi Penjualan 2 800.000 1.600.000 26 Kasie Promosi 1 4.000.000 4.000.000 27 Karyawan Seksi Promosi 2 800.000 1.600.000 28 Kasie Research Marketing 1 4.000.000 4.000.000 29 Karyawan Seksi Research Marketing 2 800.000 1.600.000 30 Kasie Transportasi 1 3.000.000 3.000.000 31 Karyawan Seksi Transportasi 4 750.000 3.000.000 32 Kabag Keuangan 1 5.000.000 5.000.000 33 Kasie Pembukuan Keuangan 1 4.000.000 4.000.000 34 Karyawan seksi Pembukuan Keuangan 2 1.000.000 2.000.000 35 Kasie Penyediaan & Pembelanjaan 1 3.500.000 3.500.000 36 Karyawan Seksi Penyediaan & Pembelanjaan 2 800.000 1.600.000 37 Kabag SDM 1 5.000.000 5.000.000 38 Kasie Kesehatan 1 4.000.000 4.000.000 39 Karyawan Seksi Kesehatan 3 1.500.000 4.500.000 40 Kasie Ketenagakerjaan 1 2.500.000 2.500.000 41 Kabag Humas 1 3.000.000 3.000.000 42 Kasie Keamanan 1 1.000.000 1.000.000 43 KaryawanKemananan 18 850.000 15.300.000 44 Kasie Kebersihan 1 850.000 850.000 45 Karyawan Seksi Kebersihan 10 500.000 5.000.000
Total 210 265.250.000
Total gaji/ upah karyawan = 12 bulan x Rp. 265.250.000
= 3.183.000.000 / tahun
G. Harga Hasil Produksi
Perhitungan harga produk
A. Produk utama
CH4 = 16.662.240 kg/tahun
App E- 10
Harga tiap Kg = Rp. 4.500,00
Total harga jual = 16.662.240 kg/tahun x 4.500,00
= Rp. 74.980.080.000
B. Produk samping
Dry ice = 7247,2243 kg/jam x 21 jam/hari x 300 hari/tahun
= 45657513,1 kg/ tahun
Harga tiap Kg = Rp. 1000
Total harga jual = Rp. 1000 x 45657513,1 kg/ tahun
= Rp. 68.486.269.650
H. Pengemasan
Biaya Pengemasan
1. Produk Utama
Kapasitas Produk per tahun : 16.662.240 kg
Kemasan tabung tiap 3 kg.
Harga tiap tabung : Rp. 3000
Jumlah tabung dalam 1 tahun : 16.662.240 kg/3 kg = 5.554.080 buah
Harga tabung dalam 1 tahun : 5.554.080 x Rp.3000 = Rp.1.662.240.000
2. Produk Samping
Kapasitas Produk per tahun : 45.657.513,1 kg
Kemasan plastik tiap 10 kg.
Harga tiap plastik : Rp. 500
Jumlah tabung dalam 1 tahun : 45.657.513,1 kg /10 kg = 4.565.751 buah
Harga tabung dalam 1 tahun : 4.565.751 x Rp.500 = Rp.22.82.875.500
App E- 11
c
7
10
POTONGAN MEMBUJUR
TAMPAK ATAS TAMPAK ATAS
TAMPAK SAMPING
DETAIL PENGADUK
DETAIL LUG & GUSSET
DETAIL COIL PENDINGIN
TAMPAK ATAS
DETAIL BASE PLATE
DETAIL TUTUP ATAS
DETAIL TUTUP BAWAH
5
2 ln
1/16 ln
DETAIL FLANGE & BAUTDETAIL MAN HOLE
DETAIL LUBANG
KA
B
E
L
TR
TAMPAK SAMPING
1
23
4
5
8
6
9
11
12
13
TAMPAK SAMPING
170,
4375
IN
32,8017 IN
113,625 IN
114 IN
19,2026 IN
3/16 IN
6,1547 IN 12,75 IN
10 IN
3 IN4
IN
15 IN
2,0739 IN9,3741 IN
37,4963 IN
113,625 IN
114 IN
32,8017 IN
114 IN3/16 IN
19,2
026
IN1,
5 IN
113,625 IN
15
14
15 PONDASI HAS SA 240 Grade M Type 316 14. BASE PLATE HAS SA 240 Grade M Type 316 13. PENYANGGA HAS SA 240 Grade M Type 316 12. NOZZLE SLURRY HAS SA 240 Grade M Type 316 11. LUG AND GUSSET CARBON STEEL 10. POROS PENGADUK HAS SA 240 Grade M Type 316 9. COIL PENDINGIN HAS SA 240 Grade M Type 316 8. NOZZLE MAN HOLE HAS SA 240 Grade M Type 316 7. SILINDER HOT ROLLER SAE 1020 6. GASKET ASBESTOS FILLED 5. FLANGE HAS SA 336 Grade M Type 316 4. BAUT HAS SA 336 Grade M Type 316 3. TUTUP ATAS HAS SA 240 Grade M Type 316 2. NOZZLE GAS KELUAR HAS SA 240 Grade M Type 316 1. NOZZLE FEED MASUK HAS SA 240 Grade M Type 316 NO. KETERANGAN BAHAN
NOZZLE NPS A T R E K L B A 12 19 1 1/4 15 14 3/8 12,75 4 1/2 12,00 B 12 19 1 1/4 15 14 3/8 12,75 4 1/2 12,00 C 12 19 1 1/4 15 14 3/8 12,75 4 1/2 12,00 D 20 27 1/2 11 1/16 23 22 20 5 11/16 19,25 E 14 21 1 3/8 16 ¼ 15 ¾ 14,00 5 13,25
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS TRIBHUWANA TUNGGADEWI PERANCANGAN ALAT UTAMA
FERMENTOR DARANCANG OLEH DOSEN PEMBIMBING
MATIAS PHONE Ir. ACHMAD CHAUMAIDI, MT
0305010010 Ir. TAUFIK ISKANDAR
NOMOR ALIRAN NO KOMPOSISI 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
1 CaO 4.3899 2 Ca(OH)2 5.4 0.54 0.54 0.54 5.4 0.054 5.4 0.054 5.4 3 Selulosa 12753.36 12753.36 12753.36 12753.36 3604.954 36.04954 3244.4586 36.04954 3244.4586 4 NH3 243.33 5 P 155 155 155 155 155 1.5345 153.45 1.5345 153.45 6 K 113.3340 113.334 113.334 113.334 113.334 1.122 112.2007 1.122 112.2007 7 Ca 40 40 40 40 40 0.396 39.6 0.396 39.6 8 Mg 30 30 30 30 30 0.297 29.7 0.297 29.7 9 H2S 35 35 35 35
10 NH4OH 500.85 500.85 500.85 515.5338 4.9584 510.378 4.9584 510.378 11 CH4 2644.8 2644.8 2644.8 2644.8 2644.8 2644.8 12 CO2 7273.2 7273.2 7273.2 25.9757 25.9757 25.9757 7247.2243 7247.2243 7247.2243 13 H2S 35 35 35 35 35 35 35 14 Inert 0.03073 0.03 0.03 0.03 0.03 0.00025 0.0248 0.00025 0.0248 15 Air 1.3104 3296.67 54 19711.16 19711.16 19765.16 665.64 19298.46 665.64 665.64 3103.7 3103.7 3103.7 15438.768 3859.692 15438.768 3859.692 16 Air proses 54 0.03073 16666.7 17 Dry ice 7247.2243
Jumlah 5.7003 54 16666.7 59.46 16666.7 33333.34 33333.34 33392.77 10618.64 23762.7118 10618.64 10618.64 2670.7757 2670.7757 2670.7757 10385.9243 10385.9243 3103.7 7282.2243 7247.2243 35 15483.1797 7954.9041 15483.1797 7954.9041
NERACA MASSA (Kg)
16
LEVEL CONTROLLER
15
WEIGHT CONTROLLER
14
PRESSURE CONTROLLER
13
TEMPERATUR CONTROLLER
12
FLOW CONTROLLER
11
COOLING TOWER WATER RETURN
10
STEAM CONDENSAT
9
STEAM
8
COOLING TOWER WATER SUPPLY
7
WATER PROSES
6 ALIRAN GAS
5 ALIRAN LIQUID
4
ALIRAN PADATAN
3 TEMPERATUR (oC)
2 TEKANAN (ATM)
1
NOMOR ALIRAN
NO. SIMBOL KETERANGAN
29 F-152 PENAMPUNG SLURY PADAT 4 28 F-151 PENAMPUNG SLURY CATR 3 27 F-150 SCREW PRESS 1 26 F-141 AKUMULATOR 1 25 G-140 EKSPANDER 1 24 G-139 KOMPRESOR 1 23 L-138 POMPA 1 22 F-137 MENARA REGENERASI 1 21 L-136 POMPA 1 20 G-135 EKSPANDER 1 19 G-134 KOMPRESOR 1 18 F-133 GAS HOLDER METANA 1 17 D-130 ABSORBER 1 16 G-132 KOMPRESOR 1 15 E-131 COOLER 1 14 L-125 POMPA 1 13 R-120 FERMENTOR 24 12 L-124 POMPA 24 11 F-123 TANGKI BUFFER 1 10 L_122 POMPA 1 9 R-121 TANGKI PEMANAS 1 8 L-116 POMPA 1 7 M-110 TANGKI PENCAMPUR 1 6 L-114 POMPA 1 5 M-111 TANGKI PENGENCER 1 4 F-112 BIN CaO 1 3 F-115 BIN KOTORAN SAPI 1 2 J-117 BUCKET ELEVATOR 1 1 F-113 STORAGE KOTORAN SAPI JUMLAH NO. KODE KETERANGAN
34 N- 244 GENSET 33 F-243 BAK AIR SANITASI 32 L-242 POMPA AIR SANITASI 31 L-241 POMPA KE BAK KLORINASI 30 F-240 BAK KLORINASI 29 L-239 POMPA FUEL 28 F-238 STORAGE FUEL 27 G-237 BLOWER 26 H-236 FILTER UDARA 25 L-235 POMPA KE BOILER 24 F-234 BAK BOILER FEED WATER 23 D-233 DEAERATOR 22 L-232 POMPA KE DEAERATOR 21 F-231 BAK STEAM CONDENSATE 20 Q-230 BOILER 19 L-228 POMPA AIR PROSES KE PERALATAN 18 P-227 COOLING TOWER 17 l-226 POMPA AIR PENDINGIN KE PERALATAN 16 F-225 BAK AIR PENDINGIN 15 L-224 POMPA AIR PENDINGIN 14 L-223 POMPA AIR BOILER 13 F-222 BAK AIR LUNAK 12 L-221 POMPA AIR BERSIH 11 D-220B ANION EXCHANGER 10 D-220A KATION EXCHANGER 9 F-218 BAK AIR BERSIH 8 H-217 SAND FILTER 7 L-216 POMPA SKIMMER 6 F-215 SKIMMER 5 L-214 POMPA BAK SEDIMENTASI 4 F-213 BAK SEDIMENTASI 3 L-212 POMPA AIR SUNGAI 2 H-211 FILTER 1 H-210 CLARIFIER
NO KODE ALAT UTAMA
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS TRIBHUWANA TUNGGADEWI MALANG UNIT PENGOLAHAN AIR
PRA RENCANA PABRIK METANA DIRANCANG OLEH : DISETUJUI DOSEN PEMBIMBING
MATIAS PHONE : 0305010010 PETRUS PULANG : 0305010012
Ir. ACHMAD CHAUMAIDI Ir . TAUFIK ISKANDAR
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS TRIBHUWANA TUNGGA DEWI
PERANCANGAN ALAT UTAMA ABSORBER
DIRANCANG OLEH DOSEN PEMBIMBING
PETRUS PULANG
0305010012
Ir. ACHMAD CHAUMEDI, MS Ir. TAUFIK ISKANDAR
NOZZLE NPS A T R E K L B
A 2 6 3/4 3 5/8 3 1/6 2,38 2 ½ 2,07
B 2 6 3/4 3 5/8 3 1/6 2,38 2 ½ 2,07
C 1 ¼ 4 5/8 5/8 2 ½ 2 5/16 1,66 2 ¼ 1,38
D 1 ¼ 4 5/8 5/8 2 1/2 2 5/16 1,66 2 1/4 1,38
14. ANCHOR BOLT HAS SA 268 Grade M Type 410
13. SKIRT SUPPORT HAS SA 268 Grade M Type 410
12. PONDASI CEMENT SAND AND GRAVEL
11. GUSSET CARBON STEEL SA 135Grade B
10. BERADING PLATE CARBON STEEL SA 135Grade B
9. NOZZTLE PENGELUARAN SLURY CARBON STEEL SA 135Grade B
8. TUTUP BAWAH HAS SA 336 Grade M Type 410
7. NOZZLE PEMASUKAN FEED CARBON STEEL SA 135Grade B
6. PACKING SUPPORT CARBON STEEL
5. ISIAN KERAMIK
4. SHELL HAS SA 268 Grade M Type 410
3. NOZZLE PEMASUKAN AIR CARBON STEEL SA 135Grade B
2. TUTUP ATAS HAS SA 268 Grade M Type 410
1. NOZZLE PENGELUARAN PRODUK CARBON STEEL SA 135Grade B
NO. KETERANGAN BAHAN
D
C
Recommended