LAMPIRAN D PERHITUNGAN RANCANGAN ABSORBER
D.1 Absorber
Nama
: Absorber (AB-01)
Kode Alat
:
Fungsi
: Untuk
AB-01 AB-01 melakukan
penyerapan
gas
asetaldehida
dengan
menggunakan air sebagai larutan penyerapny pen yerapnya. a. Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi : Tekanan
: 1,2 atm
Temperatur
: 30˚C
A. Menentukan Jenis Absorber Dalam prarancangan ini dipilih jenis absorber packed tower berdasarkan pada pertimbangan: 1. Pressure 1. Pressure drop aliran gas rendah 2. Dapat lebih ekonomis di dalam operasi cairan korosif karena ditahan oleh packing ceramic 3. Biaya perawatan lebih murah
1. Menentukan spesifikasi absorber Densitas pada suhu bawah (303,15 K) Tabel D.1 Hasil perhitungan densitas liquid BM Bottom Komponen yD, D (kg/Kmol) (kg/jam) C2H5OH 46 4841,3009 0,3447 H2O 18 2067,9079 0,3766 C2H4O 44 3742,3993 0,2787 H2 2 0,0200 0 Total 10651,62 1
LD-1
ρLiquid (kg/m 3) 796,0 998,0 777,0 69,86
YD/ρ 0,000433 0,000377 0,000358 0,001168
LD-2
ρ =
ρLiquid
=
= 856,164 kg/m 3 Densitas uap : P = 1,2 atm = 121,590 Pa R= 8314,34 m 3.Pa/kmol K ρVap =
Tabel D.2 Hasil Perhitungan densitas liquid
BM (kg/Kmol) 46 18 44 2
Komponen C2H5OH H2O C2H4O H2 Total ρVap
ρ = =
Bottom (kg/jam) 4841,3009 2067,9079 3742,3993 0,0200 10651,62
YD/ρ 0,15527 0,43 0,13 0,74
3
Densitas pada suhu atas (303,15 K) Tabel D.3 Hasil perhitungan densitas liquid BM Destilat Komponen (kg/Kmol) (kg/jam) C2H5OH 46 H2O 18 88,2981 C2H4O 44 717,0328 H2 2 204,0526 Total 1009,38
ρ =
=
0,3447 0,3766 0,2787 0 1
ρVap (kg/m 3) 2,22 0,86 2,12 0.96
= 1,35 kg/m
ρLiquid
yD, D
= 83,305 kg/m 3 Densitas uap : P = 1,2 atm = 121,590 Pa
yD, D 0,0400 0,1330 0,827 1
ρLiqud (kg/m 3) 796,0 998,0 777,0 69,89
YD/ρ 0,000040 0,00017 0,01183 0,01204
LD-3
R= 8314,34 m 3.Pa/kmol K ρVap =
Tabel D.4 Hasil Perhitungan densitas liquid
BM (kg/Kmol) 46 18 44 2
Komponen C2H5OH H2 O C2H4O H2 Total
Destilat (kg/jam) 88,2981 717,0328 204,0526 1009,38
yD, D 0,0400 0,1330 0,827 1
ρLiqud (kg/m 3) 2,22 0,86 2,12 0,96
YD/ρ 0,046 0,062 0,861 0,969
ρ =
ρVap
=
3 = 1,031 kg/m
2. Menentukan diameter menara Tinggi plate spacing pada umumnya antara 0,3 – 0,6 m (Coulson, 1983)
Diambil plate spacing = 0,5 m. Feed
= F = 9700 kg/jam
Top product
= D = 1009 kg/jam
Vapor rate
= V = 10651 kg/jam
Liquid rate
= L = 1961 kg/jam
Bottom product = B = 10651 kg/jam a. Liquid-vapor flow factor
FLV =
Keterangan: FLV = Liquid-vapor flow factor LW = laju alir massa cairan (kg/jam) VW = laju alir massa uap (kg/jam)
FLVtop =
= 0,020
(Coulson, 1983, pers11.82)(6.7)
LD-4
Untuk tray spacing 0,5 m dan F LV 0,020, maka K 1= 0,2 (Coulson,1983. Fig 1127 hal 568) FLVbot =
= 0,04 Untuk tray spacing 0,5 m dan Flv = 0,04, maka diperoleh K 1 = 0,33 (Coulson, 1983). b. Menentukan kecepatan flooding
uf = K 1
(Coulson, 1983, pers 11.81)(6.8)
Keterangan: uf =Kecepatan flooding (m/s) K 1 = konstanta Kecepatan flooding bagian atas : uf,Top = 0,2
= 0,2 (8,933) = 1,7866 m/s Kecepatan flooding bagian bawah : uf,Bot = 0,33
= 0,33 (25,1633) = 8,303 m/s Kecepatan uap pada umumnya 70-90% dari kecepatan flooding (Coulson,1983), untuk perancangan diambil u v = 80% uf Kecepatan uap pada bagian atas: uv,top
= 80% = 1,429 m/s Kecepatan uap pada bagian bawah: uv,bot
= 80% = 6,624 m/s
LD-5
c. Menentukan laju alir volumetrik maksimum
QV
=
(6.9)
Keterangan: QV
= laju alir volumetrik maksimum (m3/s)
Vw = laju alir massa uap (kg/jam) Laju alir volumetrik maksimum bagian atas: QVtop =
= 0,271 m 3/s Laju alir volumetrik maksimum bagian bawah: QVbot =
= 2,191 m 3/s d. Menentukan luas area netto untuk kontak uap-cair
An
=
(6.10)
Keterangan: An = Luas area netto(m2) Vw = laju alir volumetrik(m3/s) uv = kecepatan uap (m/s) Luas area netto bagian atsa: An,top =
=0,189 m2
Luas area netto bagian atsa: An,bot =
=0,329 m2
e. Menentukan luas penampang lintang menara (Ac)
Ac
=
(6.11)
LD-6
Luas penanmpang downcomer (Ad) = 20% dari keseluruhan, sehingga: Ac,top =
= 0,2362 m 2 Ac,bot =
= 0,41125 m 2 f. Menentukan diameter menara (Dc) bedrdasarkan kecepatan flooding
Menghitung diameter: Dc =
(6.12)
Diameter menara bagian atas: Dc,top =
= 0,548 m Diameter menara bagian bawah: Dc, bot =
= 0,1,8 m g. Menentukan jenis aliran ( flow pattern )
=
QL,B =
(6.13)
= 0,003147 m 3/s
Dari fig 11.28 (Coulson, 1983), untuk Q L,B alirannya adalah cross flow ( single pass)
= 0,00344 m 3/s maka jenis
LD-7
D.5 Menentukan tebal dinding dan head menara
Gambar E.2 Torispherical flaged and dished head Keterangan: th
= tebalhead (in)
icr
=inside corner radius (in)
r
= radius of dish (in)
sf
= straight flange (in)
OD = diameter luar (in) ID
= diameter dalam (in)
b
= depth of dish (in)
OA = tinggihead (in) a. Menentukan tebal shell Data perhitungan:
Poperasi = 1,2 atm Pdesign = 1 atm x Poperasi = 17,64 Psi Material stainless steel SA 283 Grade C (alasan pemilihan material: tahan terhadap korosifitas dan memiliki struktur kuat) f = 13750 psi (Peters and Timmerhaus, 1991) c = 0,125 in (Brownell and Young, 1959) E = 0,85 (Brownell and Young, 1959, Tabel 13.2) D = 7,44093 in = 0,189 m r = 3,72045 in
LD-8
+ c = + 0,125 in
t =
(Brownel, 1959) (6.20)
= 0,130620405 in Digunakan tebal standar untuk shell :1/2 in Keterangan: ts
= tebal shell (in)
P
= tekanan operasi (psi)
f
=allowable stress (psi)
r
= jari-jari shell (in)
E
= efisiensi pengelasan
c
= faktor korosi (in)
b. Menentukan tebal head
OD = ID + (2 ts)
= 7,44093 + (2 0,130620) = 7,702170 in Dari tabel 5-7 hal 90 (Brownel, 1959) icr
=2,25i n
r
= 12 (in)
w
=
= = 1,327 in
Jenis tutup yang dipilih : Flanged standart dished head Bahan konstruksi: Tekanan operasi
= 1,2 atm
Jari-jari shell
=
= =0,0945 m = 3,72046 in
Tegangan yang diizinkan (f)
= 12650 Psi (SA 283 Grade C )
LD-9
Welded butt joint effeciency (E)
= 0,8 (Brownell, 1959. Tabel 13.2)
Faktor korosi (C)
= 0,125 in
+ c + 0,125 in =
th =
= 3,913 + 0,12 in = 4,038 in thead standar = 0,75 in maka tebal yang digunakan : thead standar = 0,75 in Untuk tebal head 0,5 in, dari tabel 5.8 hal 93 (Brownel, 1959), maka : sf = 1,5 – 4,5 in Diambil sf = 3 in atau 0,0762 m
– = 12 – –
b = rc –
= 2,36152 in = 0,05998 m
c. Tinggi head (OA)
OA = th + b + sf = (0,1306 + 2,36152 + 3) in = 5,49214372 in = 0,13095 m AB
= ri – icr = (3,7204 – 2,25) in = 1,47065 in = 0,03734 m
BC
= rc – icr = (12 – 2,25) = 9,75 in = 0,2476 m
AC
=
–
(Brownel, 1959) (6.21)
LD-10
=
–
= 9,63847 in = 0,24481 m
d. Tinngi menara
Data perhitungan : Diameter kolom (Dt)
= 1,89 m
Luas kolom (Ac)
= 2,96 m 2
Volume head
= 0,000049 Dt 3 = 0,000049 (1,89 ) 3 = 0,000027783m 3
Volume head pada sf
=
=
= 130,39031 in 3 = 0,002137 m 3 Volume total head
= Volumehead + Volume head pada sf =0,000027783m 3 + 0,002137 m 3 = 0,00241483 m 3
Blank diameter
= OD + OD/24 + 2sf + 2/3 icr ( Brownel, 1959, pers 5.12) (6.22)
Dengan: OD = diameter luar dish
= 7,4409 in
icr
= inside corner radius = 2,25 in
sf
= straight flange
Blank diameter
= 3 in = 7,4409 +
+ 2(3) + (2,25)
= 15,250968 in Untuk bagian kolom:
=
Q=
= 2,290 m 3/jam
LD-11
= 0,0381 m 3/menit Waktu tinggal cairan dibawah plate terakhir 5-10 menit (Ulrich, 1984) Waktu tinggal cairan dipilih = 10 menit Vcairan
= Q x waktu tinggal = 0,0381 m 3/menit x 10 menit = 3,81 m3
Tinggi cairan dalam shell (H L) Vcairan
=
HL
=
= = 1,283 m
e. Menetukan tinggi menara
Jarak plate
=1m
Tinggi penyangga menara
=1m
Jumlah plate
=3
Tebal plate
= 0,003 m
Tinggi head dengan tebal head
= OA – sf = 0,130 m – 0,0762 m = 0,53 m
Tinggi dibawah plate
= HL + (OA – sf) = 1,283 m +0,53 m = 1,821 m
Tinggi total
= Jarak dari palte terbatas + (jumlah plate x try spacing ) + Tebal plate + Tinggi head dengan tebal head + Tinggi di bawah plate terbawah
Tinggi total
= 1+ (3 x 0,5) + 0,003 + 1,821 = 4,62 m
LD-12
f. Perancangan nozzle f.1 Nozzle feed masuk
Rate massa
= 9700 kg/jam = 213,84 lb/jam
liquid = 3,841 kg/m = 0,2382 lb/ft 3
Q
3
= 0,24931 ft /s =
=
3
Asumsi :aliran turbulen Dari peter & timmerhause 3th, pers 4.5 didapat : Di optimal
= 3,9
= 3,9
= 1,7322 in Dipilih spesifikasi pipa (Tabel A.5-1, hal 892. Geankoplis,1983)
Nominal Pipe Standar (NPS) = 1 in Schedule Number
= 40 (standar)
OD
= 1,900 in
ID
= 1,610 in
A
= 0,01414 ft 2
2. Nozzle uap masuk
Rate massa
= 1961 kg/jam = 4,3232206 lb/jam
liquid = 1004 kg/m = 0,062278 lb/ft 3
Q
3
= 0,019282511 ft /s =
=
3
Asumsi :aliran turbulen Dari peter & timmerhause 3th, pers 4.5 didapat : Di optimal
= 3,9
= 3,9
LD-13
= 0,45988 in Dipilih spesifikasi pipa (Tabel A.5-1, hal 892. Geankoplis,1983) Nominal Pipe Standar (NPS) = 3/8 in Schedule Number
= 40 (standar)
OD
= 0,675 in
ID
= 0,495 in
A
= 0,001330 ft 2
f.3 Nozzle uap keluar
Rate massa
= 1009 kg/jam = 2,224414 lb/jam
liquid = 0,3322 kg/m = 0,0206066 lb/ft 3
Q
3
= 0,029985 ft /s =
=
3
Asumsi :aliran turbulen Dari peter & timmerhause 3th, pers 4.5 didapat : Di optimal
= 3,9
= 3,9
= 0,485842 in Dipilih spesifikasi pipa (Tabel A.5-1, hal 892. Geankoplis,1983) Nominal Pipe Standar (NPS) = 3/8 in Schedule Number
= 40 (standar)
OD
= 0,675 in
ID
= 0,495 in
A
= 0,001330 ft 2
f.4 Nozzle cairan keluar dari dasar menara
Rate massa
= 1651 kg/jam = 36,3974 lb/jam
liquid = 841,0 kg/m = 52,16792 lb/ft 3
3
LD-14
Q
= 0,00019808 ft /s =
=
3
Asumsi :aliran turbulen Dari peter & timmerhause 3th, pers 4.5 didapat : Di optimal
= 3,9
= 3,9
= 0,139205 in Dipilih spesifikasi pipa (Tabel A.5-1, hal 892. Geankoplis,1983) Nominal Pipe Standar (NPS) = 1/8 in Schedule Number
= 40 (standar)
OD
= 0,269 in
ID
= 2,067 in
A
= 0,00040 ft 2
4 Perhitungan stress yang terjadi pada kolom 4.1 Pengaruh angin dan gempa terhadap ketebalan shell menara
Perhitungan awal tebal shell dan head menara telah dilakukan. Menara cukup tinggi sehingga perlu di cek pengaruh angin dan gempa. Spesifikasi menara:. OD shell Tinggi menara
= 7,702170 in = 4,62 m
Tekanan operasi
= 1,2 atm
Tinggi skirt
= 10 ft
Tebal isolasi (asumsi) = 3 in = 0,25 ft Bahan konstruksi
= stainless SA 283 Grade C
Diameter, d
= OD + OD/24 + 2sf + 2/3 icr = 7,702170 in + 0,3209 in + 6 in +1,5 in = 15,52307 in
Densita s shell (ρs)
= 490 lb/ft3
LD-15
=
Bebanhead
=
(6.24)
= 13,409 lb a. Pemeriksaan tebal shell a.1 Stress pada kondisi operasi a.1.1 Perhitungan stress aksial dalam shell
di
= 7,702170 in
ts
= 0,139901287in
Pdesign
= 17,64 psi
f ap
=
=
(pers 3.13, Brownel,1959) (6.25)
= 6043,437588 psi b. Perhitungan stress aksial dalam shell
Shell Diketahui : Do Di
= in = 0,641841046 ft = 7,394358799 in = 0,6200712 ft
(Pers 9.1, Brownel,1959) (6.26) =
Wshell =
= 10,56694 X. Lb f dead wt shell
=
= 3,402777778 X X
I solator
= jarak dari puncak kebawah, ft
(Pers 9.3a, Brownel,1959) (6.27)
LD-16
Isolator yang digunakan adalah asbestos and bonding karena temperatur operasi di dalam absorber besar, memiliki konduktivitas termal yang kecil sehingga efektif sebagai isolator. Diketahui: Dins
= diameter + tebal isolator
= 0,641841046 ft + 0,25 ft = 0,89184 ft = 10,70220 in Wins = berat isolator Densitas isolator (ρins) = 18 lb/ft3 Asumsi tins
= 3 in = 0,25ft
=
Wins =
(Pers 9.2, Brownel,1959) (6.28)
= 5,619362 X. Lb f dead wt ins
=
=
(Pers 9.4a, Brownel,1959) (6.29)
=2,604 X
Attachment Wisolasi
=
=
= 0,3396093 lb/ft Wt top head = 13,409 lb Wt tangga
= 25 ib/ft (asumsi)
Wt over head vapor line
= 28,56 lb/ft (App K, Brownel, 1959)
Wt total
= Wt top head + Wt tangga + Wt isolasi + Wt pipa = 13,409 + 25 X + 2,604 X + 28,56 X = 13,409 + 56,164X
Dari pers. 96 (Brownel, 1959) Dm = diameter shell = 0,641841046 ft (tanpa isolasi)
(6.30)
LD-17
ts f dead wt
= 0,13060 in
=
(6.31)
=
attechment
= 45,73640 + 53,81 x Berat taray + liquid (dibawah X-4) dihitung sebagai berikut : n
=
(6.32)
= -1 Wt tray f dead wt
= 25 ib/ft
= = = = 43,4033 -1
attechment =
(6.33)
= 43,400X – 21,7
Stress total karena beban mati yang bekerja sepanjang sumbu longitudinal shell adalah: f dx
= f dead wt shell + f dead wt ins + f dead wt tray + f dead wt att = 3,402277X + 2,604 X + 43,4033 X – 2,71 X – 45,73640 +53,81X = 81,52 – 45,73640
a.2 Perhitungan stress karena beban angin
Asumsi : Tekanan angin = 25 ib/ft 2 Arah angin tegak lurus terhadap kolom Untuk kolom yang menggunakan isolas, stress karena an gin dapat dihitung dengan persamaan:
f wx
=
deff
= diameter kolom yang di isolasi + 2(lebar tangga)
Asumsi lebar tangga 10 in deff
= 12,984 + 2(10)
(Pers 9.20. Bronel, 1959) (6.34)
LD-18
= 32,984 in f wx
=
=
= 235,8 Psi a.3 Perhitungan stress karena tekanan dalam kolom fap
=
=
(6.35)
= 235,8 psi
a.4 Perhitungan stress gabungan pada kondisi operasi a.4.1 Kombinasi stress dalam pengaruh angin
Up wind side, f tensile f t max
= f wt + f ap - f dx
(pres 9.78, Brownel, 1959) (6.36) =34,0203 X + 235,8 – 81,52 X – 45,73 = 34,0203 X 2 – 81,52 X – 190,07 = 1700 psi = 0,8 ( Double welded but joint ) ( Brownel, 1959) = f xE = 13600 psi = f t (max) 2
f E f allowable f allowable 13600
= 34,0203 X 2 +235,8 – 81,52 X – 190,07 = 34,0203 X 2 – 81,52 X – 13790,07 X2- 0,000375X – 0,121 X dihitung persamaan : X=
=0 =0
Sehingga didapat, X = 0,35 ft
Down wide side, f compressi f c max
= f wx - f ap - f dx
(Pres 9.78, Brownel, 1959) (6.37)
2
= 34,0203 X – 81,52 X – 13790,07 Dari stabilitas elastis, dengan persamaan : = 1,5 x 10 6
y.p
(Pers.2.25, Brownel, 1959) (6.38)
LD-19
= 1,5 x 10 6
=17125 psi fc max berdasarkan yield point yield point = 50.000 (Tabel 3.2, Brownel, 1959) f c max = 1/3 yp = 5708,3 Karena fc 1/3 yp, maka digunakan fc = 5708,3 fc = f c (max)
5708,3 = 34,0203 X 2 – 81,52 X – 190,07 34,0203 X 2 – 81,52 X – 5518,23 =0 2 X – 0,0037 X – 0,020 =0 Sehingga didapat, X = 0,14 ft a.5 Pemeriksaan terhadap stres karena gempa Untuk ketinggian tebal menara (vessel + skrit ) 25,748 ft Shell lenght, tangen line to tagen line 100 ft f dw shell = 3,4 (100) = 340 psi f dw ins = 2,604 (100) = 260,4 psi f dw tray = 43,4033 (100) – 21,7 = 4318,63 psi f dw attc = 13,409 + 53,81 (100) = 6721,9 psi + f dw total 11640,93 psi
Berat menara pada kondisi operasi
= 11640,93
(Brownel, 1959) (6.39)
= 3213,93 lb Wavg
= 32,1393 lb
5. Peralatan penunjang kolom Absorber 5.1 Desain skirt support
Skirt adalah penyangga yang digunakan dan paling aman untuk menjaga vertikal vessel . Skirt disatukan dengan vessel menggunakan pengelasan kontinyu, ukuran pengelasan ditentukan berdasarkan ketebalan skirt . Ketebalan dari skirt harus mampu untuk menahan dead weight dan bending moment dari vessel . Ketebalan skirt harus lebih dari 6 mm. a. Momen pada base
LD-20
M
= Pw Dis H. hl
(Megesy, 1983) (6.45)
Keterangan: Pw
= wind presure 25 lb/ft2
Dis
= diameter menara dengan isolator
= 1,082 ft
H
=tinggi total menara
= 15,1575 ft
hl
= level arm=H/2
= 7,57875 ft
M
= 25 x 1,082
(Tabel 9.1, Brownel, 1959)
= 3107,193 ft.lb
b. Momen pada ketinggian tertentu (batas antara penyambung skirt ) MT = M-hT(V-0,5Pw DishT) (Megesy, 1983) (6.46)
V
= total shear
= 7496,225 lb
hT
= ketinggian skirt =10 ft
Momen pada batas penyambung: MT
= 3107,193 – 10(7496,225 – (0,5
)
= 24616521 ft. lb a.
Menentukan tebal skirt
t
=
(Megesy, 1983) (6.47)
Keterangan: Do
= diameter luar skirt , skirt dibuat bentuk cylindrical skirt
E
= efisiensi penyambung kolom dan skirt
MT
=momen pada penyambung skirt & vessel
= 24616521 ft lb
R
= radius luar skirt
= 33,875 in
S
= nilai s tess dari head , bahan stainless steel
= 15000 psi
W
= berat kolom pada kondisi beroperasi
= 23,641 lb
t
=
= 0,6 (butt joint welding )
= 9,11 + 0,000001,28
= 67,75 in
LD-21
= 9,110 + 0,231 in
Kesimpulan:
Kode
: Absorber (AB-01)
Fungsi
:Untuk
melakukan
penyerapan
gas
asetaldehida
menggunakan air sebagai larutan penyerapnya Jumlah
: 1 Unit
Kondisi operasi: a.Tekanan
: 2 atm
b. Temperatur
: 30 °C
1. Shell
a. Diameter
= 1,89 m
b. Tebal
= 0,75 in
c. Tinggi
=4m
d. Bahan kontruksi
= stainless steel SA 283 Grade C
2. Tutup atas dan tutup bawah
a. Diameter dalam
= 7,44093 in
b. Tinggi
= 5,4921 in
c. Tebal
= 0,75 in
d. Bahan kontruksi
= stainless steel SA 283
3. Nozzle
Diameter nozzle feed uap masuk
: 3/8 in
Diameter nozzle feed liquid masuk
: 1 1/2 in
Diameter nozzle feed uap keluar
: 3/8in
Diameter nozzle feed liquid keluar
: 1/8 in
Skirt Support Tinggi
: 10 ft
Tebal
: 9,110 in
Bahan Kontruksi
: Stainless steel
dengan
