LAMPIRAN F TUGAS KHUSUS REAKTOR (RE-201)digilib.unila.ac.id/2066/18/LAMPIRAN-LAMPIRAN.pdf · Menghitung konstanta kecepatan reaksi (k) Persamaan kinetika reaksi untuk maleic anhydride

F-1

LAMPIRAN F

TUGAS KHUSUS REAKTOR (RE-201)

Fungsi : Mereaksikan benzene dengan udara untuk membentuk maleic

anhydride

Jenis : Reaktor Fixed Bed Multitubular

Kondisi Operasi : Isotermal pada suhu (T) 370 oC dan Tekanan (P) 2,5 atm

Katalisator : V2O5-MoO3

Konversi : 95%

Medium pendingin : Air dengan aliran countercurrent terhadap aliran umpan

Reaksi yang terjadi didalam reaktor adalah :

C6H6(g) + 4O2(g) 370 C 2,5 atm

C4H2O3(g) + 2H2O(g) + CO2(g) + CO(g)

Benzene Oxygen Maleic Anhydride Water Carbondioxide Carbonmonoxide

Berikut ini adalah neraca massa dan neraca energi reaktor (RE-201). Perhitungannya

dapat dilihat pada lampiran A dan Lampiran B

F-2

Tabel F.1 Neraca Massa Reaktor (RE-201)

Komponen Massa Masuk Massa Keluar

Massa

Tergenerasi

(kg/jam)

Massa

Terkonsumsi

(kg/jam)

Massa

Terakumulasi

(kg/jam)

(kg/jam) (kg/jam)

F1 F2

Benzene 2.116,0787 105,8039 0,00000 0,00000 0,00000

Toluene 0,4233 0,4233 0,00000 0,00000 0,00000

Nitrogen 109.797,0699 109.797,0699 0,00000 0,00000 0,00000

Oxygen 29.186,5629 25.892,2962 0,00000 0,00000 0,00000

Maleic anhydride 0,00000 2.522,1729 0,00000 0,00000 0,00000

Carbondioxide 0,00000 1.132,4042 0,00000 0,00000 0,00000

Carbonmonoxide 0,00000 720,6208 0,00000 0,00000 0,00000

Water 0,00000 926,5125 0,00000 0,00000 0,00000

Total 141.097,3038 141.097,3038 0,00000 0,00000 0,00000

Tabel F.2 Neraca Panas disekitar Reaktor (RE-201)

Komponen

Panas Masuk Panas

Generasi

(kJ/jam)

Panas Keluar

Q serap

(kJ/jam)

Panas terakumulasi

(kJ/jam) (kJ/jam) (kJ/jam)

Q1 Qreaksi Q4

Benzene 970.7241,78538

-91.247,49352

8.611.592,27139 0,00000 0,00000

Toluene 3.992.8035,82491 39.928.035,82491 0,00000 0,00000

Nitrogen 1.217.419,09597 6.0870,95480 0,00000 0,00000

Oxygen 253,29472 253,29472 0,00000 0,00000

Maleic anhydride 0,00000 1.903.855,34290 0,00000 0,00000

Carbondioxide 0,00000 384.107,69200 0,00000 0,00000

Carbonmonoxide 0,00000 264.671,58303 0,00000 0,00000

Water 0,00000 621.781,71217 0,00000 0,00000

Air pendingin 0,00000 -1.013.466,16846 0,00000

Total 50.852.950,00098 -91.247,49352 51.775.168,67592 -1.013.466,16846 0,00000

50.761.702,50746 50.761.702,50746 0,00000

F-3

Massa air pendingin yang digunakan untuk menjaga temperatur operasi reaktor tetap

isothermal yaitu sebesar 242.456,02116 kg/jam

1. Menghitung berat katalis (W)

a. Spesifikasi katalis

Bahan katalis = V2O5-MoO3

Bentuk = Pellet

Umur katalis = 3-5 tahun

Diameter katalis = 0,005 m

Porositas, ε = 0,5 m3/m

3

Bulk density = 1200 kg/m3

(www.che.wvu.edu)

b. Menghitung konstanta kecepatan reaksi (k)

Persamaan kinetika reaksi untuk maleic anhydride adalah sebagai berikut

Orde reaksi adalah orde setengah terhadap benzene (www.che.wvu.edu)

-ra = k.Cb ½

.....4)

dengan

k : konstanta laju reaksi, (m3/kg,s)

Cb : konsentrasi benzene (kmol/m3)

T : Temperatur (K)

http://www.che.wvu.edu/

http://www.che.wvu.edu/

F-4

Dengan nilai k sebagai berikut

⁄

c. neraca massa pada 1 tube

Persamaan neraca massa dengan tinjauan pada satu tube adalah sebagai

berikut :

ΔW

ID

WAF

F ΔW W A

Gambar F.1. Persamaan neraca massa pada satu tube

Neraca massa pada elemen volume : V =

(Rate of mass input) - (Rate of mass output) - (Rate of mass reaction) = (Rate

of mass accumulation)

F-5

FA = FA0 (1- XA)

dFA = - FA0 dXA

Sehingga,

A0

AA

F

)(-r

dW

dX .............(5)

Substitusi persamaan 5 ke persamaan 4, menjadi :

A0

1/2

AA

F

k.C

dW

dX

Dengan menggunakan persamaan aliran yang masuk dan keluar dari tabel

neraca massa di atas, dapat diketahui persamaan umum untuk konsetrasi

umpan, yaitu:

1. Laju volumetrik umpan reaktor

/jamm 895.009,820 1,4851

38141.097,30

FV 3

mix

in tot

0

= 1.583,4970 m3/menit

= 26,3916 m3/s

F-6

2. Konsentrasi umpan reaktor

CA = [C6H6]

CA0 =

⁄

Maka diperoleh persamaan :

A0

1/2

AA

F

k.C

dW

dX

A0

1/2

A0A

F

))1(k.(C

dW

dX X

A0

1/2-6

A

F

X))-1).(0,003x((4,6445x10

dW

dX ………7)

1/2

A0

-6

A X))-.(0,003x(1F

)(4,6445x10

dW

dX

a. Pressure Drop

Pressure drop dalam tube

Pressure drop pada pipa berisi katalisator dapat didekati dengan persamaan Ergun

(Fogler, 1999).

'75,111501'

GDDg

G

dz

dP

PP

.............(8)

Keterangan :

ΔP = penurunan tekanan dalam tube, lb/ft2

Z = panjang pipa, ft

F-7

G’ = kecepatan aliran massa perluas penampang, lb/jam/ft2

ρ = densitas fluida, lb/ft3

Dp = diameter partikel katalis, ft

ε = porositas partikel katalis

µ = viskositas fluida, lb/jam/ft

gc = faktor konversi, 4,18.108 ft/jam

2

b. Menentukan spesifikasi tube yang digunakan

Dalam menetukan diameter tube, Colburn (Smith, P.571) menyatakan hubungan

pengaruh rasio (Dp/Dt) atau perbandingan diameter katalis dengan diameter pipa

dengan koefisien transfer panas pipa berisi katalis dibanding koefsien transfer panas

konveksi pada dinding kosong.

Dp/Dt 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

hw/h 5,5 7,0 7,8 7,5 7,0

Dimana :

Dp/Dt = rasio diameter katalis per diameter pipa

hw/h = rasio koefisien transfer panas pipa berisi katalis terhadap

koefisien transfer panas pada pipa kosong

Dari data diatas hw

/h terbesar pada 7,8 pada (Dp/Dt) = 0,15

Dt =

=

= 3,3333 cm = 0,0333 m

F-8

Untuk pipa komersial: (Kern, 1983)

NPS = 1,5 in

ID = 1,610 in

OD = 1,90 in

a’ = 2,04 in2

c. Data fisis dan termal

Kondisi campuran gas yang bereaksi di dalam reaktor setiap saat mengalami

perubahan untuk tiap increment panjang reaktor. Persamaan yang digunakan untuk

menghitung kondisi campuran gas tersebut adalah sebagai berikut :

1. Menghitung berat molekul umpan

Berat molekul umpan merupakan berat molekul campuran gas yang dapat

dihitung dengan persamaan :

BM campuran = Σ (Bmi.yi)

dengan :

Bmi = berat molekul komponen i, kg/kmol

yi = fraksi mol gas i

Tabel F.3 Berat Molekul Umpan

Komponen Bmi F3 (kg/jam) yi Bmi x yi

Benzene 78,1100 2.116,0787 0,0060 0,4702

Toluene 92,1400 0,4233 0,0000 0,0001

Oksigen 32,0000 109.797,0699 0,7624 24,3959

Nitrogen 28,0000 29.186,5629 0,2316 6,4850

F-9

Total 141.100,1348 1,0000 31,3512

Diperoleh BMcampuran = 31,3512 kg/kmol

2. Menghitung densitas umpan

Campuran gas mengikuti hukum gas ideal

TRnPV

BMcampTR

PBMcamp

V

n

BMcampTR

Pcamp

Dengan =

P = tekanan umpan masuk = 2,5 atm

R = 0, 0821 atm m3/kmol K

T = suhu umpan masuk = 643,15 K

Sehingga ρ = 15,643082057,0

5,2 31,3512

x

x kg/m

3

= 1,4851 kg/m3

3. Viskositas

Menghitung viskositas umpan (μg)

Untuk menghitung viskositas umpan digunakan persamaan yang diperoleh dari

Yaws 1999, yaitu :

2CTBTAgi

F-10

Tabel F.4 Tabel Viskositas Umpan

Komponen BMi yi wi A B C

μi

(micropoice)

Benzene 78,1100 0,6853 0,8765 -0,151000 0,257060 -0,000009 161,4628

Toluene 92,1400 0,3115 0,1195 1,787000 0,235660 -0,000009 149,4838

Oksigen 32,0000 0,0032 0,0040 0,000001 0,604780 70,300000 361,61637

Nitrogen 28,0000 0,0000 0,0000 0,000001 0,588230 67,750000 29.079.416,1160

μgi = 1,0765 cp

μcampuran = 2,6043 lb/ft.hr

4. Menghitung konduktivitas panas umpan (KG)

KG dihitung menggunakan persamaan dari Yaws, 1999, yaitu :

2CTBTAKG

KG = konduktivitas gas, W/m K

A, B, C = konstanta

T = suhu umpan, K

KGumpan = Σ(KG.xi)

Tabel F.5 Tabel Konduktivitas Umpan

Komponen Bm Yi wi A B C

K

Btu/ft2,hr,F

Benzene 78,1100 0,0060 0,0150 -0,151000 0,257060 -0,000009 93,2917

Toluene 92,1400 0,3115 0,0000 1,787000 0,235660 -0,000009 149,4838

Oksigen 32,0000 0,0032 0,7782 0,001210 0,000086 0,000000 0,0511

Nitrogen 28,0000 0,0000 0,2069 0,003090 0,000076 0,000000 0,0474

F-11

KGcampuran = 1,4323 Btu/ft2.hr.F

d. Menghitung Berat Katalis

Metode Runge-Kutta untuk menghitung berat tumpukan katalis (w) dan Pressure

Drop di tube (ΔPt). Penyelesaian Persamaan Diferensial untuk menghitung berat

tumpukan katalis (w) dan pressure drop (ΔPt) di tube setiap inkremen z (Δw)

dengan Metode Numeris Runge Kutta dihitung dengan menggunakan Microsoft

Excell. Adapun langkah-langkah perhitungannya sebagai berikut cara sebagai

berikut :

Persamaan-persamaan diferensial yang ada :

a.

'75,111501'

GDDg

G

dz

dP

PP

b.

A0

1/2

A

F

003)4,6445.(0,

dW

dX

Kondisi batasnya adalah :

Zo = 0 m

XO = 0

PO = 2,5 atm

Δw = 0,0994

F-12

Penyelesaian persamaan difrensial menggunakan metode Runge Kutta orde 4:

Xi+1 = xi + 1/6. (k1 + 2k2 + 2k3 + k4)

Pi+1 = Pi + 1/6. (l1 + 2l2 + 2l3 + l4)

Dengan:

k1 = f1 (wi, Xi) ∆w

l1 = f2 (wi, Pi) ∆w

k2 = f1 (wi +2

w, Xi +

2

1k ) ∆w

l2 = f2 (wi +2

w, Pi +

2

1l ) ∆w

k3 = f1 (wi +2

w, Xi +

2

2k) ∆w

l3 = f2 (wi +2

w, Pi +

2

2l ) ∆w

k4 = f1 (wi+ ∆w, Xi + k3) ∆w

l4 = f2 (wi +∆w, Pi + l3) ∆w

Perhitungan nilai wi, Xi, dan Pi di setiap inkeremen w (Δw) adalah :

wi+1 = wi + Δw

Tabel F.6 Tabel Berat Katalis Berdasarkan Metode Runge-Kutta

W

(Berat Tumpukan Katalis, kg)

P

(Tekanan, atm)

X

(Konversi)

0,00 2,4973000 0,000000

197,75 2,4946000 0,339834

F-13

395,51 2,4919000 0,360934

593,26 2,4894000 0,381534

791,01 2,4869000 0,401534

988,76 2,4844000 0,420934

1.186,52 2,4820000 0,439934

1.384,27 2,4796000 0,458334

1.582,02 2,4773000 0,476234

1.779,78 2,4750000 0,493634

1.977,53 2,4728000 0,510534

2.175,28 2,4706000 0,527034

2.373,04 2,4685000 0,543034

2.570,79 2,4664000 0,558534

2.768,54 2,4644000 0,573634

2.966,29 2,4624000 0,588334

3.164,05 2,4604000 0,602634

3.361,80 2,4585000 0,616534

3.559,55 2,4566000 0,630134

3.757,31 2,4547000 0,643234

3.955,06 2,4529000 0,656034

4.152,81 2,4511000 0,668434

4.350,57 2,4494000 0,680534

4.548,32 2,4476000 0,692334

4.746,07 2,4459000 0,703734

4.943,82 2,4443000 0,714934

5.141,58 2,4426000 0,725734

5.339,33 2,4410000 0,736234

5.537,08 2,4395000 0,746534

5.734,84 2,4379000 0,756534

5.932,59 2,4364000 0,766234

6.130,34 2,4349000 0,775634

F-14

6.328,09 2,4334000 0,784834

6.525,85 2,4320000 0,793834

6.723,60 2,4306000 0,802534

6.921,35 2,4292000 0,811134

7.119,11 2,4278000 0,819334

7.316,86 2,4264000 0,827434

7.514,61 2,4251000 0,835334

7.712,37 2,4238000 0,842934

7.910,12 2,4225000 0,850434

8.107,87 2,4212000 0,857734

8.305,62 2,4200000 0,864834

8.503,38 2,4188000 0,871734

8.701,13 2,4175000 0,878534

8.898,88 2,4164000 0,885134

9.096,64 2,4152000 0,891534

9.294,39 2,4140000 0,897834

9.492,14 2,4129000 0,903934

9.689,89 2,4117000 0,909934

9.887,65 2,4106000 0,915734

10.085,40 2,4095000 0,921434

10.283,15 2,4085000 0,927034

10.480,91 2,4074000 0,932434

10.678,66 2,4063000 0,937734

10.876,41 2,4053000 0,942934

11.074,17 2,4973000 0,950134

F-15

1. Menghitung berat tumpukan katalis

katalis

W V

katalis

W V

m 22848,9kg/m 1200

kg 11.074,17 V 3

3

2. Menghitung tinggi tumpukan katalis yang dibutuhkan

Dipilih pipa dengan ukuran standar (Kern, table 11)

NPS : 1,5 in

Sch. No. : 40

Diameter luar (OD) : 1,90 in = 0,0483m = 0,1583 ft

Diameter dalam (ID) : 1,61 in = 0,0409 m = 0,1342 ft

Perhitungan tinggi katalis dengan volume 1 buah tube adalah :

katalis

W V

katalis

2ID

W4 Z

Dengan :

Z = tinggi tumpukan katalis (m)

V = volume katalis dalam tube (m3)

w = berat katalis (kg)

F-16

ρkatalis = densitas katalis (kg/m3)

ID = diameter dalam tube (m)

Maka tinggi katalis keseluruhan :

m 13273,698.4120005,0

11.074,174 Z

2

Dipilih tinggi tube standar 24 ft = 7,3152 m

Sehingga didapat tinggi tumpukan katalis :

Z = 80% dari tinggi tube yang dipilih

= 80% x 24 ft

= 19,2 ft = 5,8522 m

A. Menghitung jumlah tube (Nt)

Jumlah tube yang dibutuhkan :

Nt =

Nt =

Nt = 803 buah tube

3. Mechanical design reaktor

a. Tube

Ukuran tube (Kern,1983):

Susunan tube = Triangular pitch

Bahan = Stainless steel

per tube katalis tinggi

nkeseluruha katalis tinggi

tube80322,8025,85216

13273,698.4

F-17

Diameter nominal (NPS) = 1,50 in

Diameter luar (OD) = 1,90 in = 0,0483m = 0,1583 ft

Diameter dalam (ID) = 1,61 in = 0,0409 m = 0,1342 ft

Schedule number = 40

Luas penampang = 2,04 in2 = 0,0013 m

2

Tinggi tumpukan katalis = 5,85216 meter

Panjang pipa (L) =7,31520 meter

Susunan pipa yang digunakan adalah triangular pitch (segitiga sama sisi) dengan

tujuan agar memberikan turbulensi yang lebih baik, sehingga akan memperbesar

koefisien transfer panas konveksi (ho). Sehingga transfer panasnya lebih baik

daripada square pitch (Kern, 1983).

Gambar F.2. Susunan pipa model triangular pitch

Tebal pipa = (OD-ID)/2

= (1,90 - 1,61)/2

= 0,145 in = 0,00367 m

PT

C'

60

o

60

o

60

o A B

C

D

F-18

Jarak antar pusat pipa (PT)

PT = 1,25 x OD

= 1,25 x 1,90

= 2,375 inchi = 0,06032 m

Jarak antar pipa (Clearance)

C’ = PT-OD

= 2,375 – 1,900

= 0,475 inchi = 0,01206 cm

Koefisien transfer panas dalam pipa

t

wref

ID

PRk

hi

14,033,08,0

....021,0.8,7

(F.51)

Dimana :

Pr = Cp.µ / kf

Cp = kapasitas panas = 0,8485 Btu/lb.F

kf = konduktivitas = 5,4825 Btu/ft.hr.F

μ/ μw = 1 ,karena non viskos

Tube Side atau Bundle Crossflow Area (at)

(F.52) 'ttt aNa

F-19

= 803. (4

.2

tID)

= 1,05469 m2

Mass velocity (Gt)

Gt

t

t

a

W

35258,211

28735,066.311

= 27.400,48664 lb/jam.ft2

Maka,

F.fthr

Btu45,72381h

2i

ihD

Dh

o

iio (F.54)

F.ftBtu/hr .45,72381m0,1583

m0,1342h 2

io

F.fthr

Btu74491,38h

2io

2. Shell

Bahan yang digunakan adalah Carbon Steel SA type 283

Ukuran Shell

Diameter dalam shell (IDs)

F-20

IDs =

5,02

866,04

TPNt

(Brownell & Young, 1979)

=

5,02375,2803866,04

= 70,66991 in

= 0,179502 ft

= 1,79502 m

Jarak Buffle

Bs = IDs x 0,3 (F.56)

= 1,79502 x 0,3

= 0,53851 m

= 21,20097 in

= 1,76675 ft

Koefisien transfer panas dalam shell

Shell Side atau Bundle Crossflow Area (as)

P

B ID OD) P( a

t

st s

37500,2

20097,12 70,66991 47500,0 as

as = 299,65413 in2

= 2,08093 ft2

F-21

= 0,19333 m2

Mass Velocity (Gs)

Dimana

W = 534.140,76613 lb/jam

Gs = 534.140,76613 /2,08093

Gs = 256.683,49726 lb/jam.ft2

Equivalent Diameter (De)

De = 1,37342 in = 0,11445 ft = 0,03489 m

Reynold Number (Re)

GD

Rependingin

se

Re = 16.192,15903

s

sa

WG

OD

ODPPDe TT

5.0

)45.0866.05.0(4 2

9,15.0

)49,15.0375,2866.0375,25.0(4 2

De

9142,1

49726,683.25611445,0Re

F-22

Maka,

(Kern, hal 137)

Dengan :

Kp = konduktivitas panas pendingin = 0,3623 Btu/hr.ft.oF

Cpp = kapasitas panas pendingin = 1 Btu/lb.oF

p = viskositas pendingin = 1,8143 lb/ft jam

Dirt Factor (Rd)

Liquid organik = 0,001 hr.ft2.F/Btu

Pendingin = 0,003 hr.ft2.F/Btu

Rd total = 0,004 hr.ft2.F/Btu

Koefisien Perpindahan Panas Overall Clean dan Design

Koefisien perpindahan panas overall clean dihitung dengan rumus :

h h

h h U

o io

o io

c

x

38,74491 402,75615

38,74491 x 402,75615 Uc

= 35,34476 Btu/h.ft2.F

3/155,0

p

Kp

pCp

p

CpDes

Des

K36,0

ho

Fftjam

Btu75615,402

2 ho

F-23

Harga koefisien perpindahan panas overall design dihitung dengan rumus :

R 1/ Uc

1 U

d

D

(Kern,1950)

0,004 35,344761/

1 UD

= 30,96672 Btu/hr.ft2.F

= 175,83832 J/s. m2.K

Pressure drop di shell

s s De 10 5,22

1)(N Ds G f Ps

10

2

s

dimana

Ds = diameter shell (IDs) = 0,14958 ft

Mass velocity (Gs) = 256.683,49726 lb/jam.ft2

Equivalent diameter (De) = 0,11445 ft

= 1,0 (hal.121 Kern, 1950)

6,301141 B

12L 1)(N

untuk Re = 16.192,1509 maka diperoleh :

s = specific gravity = 1

f = shell side friction factor = 0,0018 ft2/in2 (Fig.29 Kern, 1950)

1 1 0,11445 10 5,22

6,30114)1( 0,14958 656683,49722 0,0018 Ps

10

2

soefficientcorrectedcs

F-24

psi 0,48404 Ps

Tebal Shell

Spesifikasi bahan Stainless steel SA 167 Grade 11 type 316

Tekanan yang diijinkan (f) = 18.750 psi

Efisiensi sambungan (ε) = 0,8 (double welded joint)

Corrosion allowanced = 0,25 in

Tebal shell dihitung dengan persamaan

c p 0,6 - f

rp t i

s

( Brownell & Young)

dengan

ts = tebal shell, inchi

P = tekanan dalam reaktor, psi

ε = efisiensi sambungan

ri = jari-jari dalam shell, inchi

f = tekanan maksimum yang diijinkan, psi

C = Corrosion allowance = 0,25

Tekanan dalam shell

Tekanan desain diambil 20% diatasnya, maka:

Pd = 1,2 x P

= 1,2 x 2,5 atm

= 3 atm

F-25

Pd = 44,08794 psi

maka,

0,25

44,08794 0,6 - 8,018.750

70,66991/2 44,08794 ts

= 0,35404 in

diambil tebal standar 0,375 inchi

Diameter luar shell (ODs)

ODs = IDs + 2 ts

= 70,66991 + (2 x 0,375)

= 71,41991 in

3. Head dan Bottom

Untuk menentukan bentuk-bentuk head ada 3 pilihan :

1. Flanged and Standar Dished Head

Digunakan untuk vesel proses vertikal bertekanan rendah, terutama

digunakam untuk tangki penyimpan horizontal, serta untuk menyimpan fluida

yang volatil.

2. Torispherical Flanged and Dished Head

Digunakan untuk tangki dengan tekanan dalam rentang 15 – 200 psig.

3. Elliptical Flanged and Dished Head

F-26

Digunakan untuk tangki dengan tekanan tinggi dalam rentang 100 psig dan

tekanan diatas 200 psig ( Brownell and Young, 1959).

Bentuk head dan bottom yang digunakan adalah Torispherical Flanged and

Dished Head yang sesuai dengan kisaran tekanan sistem yaitu 15 – 200 psi.

Bahan yang digunakan untuk membuat head dan bottom sama dengan bahan

shell Carbon Steel SA 283 grade C. Tebal head dapat dihitung dari persamaan :

Menentukan inside radius corner (icr) dan corner radius (rc).

OD = ID + 2t

= 71,41991 in

Dibulatkan menjadi 72 in untuk menetukan icr & rc

Diketahui tebal t = 0,375 in

Maka berdasarkan table 5.7 Brownell & Young :

Icr = 4,37500 in

rc = 76 in

maka:

icr

rw c3.

4

1 (Pers. 7.76, Brownel&Young)

W = 1,79198

F-27

Tebal head minimum dihitung dengan persamaan berikut:

cPf

wrPt c

h

2,02

..

(Pers. 7.77, Brownell&Young)

= 0,45020 in

dari tabel 5.6 Brownell & Young untuk

th = 0,5 in

sf = 3,5 in

Spesifikasi head :

Gambar F.2 Desain head pada reaktor

t

a

ID

r

sf

OA

icr

B

b=depth

of dish A

OD

F-28

Keterangan :

th = Tebal head (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 = Tinggi head (in)

ID = OD – 2th

= 72 – 2(0,5) = 71 in

Depth of dish (b)

22

2icrIDicrrcrcb

(Brownell and Young,1959.hal.87)

= 11,55174 in

Tinggi Head (OA)

OA = th + b + sf (Brownell and Young,1959)

= (0,5 + 11,55174 + 3,5) in

= 15,55174 in

AB = ID/2 – icr

= (71,25/2) in – 4,375 in

F-29

= 31,25000 in

BC = rc – icr

= 76 in – 4,375 in

= 71,62500 in

AC = 22 ABBC = 64,44826 in

Jadi tinggi head = 15,55174 inchi = 0,39502 m

4. Tinggi Reaktor

Dari hasil perhitungan diperoleh tinggi tumpukan katalis yang dibutuhkan yaitu

5,8522 m.

Tinggi shell = Tinggi pipa standar yang digunakan

= 24 ft

= 7,31520 m

Tinggi reaktor = tinggi shell + 2.(tinggi head)

= 7,3152 + (2 x 0,39502)

= 8,10523 m

= 26,59164 ft

5. Luas Permukaan Reaktor

Luas reaktor bagian dalam

F-30

luas shell bagian dalam

Ashi = π x IDs x tinggi shell

= 3,14 x 5,93751 x 26,59164

= 496,02033 ft2

luas head dan bottom bagian dalam

Ahbi = 2 x (π x IDs x sf + π/4 x IDs2)

= 2 x (3,14 x 5,93751 x 0,25 + ((3,14/4) x 5,93751 2))

= 66,22992 ft2

Jadi luas reaktor bagian dalam :

= 496,02033 ft2 + 66,22992 ft

2

= 562,25025 ft2

Luas reaktor bagian luar

luas shell bagian luar

Asho = π x ODs x tinggi shell

= 3,14 x 6 x 24

= 452,38934 ft2

luas head dan bottom bagian luar

Ahbo = 2 x(π x ODs x sf + ((π/4) x ODs2))

= 2 x(3,14 x 6 x 0,25 + ((3,14/4) x 62))

F-31

= 67,51557 ft2

Jadi luas reaktor bagian luar :

= 452,38934 ft2 + 67,51557 ft

2

= 519,90492 ft2

6. Volume Reaktor

a. Volume head dan bottom

ff spadaheadVolumespaheadVolumeVhb tan2

fsIDsIDs 23

4000049,02 (Brownel, Young, 1959)

= 16,16393 ft3

b. Volume shell

LsIDsVs 2

4

= 736,28167 ft3

Jadi volume reaktor

= 16,16393 + 736,28167

= 752,44561 ft3

= 21,30700 m3

F-32

7. Nozzle Umpan dan Produk Pada Reaktor

Saluran dibuat dengan menggunakan bahan stainless steel. Diameter optimum tube

yang stainless steel dan alirannya turbulen (NRe > 2100) dihitung dengan

menggunakan persamaan :

37,05,0293 Gdiopt (Brownel, Young,1959)

dengan

diopt = diameter dalam pipa, mm

G = kecepatan aliran massa fluida, kg/s

Ρ = densitas fluida, kg/m3

Pengecekan bilangan Reynolds

'

IDG NRe

a

Dengan:

G = kecepatan aliran massa fluida, kg/jam

ID = diameter dalam pipa, m

µg = viskositas fluida, kg/m.jam

a’ = flow area, m2

Nozzle Umpan

1. Nozzle Aliran Benzene Masuk

Diketahui :

G = 141.097,30384 kg/jam

F-33

ρ = 1,48508 kg/m3

µ = 3,87557 cp

Maka :

diopt = 226.G0,5

.ρ-0,35

= 123,19809 mm (4,85032 in)

dari Tabel 11 (Kern, 1965), diperoleh

nominal pipe size = 6 in

schedule number = 40

OD = 6,62500 in (0,16828 m)

ID = 6,60500 in (0,16777 m)

Flow area per pipe, a’ = 28,90000 in2 (0,01865 m

2)

Pengecekan Bilangan Reynold

NRe = '.a

ID.G = 276.443,62207 (turbulen)

Maka anggapan menggunakan aliran turbulen adalah benar.

Spesifikasi nozzle standar (Brownel and Young, 1959, App. F item 1 dan 2,

hal.349) :

Size = 6 in

OD of pipe = 6,625 in

Flange Nozzle thickness (n) = 0,432 in

Diameter of hole in reinforcing plate (DR) = 6,75 in

F-34

Length of side of reinforcing plate, L = 16,25 in

Width of reinforcing plate, W = 20,25 in

Distance, shell to flange face, outside, J = 8 in

Distance, shell to flange face, inside, K = 6 in

Distance from Bottom of tank to center of nozzle

- Regular, Type H = 11 in

- Low, Type C = 8 1/8 in

Nozzle Produk

1. Nozzle Aliran Produk

Diketahui :

G = 141.097,30384 kg/jam

ρ = 1,48992 kg/m3

µ = 2,79226 cp

Maka :

diopt = 226.G0,5

.ρ-0,35

= 123,05790 mm (4,84480 in)




OD = 6,62500 in (0,16828 m)

F-35

ID = 6,60500 in (0,16777m)

Flow area per pipe, a’ = 28,90000 in2 (0,01865 m)


NRe = '.a

ID.G = 38.369,98891 (turbulen)



hal.349) :

Size = 6 in











F-36

Nozzle pendingin masuk

Diketahui :

G = 242.282,13446 kg/jam (67,30059 kg/s)

Ρ = 1.022,8753 kg/m3

µ = 0,8500 cp (3,0600 kg/m.jam)

Maka :

diopt = 226.G0,5

.ρ-0,35

= 163,93812 mm (6,45424 in)

dari Tabel 11 (Kern, 1965),



OD = 6,62500 in (0,16828 m)

ID = 6,60500 in (0,16777m)



NRe = '.a

ID.G = 712.429,83053 (turbulen)


F-37


hal.349) :

Size = 6 in











Nozzle pendingin keluar

Diketahui :

G = 242.282,13446 kg/jam (5,4255 kg/s)

ρ = 1.008,9773 kg/m3

µ = 0,65 cp (2,34 kg/m.jam)

Maka :

diopt = 226.G0,5

.ρ-0,35

= 164,72295 mm (6,48522 in)

F-38




OD = 6,62500 in (0,16828 m)

ID = 6,60500 in (0,16777m)



NRe = '.a

ID.G = 931.639,00916 (turbulen)



hal.349) :

Size = 6 in









F-39



(a)

(b)

Gambar F.4. Shell Nozzle (a) Reinforcing Plate (b) Single Flange

F-40

8. Penyangga tumpukan katalisator (Bed support/Grid support)

Grid support dirancang untuk menyangga katalisator untuk mencegah kelebihan

pressure drop. Yang biasa digunakan adalah piringan yang berlubang-lubang

(perforated plate) atau piringan yang bergelombang (slatted plate). Grid support

ini biasanya dibuat dari bahan yang anti korosi seperti carbon steel, alloy steel,

cast iron, atau cast ceramics (Rase, 1977).

Penyangga katalis berupa perforated plate dengan ketebalan tertentu. Tekanan

yang harus ditahan oleh bed support = tekanan operasi + tekanan karena katalis

a. Tekanan operasi

= 1,2 x 2,5

= 3 atm

= 44,1 psi

b. Tekanan karena katalis

Perforated plate yang digunakan mempunyai lubang dengan luas sama dengan

50 % luas total tube. (Luas penampang tube(at) = 0,00131 m2)

Luas total pipa = Nt x at

= 803 x 0,00131 m2

= 1,05469 m2

Perforate plate = 50 % x Luas total pipa

= 0,5 x 1,05469 m2

= 0,52734 m2

F-41

fPCdt '

Tekanan karena katalis

katalispenahanLuas

katalisberat

'.

2. 0,52734

11.074,17

m

kg

= 20.999,86824 kg/m2

= 29,86865 psi

Tekanan total perancangan

Ptotal = 44,10000 psi + 29,86865 psi = 73,96865 psi

Tebal plate dihitung dengan persamaan (13.27 Brownell & Young, 1959)

dengan

t = tebal minimum plate, inchi

d = diameter plate, inchi

P = tekanan perancangan, psi

f = maksimum allowable stress, 18.750 psi (bahan yang digunakan stainless

steel SA 167 grade 11 type 316)

C’ = konstanta dari app H, C’ =0,75 (Brownell & Young)

750.18 73,9686575,079502,1 t

F-42

= 0,09764 inchi

diambil tebal standar t = 0,1875 inchi

9. Tebal pemegang pipa

Pemegang pipa harus dapat menahan perbedaan tekanan antara dalam pipa dan

dalam shell. Tebal pemegang pipa dihitung dengan persamaan :

cfPDpCphtp

dengan

Cph = konstanta design = 1,1

Dp = diameter shell, inchi

ΔP = perbedaan tekanan = 0,04840

λ = ligament efficiency = 0,5

f = maximum allowable stress = 18.750 psi

c = corrosion allowance = 0,25 inchi

bahan konstruksi seperti yang digunakan sebagai bahan shell yaitu stainless steel

SA 167 grade 11 type 316.

25,0750.185,0

04840,066991,0701,1

tp

= 0,95858 inchi

diambil tebal standar = 1 inchi

F-43

10. Innert Ballast

Alat ini digunakan untuk melindungi permukaan katalisator dari pengaruh

langsung aliran fluida dan meratakan aliran fluida umpan (Rase-Barrow, 1957).

Innert ballast berupa bola-bola keramik dengan tebal tumpukan 0 – 6 inchi,

digunakan tinggi tumpukan 6 inchi.

11. Distributor

Alat ini digunakan untuk meratakan aliran fluida masuk, jenis yang digunakan

adalah type multiple buffle distributor concentric cone, yang dipasang pada akhir

bagian pipa pemasukan fluida.

12. Perhitungan Flange, Bolt dan Gasket dari Vessel

a. Sambungan head dengan shell

Sambungan antara tutup bejana dengan bagian shell menggunakan sistem

flange dan baut. Bahan konstruksi yang dipilih berdasarkan pada kondisi

operasi.

Data perancangan :

Tekanan disain = 40,42500 psi

Material flange = Carbon Steel SA-240 Grade A

Bolting steel = Carbon Steel SA–193 Grade B6

Material gasket = soft steel

Diameter luar shell, B = 71,41991 in

Ketebalan shell = 0,37500 in

F-44

Diameter dalam shell = 70,66991 in

Tegangan dari material flange (fa) = 15.000 psi

Tegangan dari bolting material (fb) = 20.000 psi

Tipe flange terlihat pada gambar berikut : (Fig.12.24, Brownell&Young)

Gambar F.5. Tipe Flange dan Dimensinya

b. Perhitungan lebar gasket:

)]1([

.

mPy

mPy

d

d

i

o (Pers 12.2 Brownell & Young 1959)

Dimana : do = diameter luar gasket, in

di = diameter dalam gasket, in

y = yield stress, lb/in2 (Fig. 12.11)

m = faktor gasket (Fig. 12.11)

F-45

Digunakan material gasket yaitu soft steel, dari Fig. 12.11 Brownell &

Young 1959 diperoleh :

y = 18.000 dan m = 5,5

Sehingga,

]15,555,242[18000

5,555,24218000

i

o

d

d = 1,00114

Asumsi bahwa diameter dalam gasket di sama dengan diameter luar shell

70,66991 in, sehingga :

do = 1,00114 × 70,66991 in = 71,50125 in

Lebar gasket minimum (N) :

N =

2

io dd

=

2

70,66991 71,50125

= 0,4414 in

Digunakan gasket dengan lebar 1/2 in.

Keterangan :

N = Lebar gasket minimum (in)

do = Diameter luar shell (in)

di = Diameter dalam shell (in)

Diameter gasket rata-rata, G = di + lebar gasket

= 71,91991 in

F-46

c. Perhitungan beban

Dari Fig. 12.12 Brownell & Young 1959 kolom 1 type 1.a

bo = 25,0b jika b b in, 25,02

oo N

Sehingga, b = 0,25 in

Wm2 = Hy

= x b x G x y (B & Y,1959, pers. 12.88)

= 3,14 x 0,25 x 71,91991 x 18.000

= 1.016.228,26210 lb

Keterangan :

Hy = Berat beban bolt maksimum (lb)

b = Effective gasket (in)

G = Diameter gasket rata-rata (in)

Berat untuk menjaga joint tight saat operasi digunakan Persamaan 12.90

Brownell & Young (1959) :

Hp = 2 b π G m p

= 2 x 0,25 x 3,14 x 71,91991 x 5,5 x 40,42500

= 25.105,07236 lb

Keterangan :

Hp = Beban join tight (lb)

m = Faktor gasket (fig.12.11)

b = Effective gasket (in)

F-47


P = Tekanan operasi (psi)

Beban dari tekanan internal dihitung dengan Persamaan 12.89 Brownell &

Young (1959) :

H = PG

4

. 2

42500,404

π.71,91991H

2

H = 164.141,31154 lb

Beban operasi total dihitung dengan persamaan 12.91 Brownell & Young

(1959) :

Wm1 = H + Hp

= 164.141,31154 + 25.105,07236

= 189.246,38390 lb

Berdasarkan perhitungan diatas, diperoleh Wm1 lebih besar daripada Wm2,

sehingga beban pengontrol berada pada Wm1 = 189.246,38390 lb.

Keterangan :

Wm1 = Beban berat bolt pada kondisi operasi (lb)

Wm2 = Beban berat bolt pada kondisi tanpa tekanan dalam (lb)

H = Total joint contact surface (lb)

F-48

d. Perhitungan luas baut minimum (minimum bolting area)

Dihitung dengan Persamaan 12.92 Brownell & Young (1959) :

21

1 in 46232,920.000

390189.246,38

b

m

mf

WA

Keterangan :

Am1 = Total luas bolt pada kondisi operasi (in2)

Perhitungan ukuran baut optimum berdasarkan Tabel 10.4 Brownell&Young

(1959) hal.188.

Dengan menggunakan ukuran baut = 0,625 in diperoleh data sebagai berikut :

Root area = 0,20200 in2

Bolt spacing standard (BS) = 3,00000 in

Minimal radian distance (R) = 0,93750 in

Edge distance (E) = 0,75000 in

Jumlah baut minimum = = 46,84316

Sehingga digunakan baut dengan ukuran 0,625 in sebanyak 47 buah.

Bolt circle diameter, BC = 73,60616 in.

Perhitungan diameter flange luar :

Flange OD (A) = bolt circle diameter (BC) + 2 E

Flange OD (A) = 75,10616 in

arearoot

Am1

F-49

Cek lebar gasket :

Ab aktual = Nbolt x Root Area

= 47 x 0,20200= 9,49400 in2

Lebar gasket minimum :

Nmin =

= 0,2236 in (Nmin < 0,5 in, pemilihan baut memenuhi)

e. Perhitungan moment :

1) Untuk bolting up condition (tanpa tekanan dalam)

Beban desain diberikan dengan Persamaan :

W = ½ (Ab + Am1) fa (Pers. 12.94, B & Y,1959:242)

= ½ (9,49400 + 9,46232 ).20.000

= 119.898,71891 lb

Keterangan :

W = Berat beban (lb)

Am1 = Luas baut minimum (in2)

Ab = Luas aktual baut (in2)

fa = Allowable stress (psi)

Hubungan lever arm diberikan pada Persamaan 12.101, Brownell &

Young (1959) :

Gπy2

fA allawactualb

F-50

hG = ½ (C – G)

= ½ (73,60616 – 71,91991)

= 0,84313 in

Keterangan :

hG = Tahanan radial circle bolt (in)

BC = Bolt circle diameter (in)


Flange moment adalah sebagai berikut (B & Y, 1959, Tabel 12.4) :

Ma = W x hG

= 119.898,71891 lb x 0,84313 in

= 101.089,60738 lb-in

2) Untuk kondisi saat beroperasi

Beban desain yang diberikan W = Wm1 = 119.898,71891 lb

Untuk hydrostatic end force pada permukaan dalam flange (HD)

HD = 0,785 B2p (Pers. 12.96, B & Y,1959:242)

= 0,785.(71,41991)2. 40,42500

= 161.866,96564 lb

Keterangan :

HD = Hydrostatic and force pada area dalam flange (lb)

B = Diameter dalam flange / OD shell (in)

p = Tekanan operasi (psi)

F-51

The lever arm, hD (persamaan 12.100 Brownell&Young)

hD = ½ (BC – B)

= ½ (73,60616 in – 71,41991 in)

= 1,09313 in

The moment, MD (dari persamaan 12.96 Brownell&Young) :

MD = HD x hD

= 161.866,96564 lb x 1,09313 in

= 176.940,82682 lb-in

Perbedaan antara flange-desin bolt load dengan hydrostatic end force

total adalah :

HG = W – H = Wm1 – H

= 189.246,38390 lb – 164.141,31154 lb

= 25.105,07236 lb

Momen komponen dihitung dengan persamaan 12.98 Brownell&Young:

MG = HG x hG

= 25.105,07236 lb x 0,84313 in

= 21.166,71413 lb-in

Perbedaan antara hydrostatic end force total dan hydrostatic force end

pada luas area dalam flange, HT (Persamaan 12.97, Brownell & Young) :

F-52

HT = H - HD

= 164.141,31154 lb – 161.866,96564 lb

= 2.274,34590 lb

Hubungan lever arm, hT (Persamaan 12.102 Brownell & Young, 1959):

hT = ½ (hD + hG)

= ½ (1,09313 in + 0,84313 in)

= 0,96813 in

The moment (Persamaan 12.97 Brownell&Young, 1959):

MT = HT x hT

= 2.274,34590 lb x 0,96813 in

= 2201,85112 lb-in

Jumlah moment untuk kondisi saat beroperasi, MO (Persamaan 12.97

Brownell & Young, 1959):

MO = MD + MG + MT

= 200.309,39207 lb-in

Sehingga moment saat beroperasi sebagai pengontrol:

Mmax = MO = 10.696.523,8837 lb-in

F-53

f. Perhitungan tebal flange :

t = Bf

MY

a

max (Persamaan 12.85 Brownell & Young, 1959)

K = A/B = 75,10616/71,41991 = 1,05161

Dari Fig.12.22 dengan K = 1,05161 (Brownell & Young, 1959)

Diperoleh nilai Y = 40

t = = 0,78947 in

Sehingga diambil ketebalan flange = 7/8 in

Gambar F.6. Detail untuk Flange and bolt pada Head Reaktor

13. Berat Reaktor

Berat reaktor terdiri dari :

a. Berat shell

Berat shell = ¼.π.(ODs2 – IDs

2).Ls.ρstell

Bf

MY max

Gasket

Bolt

t = tebal

flange

d =

diameter

F-54

= ¼.π.((1,81407 m)2

– (1,79502 m)2)(7,3152 m)(7.801 kg/m

3)

= 3.079,92051 kg

b. Berat head dan bottom

Berat head dan bottom = Vhb. ρstell

= (1,0677 m3)( 7.801 kg/m

3)

= 8.329,1277 kg

c. Berat tube

Berat tube = ¼.π.(OD2 – ID

2).Ls.ρstell

= ¼.π.( (1,81407 m)2

– (1,79502 m)2)(7,3152 m)(7.801 kg/m

3)

= 165.924,14005 kg

d. Berat aksesoris pada reaktor

Nozzle umpan tube

Ukuran Nozzle = 6 in

Berat Nozzle = 10 lb (Brownell & Young, 1983)

Nozzle produk tube



F-55

Nozzle pendingin masuk shell



Nozzle pendingin keluar shell



e. Berat material dalam reaktor

Berat bahan baku

Berat gas = ¼.π.ID2.Lt.ρgas.Nt

=¼.π.(1,79502m)2(7,3152m) x(1,4851 kg/m

3)(803)

= 22075,98226 kg

Berat katalis

Berat katalis = 11.074,17 kg

Berat pendingin

Berat pendingin = flow area shell (As) x Lt x ρpendingin

= (0,19333 m2)(7,31520 m)( 1008,9773 kg/m

3)

= 1.426,94050 kg

Total berat material dalam reaktor :

=(22075,98226 + 11.074,17 + 1426,94050 ) kg

= 34.577,09276 kg

F-56

Jadi, total berat reaktor = berat shell + berat head + berat tube + berat material

dalam reaktor

= 3.079,92051 kg+ 8.329,12770 kg + 165.924,14005 kg

+ 34.577,09276 kg

= 211.928,42491 kg

15. Desain Sistem Penyangga

Berat untuk perancangan = berat total reaktor

= 211.928,42491 kg

Reaktor disangga dengan 4 kaki.

Kaki penyangga dilas ditengah – tengah ketingggian (50 % dari tinggi total

reaktor).

a

h

A

thp

L

1/2 H

tbp

Gambar F.8. Sketsa sistem penyangga Reaktor

F-57

Lug Planning

Digunakan kaki (lug) tipe I-beam dengan pondasi dari cor atau beton.

Karena kaki dilas pada pertengahan ketinggian reaktor, maka ketinggian kaki:

Hlug = ½ H + L

= (½.26,58515) + 5

= 18,29258 ft

= 219,51316 in

Keterangan :

H : tinggi total reaktor 26,58515 ft

L : jarak antara bottom reaktor ke pondasi (digunakan 5 ft)

11

2

2

Gambar F.9. Kaki penyangga tipe I beam

Dipilih digunakan I-beam 10 in (B & Y, App. G, item 2)

dimensi I-beam :

kedalaman beam = 10 in

Lebar flange = 4,944 in

F-58

Web thickness = 0,594 in

Ketebalan rata-rata flange = 0,491 in

Area of section (A) = 10,22 in2

Berat/ft = 35 lb

Peletakan dengan beban eksentrik (axis 1-1) :

I = 145,8 in4

S = 29,2 in3

r = 3,26 in

Peletakan tanpa beban eksentrik (axis 2-2) :

I = 8,5 in4

S = 3,4 in3

r = 0,91 in

Cek terhadap peletakan sumbu axis 1-1 maupun axis 2-2 .

Axis 1-1

l/r = 219,51316 in / 3,26 in

= 67,33532 (l/r < 120, memenuhi)

(B & Y, 1959:201)

Stress kompresif yang diizinkan (fc):

fc =

2

2

r18.000

l1

18.000 (Pers. 4.21, brownell and Young, 1959)

F-59

=

2

2

26,318.000

219,513161

18.000

= 14.378,25356 lb/in2

fc <15.000 psi , sehingga memenuhi (Brownell and Young, p.201)

Jarak antara center line kolom penyangga dengan center line shell (a) :

a = ½ x lebar flange + 1,5

= ½ x 4,944 +1,5 = 3,972 in

y = ½ x lebar flange

= ½ x 4,944 = 2,472 in

Z = I/y

= 145,8 / 2,472 = 58,9806 in3

Beban kompresi total maksimum tiap lug (P) :

P

Gambar F.9. Sketsa beban tiap lug

F-60

P = n

WΣ

Dn

L)(HP4

bc

w

(Pers. 10.76, B & Y, 1959)

Umumnya vessel dengan penyangga lug atau lug supported memiliki

ketinggian yang lebih rendah dibandingkan skirt supported vessel, sehingga

wind load sangat minor pengaruhnya. Wind load cenderung mempengaruhi

vessel jika vessel dalam keadaan kosong. Berat vessel dalam keadaan terisi

oleh cwateran cenderung stabil (Hal.197, Brownell & Young, 1959).

P = n

WΣ

= 466.242,53480 lb / 4

= 116.560,63370 lb

Keterangan :

Pw = beban angin total pada permukaan yang terbuka, lbm

H = tinggi reaktor di atas pondasi, ft

L = jarak dari fondasi ke bagian bawah reaktor, ft

Dbc = diameter anchor-bolt circle, ft

n = jumlah penyangga, n

ΣW = berat reaktor kosong + berat liquid dan beban mati lainnya, lbm

= 466.242,53480 lbm

F-61

Menghitung beban eksentrik :

fec = Z

aP. (Pers. 10.98, B & Y, 1959)

=

58,9806

3,972 x 370116.560,63

= 7.849,68234 lb/in2

f = fc – fec

= 14.378,24356 lb/in2 – 7.849,68234 lb/in

2

= 6.528,56122 lb/in2

Luas penampang lintang :

A = f

P (Pers. 10.98, Brownell and Young, 1959)

= 7,76259 in2 < A tabel (10,22 in

2), sehingga memenuhi.

Axis 2-2

l/r = 229,3694 in / 0,91 in

= 241,22325 (l/r >120, tidak memenuhi)

(B & Y, 1959:201)

Lug Planning

P = 116.560,63370 lb

Masing-masing penyangga memiliki 4 baut (bolt)

F-62

Beban maksimum tiap baut:

Pbolt = bn

P

= 4

370116.560,63

= 29.140,15842 lb

Luas lubang baut :

Abolt = bolt

bolt

f

P (Pers.10.35, B &Y, 1959)

= 12.000

4229.140,158= 2,42835 in

2

Keterangan :

fbolt = stress maksimum yang dapat ditahan oleh setiap baut

= 12.000 psi

Digunakan baut standar dengan diameter = 2 1/4 in (Tabel 10.4,B & Y, 1959)

Ketebalan plat horizontal :

thp = allow

y

f

M6 (Pers.10.41, B & Y, 1959:193)

My =

11

2ln1

4

e

lPbolt (Pers.10.40, B & Y, 1959:192)

dengan :

thp = tebal horizontal plat, in

F-63

My = bending momen maksimum sepanjang sumbu radial, in-lb

P = beban baut maksimum, lb

= 29.140,15842 lb

A = panjang kompresi plate digunakan,

= ukuran baut + 9 in = 2 1/4 in + 9 in = 11 1/4 in

h = tinggi gusset

= 20 in (Brownell and Young, 1959, p.192)

b = lebar gusset, in

= ukuran baut + 8 in = 2 1/4 in + 8 in = 10 1/4 in

l = jarak radial dari luar horizontal plate luar ke shell, in = 6 in

µ = poisson’ratio (untuk steel, µ = 0,3) (Brownell and Young, 1959)

fallow = stress yang diizinkan = 12,000 psi

γ1 = konstanta dari tabel 10.6 Brownell and Young, 1959

e = jarak konsentrasi beban

= setengah dari dimensi nut, in

= ½ x 2 1/4 in = 1,12500 in

Ketebalam plat kompresi:

l

b = 10 1/4 in / 6 in

= 1,70833 in

F-64

Dari tabel 10.6, Brownell and Young, 1959, diperoleh γ1

γ1 = 0,009683

My =

0968,01

8125,0

62ln3,01

4

4229.140,158

= 5.779,34496 lb-in

thp = 12.000

65.779,34496

= 1,35992 in (digunakan plat standar 1 1/2 in)

Ketebalan gusset

tg = 3/8 x thp (Pers.10.47, B & Y, 1959)

= 3/8 x 1 1/2

= 9/16 in

dipilih tebal standar = 9/16 in = 0,56250 in

tg=9/16"

a=3,972"

l=6"A=10 5/8"

h=20"b=9 5/8"

2 1/4 “

2 1/4 "

1 1/4 “

h=20"

Gambar F.10. Detail Lug

F-65

Base Plate Planning

Digunakan I- beam dengan ukuran 10 in dan 35 lb/ft

Panjang kaki (Hlug) = 18,29258 ft

Sehingga berat satu lug = 18,29258 ft x 35 lb/ft

= 640,24020 lb

Beban base plate

Pb = berat 1 lug + P

= 640,24020 lb + 116.560,63370 lb

= 117.200,87390 lb m

n

0,9

5 h

b

0,8 fw

le

pa

Gambar F.11. Sketsa area base plate

Base plate area :

Abp = f

Pb

= 300

390117.200,87

= 215,04748 in2 (= Abp min)

F-66

Dengan:

Pb = base plate loading

f = kapasitas bearing (untuk cor, f = 300 psi)

Untuk posisi lug 1-1

Abp = lebar (le) x panjang (pa)

= (0,8 fw + 2n)(0,95 hb + 2m)

dengan :

fw = lebar flange (4,944 in)

hb = kedalaman beam (10 in)

m = n (diasumsikan awal)

Abp = (0,8 x 4,944 + 2n)(0,95 x 10 + 2m)

215,04748 in2

= (0,8 x 4,944 + 2n)(0,95 x 10 + 2m)

Didapat nilai n = 4,4212 in

maka,

le = (0,8 x 4,944) + (2 x 4,4212)

= 12,37920 in

pa = (0,95 x 10) + (2 x 4,4212)

= 17,92400 in

umumnya dibuat pa = le, maka dibuat pa = le = 12,37920 in

Abp,baru = 1e x pa

F-67

= 12,37920 x 12,37920

= 153,24459 in2

nbaru = 2

).8,01( we f

= 2

944,48,0 12,37920

= 4,21200 in

mbaru = 2

.95,0 ba hp

=

2

1095,0 12,37920

= 1,43960 in

Tekanan aktual, Pa :

Pa = baru bp,

b

A

P

= 153,24459

90117200,873

= 764,79615 psi

Tebal base plate:

tbp = (0,00015 x Pa x n2)1/2

= (0,00015 x 764,79615 x 4,4212 2)1/2

= 1,42662 in (digunakan plat standar 1 1/2 in)

F-68

Perancangan Pondasi

Perancangan pondasi dengan sistem konstruksi beton terdiri dari campuran

semen: kerikil : pasir, dengan perbandingan 1 : 2 : 3. Direncanakan pondasi

berbentuk limas terpancung. Dianggap hanya gaya vertikal dari berat kolom

yang bekerja pada pondasi.

Berat vesel, termasuk perlengkapannya yang diterima oleh :

I-Beam pada kondisi operasi = 466.242,53480 lbm

Berat I-Beam yang diterima oleh base plate = 117.200,87390 lbm +

Jadi berat total yang diterima oleh pondasi = 583.443,40870 lb

Digunakan tanah dengan ukuran :

Luas bagian atas (a) = 5.100,80288 in2 (71,41991 in x 71,41991 in)

Luas bagian bawah (b) = 5.840,00193 in2 (76,41991 in x 76,41991 in)

= 40,55557 ft2

Tinggi pondasi = 30 in

Volume pondasi = 1/3 x tinggi pondasi x ((a+b) + (axb)1/2

)

= 163.987,07205 in3

= 94,89993 ft3

Berat pondasi (W) = V x densitas beton

= 94,89993 ft3 x 140 lb/ft

= 13.285,98963 lb

F-69

Jadi berat total yang diterima tanah adalah

Wtot = Berat total yang diterima pondasi + berat pondasi

= 583.443,40870 lb + 13.285,98963 lb

= 596.729,39833 lb

Tegangan tanah karena beban (T) = P/F < 10 ton/ft2

Keterangan :

P = Beban yang diterima tanah (lb)

F = Luas alas (ft2)

Jadi tegangan karena beban (г) :

Г = b

Wtot

= 55557,40

833596.729,39

= 14.713,87072 lb/ft2

= 6,56869 ton/ft2 < 10 ton/ft

2

Pondasi dapat dipasang pada tanah clay, sebab tegangan tanah karena beban

kurang dari safe bearing maksimal pada tanah clay.

LAMPIRAN F TUGAS KHUSUS REAKTOR (RE-201)digilib.unila.ac.id/2066/18/LAMPIRAN-LAMPIRAN.pdf · Menghitung konstanta kecepatan reaksi (k) Persamaan kinetika reaksi untuk maleic anhydride

Documents