F-1

LAMPIRAN F

PERANCANGAN ADSORBER Ca A/B)

TUGAS KHUSUS

Kode : ADCa

Fungsi : Menghilangkan ion Ca.

Jenis : Fixed Bed Adsorber.

Alasan pemilihan : Umum digunakan untuk adsorpsi fase liquid dan tidak

memerlukan alat separasi dengan volume yang besar (Mc.

Cabe, 1999; hal 232)

Bentuk : Silinder tegak dengan isian Hypersol-Macronet MN-500

dengan tutup atas dan bawah torispherical.

Resin : Hypersol-Macronet MN-500

Gambar C.20. Adsorber Ca

regenerasi

feed

F-2

Kondisi opreasi :

Suhu : 60 oC

Tekanan : 1 atm

a. Umpan masuk

komponenaliran (kg/jam) aliran (kg/jam)

Xdensitas

input (Terserap) output (kg/m3)

H2O 6807,9572 6807,9572 0,4704 977,766

Ca(OH)2 0,3402 0,3402 2,35x10-05 1150

HCl 0,0402 0,0402 2,78x10-06 1180

Dekstrin 88,4086 88,4086 0,0061 1450

Dekstrosa 7575,7576 7575,7576 0,5235 1540

total 14472,5038 0,3402 14472,1234 1,0000 6297,7660

Diperoleh :

ρ mix =

= 1.211,7583 kg/m3

(R.K. Sinnot

238)

= 75,6476 lb/ft3

b. Data fisis

Jenis resin : Hypersol-Macronet MN-500

Nama Senyawa : Asam polystirena sulfonat divinilbenzen

Rumus Molekul : C42H42(So3-)4

Berat Molekul : 866,28

F-3

Bentuk : Granular

Particle Density (ρp) : 0,9 g/cm3= 900 kg/m3

Bulk Dry Density (ρb) :785kg/m3

Diameter rata-rata pori : 15 Å

Diameter partikel (Dp) : 8,5 mm = 0,0085m = 0,029 ft

Internal porosity(εp) : 0,8893

Void fraction, : 0,35

Sorptive capacity : 0,8kg / kg adsorbent

(Purolite.com)

Reaksi Adsorbsi ;

2R-SO3H + Ca(OH)2 (R-SO3)Ca + 2H2O

(Reynolds, T.D.1982)

1. Menentukan Diameter adsorber

a. Menentukan porositas Hypersol-Macronet MN-500

Hypersol-Macronet MN-500yang digunakan berbentuk granular dengan

sphericity,ψ = 0,65 (Purolite.com)

Dari fig. 223, hal 214; Brown, 1956 untuk partikel dengan ψ =0,65, dan

normal packing maka diperoleh porositas, X = 0,5.

b. Menentukan faktor bilangan reynold, FRe dan faktor-faktor friksi, Ff

Dari fig. 219, hal 211; Brown, 1956 dengan X = 0,5 dan ψ = 0,65, diperoleh :

FRe = 48 Ff = 1.400

F-4

c. Menentukan permeabilitas, K

K = (pers. 172, hal 217; Brown, 1956)

Keterangan :

K : permeabilitas

gc : faktor gravitasi = 32,2

Dp : diameter partikel, ft

FRe : faktor bilangan reynold

Ff : faktor – faktor friksi

K =

= 0,000029014

d. Menentukan kecepatan superficial, υ

υ = (pers. 171a, hal 217; Foust, 1956)

keterangan :

υ : kecepatan superficial, fps

ρ : densitas liquid (lb/ ft3)

μ : viskositas liquid (cp)

υ

= 0,0091 fps

= 0,0028 m/s

= 9,9399 m/ jam

F-5

e. Menentukan laju alir volumetrik, Q

Q =

=

= 11,9434 m3/ jam = 0,003318 m3/s

f. Menentukan bilangan reynold

Re =

Dimana,

Ap = external surface of solid particle (40ft2 = 4,0341m2)

(Purolite.com)

μ = 0,000215 kg/m.s

Re =

= 5.522

g. Mencari tinggi tumpukan adsorbent

Persamaan desain :

t = τ + (hal 505; Wallas, 1990)

= t - τ

Z =

t = 3,5 menit (Michelle Lidya, dkk 2012)

F-6

kd =

=

= 28,0856 m3/kg adsorbent

ρb =785kg/ m3

untuk 1 butir Hypersol-Macronet MN-500dengan dp = 0,0085 m

jika bentuk Hypersol-Macronet MN-500granular dengan asumsi L = dp,

maka :

V/ butir Hypersol-Macronet = π/4 dp2 L

= 5,42 x 10-7 m3

Pengotor yang akan diadsorb = 0,3402kg/ jam

= 244,9440kg(1 bulan = 720 jam)

Kemampuan adsorpsi = 0,8 kg pengotor/ kg adsorbent

Banyak adsorben

= 0,4253 kg adsorbent/jam

= 307 kg (1 bulan = 720 jam)

Volume adsorber =

= 0,39 m3 = 13,773ft3

Banyak butir adsorben

= 719.420 butir

Total Ap = 719.420 butir x 4,0341m2

F-7

= 2.673.519 m2

h. Penentuan kL

Na = kL x ΔC (tabel 3.1, hal 49; Treyball, 3rd Ed, 1980)

Na =

BM Ca = 74,0930 kg/ kgmol

Moles transferred

= 3,3059 kmol (1 bulan)

Time = 720 jam

CAadsorbed

= 0,0004 kmol/ m3

Na

= 4,467 x10-6 kmol/ m2. Jam

CA sebelum teradsorb di dalam solven, CA1 :

Kmol = 0,3402 kg/ 74,0930 = 0,0046 kmol/ jam

= 3,3059 kmol (1 bulan)

CA1

= 0,0004 kmol/ m3

CA sisa sesudah teradsorb di dalam solven, CA2 :

Kmol = 0 kg/ 74,0930 = 0 kmol/ jam

F-8

= 0 kmol ( 1 bulan)

CA2

= 0 kmol/ m3

kL

= 0,0116 kmol/ m2. jam

CA2/CA1 = 0

τ = 2 (Fig. 15.13, hal 504; Wallas, 1990)

Z

= 1,69 m

Over design 10 %

Z = 1,99 m = 6,54 ft

Z = H standar = 7 ft = 2,02 m

i. Menentukan total fraksi kosong dalam fixed bed (εb)

εb = ε + (1-ε) x εp (pers. 16.4, hal 16-11; Perry 7th Ed, 1999)

= 0,35 + (1-0,35) x 0,8893

= 0,928

j. Menentukan pressure drop (ΔP) adsorber

ΔP = Z

(pers. 6.66, hal 200; Treyball, 1980)

Keterangan :

F-9

εb : fraksi kosong dalam fixed bed = 0,928

dp : diameter partikel = 0,003 m

υ : kecepatan superficial = 3,8734m/s

Re : bilangan reynold =8.325.489,3131

ρ : densitas fluida =1.211,758 kg/ m3

gc : faktor konversi gravitasi = 9,8066

Z : tinggi =2,028 m

ΔP = 2,02

= 60.472,0957kg/m.s2

= 0,5968 atm = 8,7707 psi

k. Perhitungan tekanan adsorber

Kondisi operasi : P = 1 atm = 14,7 psi

T = 60oC

Over design factor =10% (Wallas, 1988; hal 623)

P desain = 1,1 x 14,7 psi

= 16,17 psi = 1,1 atm

l. Menentukan Luas Penampang Adsorber (A)

A = v

Q

-dimana ; Q = Laju Alir Volumetrik (m3 / Jam)

v = Kecepatan Superficial ( m / Jam)

F-10

A = m/Jam9,206

/Jam3m11,9434

= 1,30 m2/jam

m. Menentukan diameter adsorber

Volume Adsorber = 0,39 m3

π/4 D2 Z = 0,39 m3

D = 0,4514 m = 1,48ft = 17,7716 in

D standar = 2 ft = 24 in = 0,6096 m

2. Menentukan tebal tangki

ts = + C (Brownell, 1959; pers 13.1, hal 254)

keterangan :

f : allowable stress (18.750 psi)

ri : jari-jari dalam tangki (90 in)

E : efisiensi pengelasan (80%, double welded joint)

Brownell, 1959; tabel 13.2, hal 254

C : faktor korosi (0,25 in) Timmerhaus 5th Ed, 2003; hal 542

ts = + 0,25

= 0,347 in

Maka digunakan tebal standard 3/8 in (Brownell, 1959; tabel 5.7, hal 90)

F-11

Dari tebal shell yang telah diperoleh, maka diameter luar dapat dihitung dengan:

OD = 2 ts + Di

= 2 (0,375) + 24in

= 24,75 in = 2,0625 ft = 0,6287 m

Digunakan ODstandar = 26 in

3. Perancangan head tangki

Bentuk : torispherical dished head

Alasan pemilihan : sesuai untuk tangki vertikal bertekanan rendah 15-

200 psi (Brownell, 1959; hal 88)

Gambar C.21. Dimensi Torispherical Dished Head

Dari tabel 5.7, hal 90; Brownell, 1959, untuk OD = 26in

Inside corner radius, icr = 1 5/8 in

Jari-jari crown, rc = 24 in

OD

ID

ABicr

b = tinngidish

a

t

r

OA

sf

C

F-12

4. Menentukan tebal head

th = + C (Brownell, 1959; pers 7.77, hal 138)

dimana w = ¼ (3+ ) (Brownell, 1959; pers 7.76, hal 138)

w = 0,7903 in

th = 0,317

Maka digunakan tebal standard 3/8 in (Brownell, 1959; tabel 5.7, hal 90)

5. Menentukan tinggi head, OA

b =

= 3,5794 in

Dari tabel 5.6 hal 88, Brownell, 1959, untuk th3/8 in , maka nilai sf = 1,5-3

dipilih panjang straight flange, sf = 3 in = 0,25 ft

Tinggi dished head (OA) = b + sf + th

= 3,5794in + 3 in + 0,375 in

= 6,9544 in = 0,1766 m = 0,5795 ft

HT = Hs + tinggi distributor + 2 Hdished head

= 8 ft + (0,2 x 8 ft) + (2 x 0,5795 ft) = 10,7590 ft

= 3,2793m = 129,108 in

6. Penyangga tumpukan adsorban (Bed support/Grid support)

Grid support dirancang untuk menyangga adsorban agar mencegah kelebihan

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

22

2)(

icr

IDicrrcrc

F-13

CfPCdt

'

(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

= 14,7 psi

b. tekanan karena adsorban

volume dan berat adsorban = 0,93 m3

Tekanan karena adsorbanA

berat adsorban

21,30

307

m

kg

= 236,15 kg/m2

Perforated plate yang digunakan mempunyai lubang dengan luas sama dengan

50 % luas area. Tebal plate dihitung dengan persamaan (13.27 Brownell &

Young, 1959)

dengan

t = tebal minimum plate, in

d = diameter plate, in

P = tekanan perancangan, psi

f = maksimum allowable stress, psi

F-14

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

C = Corrosion allowance, in

Pdesign = 16,17 psi

Bahan konstruksi seperti yang digunakan sebagai bahan shell yaitu Carbon Steel

SA 283 dengan spesifikasi yaitu allowable stress = 12.650 psi dan corrosion

allowance = 0,125 inchi

t = 1,298 in

diambil tebal standart = 1 3/8 in

7. Desain Perpipaan dan Nozzle

a. Pipa umpan

Digunakan pipa dengan diameter optimum sebagai berikut :

Diameter optimum, d = 260 G0,52ρ-0,37 (Pers. 5.15 Coulson, Vol.6)

Data perhitungan :

Laju alir massa, G = 14.472,5 kg/jam = 4,02 kg/s

Densitas campuran, ρmix = 1.211,7583 kg/m3 = 75,6476 lb/ft3

Viskositas campuran, μmix = 0,2418 cp = 0,0003 kg/m.s

Aliran adalah turbulen, NRe > 4000

Maka :

Diameter optimum, Dopt.= 260 G0,52ρ-0,37

= 38,7538 mm = 1,5 in

Dipilih : (Appendiks A.5, Geankoplis, 1993 :892)

Nominal pipe standar (NPS) = 1,5 in

F-15

Sch. Number = 40 (standar)

Diameter dalam, ID = 1,6 in = 0,04 m

Diameter luar, OD = 1,9 in = 0,05 m

Bilangan Reynold, NRe =

= 486.559,6

b. Pipa output

Digunakan pipa dengan diameter optimum sebagai berikut :

Diameter optimum, d= 260 G0,52ρ-0,37 (Pers. 5.15, Coulson, Vol.6)

Data perhitungan :

Laju alir massa, G = 14.481,5 kg/jam = 4 kg/s

Densitas campuran, ρmix = 1.211,7583 kg/m3 = 75,6476 lb/ft3

Viskositas campuran, μmix = 0,5522 cp = 0,0006 kg/m.s

Aliran adalah turbulen, (NRe) > 4000

Diameter optimum, d = 260 G0,52ρ-0,37

= 38,77 mm = 1,5266 in

Dipilih : (Appendiks A.5, Geankoplis, 1993 :892)

Nominal pipe standar (NPS) = 1,5 in

Sch. Number = 40 (standar)

Diameter dalam, ID = 1,6 in = 0,0409 m

Diameter luar, OD = 1,9 in = 0,0483 m

Bilangan Reynold, NRe =

= 486.559,6

mix

mix

μ

vIDρ

mix

mix

μ

vIDρ

F-16

Spesifikasi nozzle berdasarkan Appendiks F, Brownell & Young (1959) dapat

dilihat pada tabel berikut :

Tabel F.4. Spesifikasi Nozzle

Nozzle NPS (in)OD pipa

(in) L (in) DR (in) n (in) J (in)Pipa umpan 1,5 1,9 10 3,625 0,3 6Pipa output 1,5 1,9 10 3,625 0,3 6

8. Menghitung Berat Adsorber

ρstell = 489 lb/ft3 (App.D Item 3 Brownell & Young, 1959 : 341)

a. Berat dish

OD dish = 61 in = 1,549 m

Panjang straight flange = 2 in

Inside corner radius = 3,625 in

Ketebalan dish (td) = 0,1875 in = 0,0156 ft

Untuk t < 1 in (t = 3/4 in) perkiraan blank diameter (bd) adalah :

bd = OD + icrxxsfOD

322

42

= 68,869 in =5,739 ft

Volume dish = ¼ x π (bd)2

x t

= 0,404 ft3

Berat dish = Volume dish x ρstell

= 197,553 lb = 89,608 kg

b. Berat shell

Diameter dalam shell, ID = 24 in = 0,6096 m

Ketebalan shell, ts = 0,347 in = 0,009 m

F-17

Diameter luar shell, OD = 24,75 in = 0,6287 m

OD dibulatkan menjadi = 26 in = 0,7 m

Tinggi shell, (Hs) = 129,108 in = 3,279 m

Volume shell tanpa dish = ¼ π x Hs x (OD2 – ID2)

= 0,2397 m3 = 8,56 ft3

Volume Shell Total = Volume Shell tanpa dish + (2 x Volume dish)

= 8,56 + (2 x 0,404)

= 9,368 ft3

Berat shell = Volume shell x ρstell

= 4.186,324 lb = 1.883,85 kg

c. Berat aksesoris

Berat pipa

Perhitungan berat pipa berdasarkan Fig.12.2, hal. 221 Brownell & Young

(1959) sebagai berikut :

No Pipa Ukuran Pipa (in) Berat Pipa (lb)1 Pipa umpan 1,5 102 Pipa output propilena 1,5 10

Total 20

d. Berat material dalam adsorber

Berat umpan yang terserap = 0,3402 kg/jam

Waktu breaktrough = 0,06 jam

Berat Ca yang terserap dalam 1 siklus adalah:

= 0,3402 kg/jam x 0,06 jam

= 0,02 kg

F-18

Berat adsorben = 307 kg

Berat material total = 307,02 kg

Berat mati adsorber = berat vessel dan perlengkapan + berat material +berat

aksesoris

= 2.200,22 kg

9. Perencanaan 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 = 16,1822 psi (1,1011 atm)

Material flange = Carbon Steel SA-240 Grade A

Bolting steel = Carbon Steel SA–193 Grade B6

Material gasket = Asbestos compocition

Diameter luar shell, B = 0,6287 m = 24,75 in

Ketebalan shell = 0,347 in = 0,009 m

Diameter dalam shell = 26 in = 0,7 m

Tegangan dari material flange (fa) = 15.600 psi

(app. D item 4, B & Y, 1959 : 342)

Tegangan dari bolting material (fb) = 19.300 psi

(app. D item 4, B & Y, 1959 : 344)

F-19

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

Gambar F.4. Tipe Flange dan Dimensinya

b. Perhitungan lebar gasket:

)]1([

mPxy

Pxmy

d

d

i

o (Persamaan 12.2 Brownell & Young)

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)

Asumsi tebal gasket dengan material asbestos 1/8 in, dari Fig. 12.11

Brownell & Young diperoleh:

y = 1.600 dan

m = 2

Sehingga,

h

w

R hD

t

C

B

hG

t

Hg

Ht

G

go

g1

g½

Gasket

A

F-20

]1217,16[600.1

217,16600.1

x

x

d

d

i

o = 1,0003

Asumsi bahwa diameter dalam gasket di sama dengan diameter luar shell 61

in, sehingga :

do = 1,0003 x 24,75 in = 24,85 in

tebal gasket minimum= 0,5 x (do/di) = 0,5019 in = 0,0127 m

Sehingga digunakan gasket dengan tebal 3/16 in.

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

= 24,9375 in

c. Perhitungan beban

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

bo = 25,0bjikabb in,125,02 oo N

Sehingga, b = 0,125 in

Wm2 = Hy = b x π x G x y

= 11.751 lb

Berat untuk menjaga joint tight saat operasi digunakan Persamaan 12.90

Brownell & Young (1959) :

Hp = 2 x b x π x G x m x P

= 569,164 lb

Beban dari tekanan internal dihitung dengan Persamaan 12.89 Brownell &

Young (1959) :

H = xPG

4

2

= 9.462,3563 lb

F-21

Beban operasi total dihitung dengan persamaan 12.91 Brownell & Young:

Wm1 = H + Hp

= 10.031,52 lb

Wm1 lebih besar dari Wm2,

Sehingga beban pengontrol, Wm1 = 10.031,52 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)

Hp = Beban join tight (lb)

Am1 = Total luas bolt pada kondisi operasi (in2)

Am2 = Total luas bolt pada kondisi tanpa tekanan dalam (in2)

d. Perhitungan luas baut minimum (minimum bolting area)

Dihitung dengan Persamaan 12.92 Brownell & Young (1959) :

211 in5016,0

b

mm f

WA

C = ID+(2(1,145go + R)

Di mana, go = 0,1875 (Brownell&Young, 1959 : 242)

Perhitungan ukuran baut optimum berdasarkan Tabel 10.4 Brownell&Young

(1959) hal.188.

Ukuran Bolt (in) Root area

Min. no of bolt R Bs E C=ID+2(1,415go + R)

½ 0,1260 196,2611 13/16 3,0000 5/8 123,24

F-22

5/8 0,2020 122,4203 15/16 3,0000 3/4 123,07¾ 0,3020 81,8838 1 1/8 3,0000 13/16 123,32

0,8750 0,4190 59,0189 1,2500 3,0000 1,3125 123,241,0000 0,5510 44,8800 1,3750 3,0000 1,0625 124,07

Dipilih ukuran baut = 1 in, diperoleh data sebagai berikut :

- Root area = 0,1260 in2

- Bolt spacing standard (BS) = 3 in

- Minimal radian distance (R) = 1,33 in

- Edge distance (E) = 0,2 in

Jumlah baut minimum = = 3,98

Sehingga digunakan baut dengan ukuran 1 in sebanyak 5 buah.

Bolt circle diameter, C = 123,24 in

Perhitungan diameter flange luar :

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

Flange OD (A) = 123,61 in

Cek lebar gasket :

Ab aktual = N x Root Area

= 5,04 in2

Lebar gasket minimum :

Nmin = Gy

fxA allawb

2aktual

= 0,4021 in (Nmin < 0,25 in, pemilihan baut memenuhi)

e. Perhitungan moment :

1) Untuk bolting up condition (no internal pressure)

arearoot

Am1

F-23

Beban desain diberikan dengan Persamaan 12.94, Brownell & Young

(1959):

W = ½ x (Ab + Am) fa

= 55.415,76 lb

Hubungan lever arm diberikan pada Persamaan 12.101 Brownell &

Young (1959) :

hG = ½ x (BC – G)

= 49,15 in

Flange moment adalah sebagai berikut :

Ma = W x hG

= 40.224,488 lb.in

2) Untuk kondisi saat beroperasi

Beban desain yang diberikan W = Wm1 = 10.031,52 lb

Untuk hydrostatic end force pada permukaan dalam flange (HD)

HD = 0,785 x B2p (Persamaan 12.96 Brownell&Young)

= 220.824,54 lb

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

hD = ½ x (BC – B)

= 1,37 in

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

MD = HD x hD

MD = 302.437,61 lb.in

F-24

Perbedaan antara flange-desin bolt load dengan hydrostatic end force

total adalah :

HG = W – H = Wm1 – H

= 162.589 lb

Momen komponen dihitung dengan persamaan 12.98 Brownell&Young:

MG = HG x hG

= 3.514 lb.in

Perbedaan antara hydrostatic end force total dan hydrostatic force end

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

HT = H - HD

= 800 lb

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

hT = ½ x (hD + hG) = 1,32 in

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

MT = HT x hT

= 1.058 lb.in

Jumlah moment untuk kondisi saat beroperasi, MO (Persamaan 12.97

Brownell & Young, 1959):

MO = MD + MG + MT

= 307.010 lb-in

Sehingga moment saat beroperasi sebagai pengontrol:

Mmax = MO = 307.010 lb-in

F-25

f. Perhitungan tebal flange :

t = Bf

MY

a

max (Persamaan 12.85 Brownell & Young, 1959)

K = A/B = 1,0258

Dari Fig.12.22 dengan K = 1,0257 (Brownell & Young, 1959)

Diperoleh nilai Y = 75

t = 0,4 in

Sehingga diambil ketebalan flange = 0,4 in

Gambar F.5.Detail untuk Flange and bolt pada Head Adsorber

10. Desain Sistem Penyangga

Berat untuk perancangan = berat total adsorber

= 8.399,405 lb = 3.809,906 kg

Adsorber disangga dengan 4 kaki.

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

adsorber).

Gasket

Bolt

t = tebal flange

d = diameter baut

F-26

Gambar F.6. Sketsa sistem penyangga adsorber

Leg Planning

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

F-27

11

2

2

Gambar F.7. Penyangga tipe I beam

Karena kaki dilas pada pertengahan ketinggian adsorber, ketinggian kaki:

(l) = ½ H + L

dengan :

H : tinggi total adsorber, ft

L : jarak antara bottom adsorber ke pondasi (digunakan 11 ft)

Height (l) = ½ x 10,7577 ft + 10 ft

= 15,38 ft = 184,55 in

digunakan I-beam 8 in (Brownell and Young, App. G, item 2)

dimensi I-beam :

kedalaman f beam (h) = 5 in

Lebar flange (b) = 3,2840 in

Web thickness = 0,4940 in

Ketebalan rata-rata flange = 0,3260 in

Area of section (A) = 4,2900 in2

Berat/ft = 14,750 lb/ft

Peletakan dengan beban eksetrik (axis 1-1) : I = 15 in4

F-28

S = 6 in3

r = 1,8 in

Peletakan tanpa beban eksetrik (axis 2-2) I = 1,7 in4

S = 1 in3

r = 0,63 in

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

Axis 1-1

l/r = 102,5258 in

(l/r < 120, memenuhi) (Brownell and Young, 1959, p.201)

Stress kompressif yang diizinkan (fc):

(fc) =)r./18.000(l1

18.00022

= 14.759,484 lb/in2 (<15,000 psi , sehingga memenuhi)

(Brownell and Young, p.201)

jarak antara center line kolom dengan center line shell (a):

a = ½ b +1,5 = 3,5855 in

y = ½ b = 2,0855 in

Z = I/y = 30,784 in3

Beban kompresi total maksimum tiap leg (P) adalah:

n

WΣ

Dn

L)(HP4P

bc

w

(Pers. 10.76, Brownell and Young, 1959)

dengan :

Pw = beban angin total pada permukaan yang terbuka, lb

F-29

H = tinggi adsorber di atas pondasi, ft

L = jarak dari fondasi ke bagian bawah adsorber, ft

Dbc = diameter anchor-bolt circle, ft

n = jumlah penyangga, n = 4

ΣW = berat adsorber kosong + berat gas dan beban mati lainnya, lb

= 3.809,906 lb

Diasumsikan adsorber diletakkan dalam ruangan (fee from wind) dan lokasi

pabrik diasumsikan bebas dari gempa, sehingga Pw = 0, kemudian persamaan di

atas menjadi:

n

WΣP = 952,476 lb

Beban eksentrik (fec) = Z

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

= 110,9377 psi

f = fc – fec = 14.648,546 psi

A = f

P = 0,065 in2 < A table (5,83 in2), memenuhi.

Axis 2-2

l/r = 239,817 (l/r > 120, tidak memenuhi)

(Brownell and Young, 1959, p.201)

Leg Planning

P = 952,476 lb

Each support have 4 bolt

Pbolt = P/nb = 238,119 lb

F-30

Abolt = bolt

bolt

f

P(Pers.10.35, Brownell and Young1959)

Where : fbolt = stress maksimum yang dapat ditahan setiap baut = 12,000 psi

Abolt = 0,0198 in2

Digunakan baut thread standar dengan diameter = 1 in

(Brownell and Young, 1959, table. 10.4)

Ketebalan plat horizontal

tbp= allow

y

f

M6(Pers.10.41, Brownell and Young, 1959)

My= hA)1(12

RbPt2

223

(Pers. 13.2, MV, Joshi)

β =

22

2

tR

134

dengan :

tbp = tebal horizontal plat, in

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

t = tebal shell = 0,1875 in

fallow = Stress yang diizinkan = 12.000 psi

R = jari-jari shell = 29,971 in

n

WΣP = 952,476 lb

b = jarak dari bagian tengah shell ke tengah kolom = 9 in

A = panjang kompresi plate digunakan,

= kedalaman beam + 1 in = 10 in

h = height of gusset = 12 in

μ = poisson’ratio (for steel μ = 0,3)

F-31

β = 0,625 /in2

My = 295,138 lb.in

fallow = stress yang diizinkan untuk (23.938 psi)

tbp = 0,272 in. Digunakan plat standar dengan ketebalan 5/16 in

Ketebalan vertikal plate

(tg) = 3/8 x thp = 0,1172 in

diambil 1/4 in.

Base Plate Planning

digunakan I- beam dengan ukuran 8 in

Length of leg (l) = 194,252 in = 16,187 ft

Sehingga berat satu leg = (l) x 14,75 = 238,768 lb

Beban base plate (Pb) = berat 1 leg + P

= 1.191,245 lb

Base plate area (Abp) = Pb/f

Dengan:

Pb = base plate loading

f = kapasitas bearing (untuk cor, f = 1200 psi)

(Brownell and Young, 1959, table. 10.1)

Abp = 0,993 in2 (= Abp min)

Untuk posisi lug 1-1

Abp = lebar (l) x panjang (p)

= (0,8 b + 2n)(0,95 h + 2m)

asumsi awal m = n

dengan :

F-32

b = lebar flange = 4,171 in

h = kedalaman beam = 8 in

Abp = 0,993

m = n = 1,251

maka, l = (0,8 x 4,171) +( 2 x 1,25) = 5,8394

p = (0,95 x 8) +( 2 x 1,25) = 10,1026

umumnya dibuat p = 6, maka dibuat p l = 6 in

Abp,baru = 36 in2

nbaru = 1,1336 in

mbaru = 1,25 in

tebal base plate:

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

dengan :

p = tekanan aktual p

= P/ Abp,baru = 26,457 psi

tbp = 0,0839 in. Digunakan plat standar 3/16 in

11. Vibrasi

Perioda dari vibrasi pada vessel harus dibatasi, karena vibrasi yang berlangsung

dalam perioda yang cukup lama akan menimbulkan suatu kerusakan pada

vessel.

Perioda vibrasi yang terjadi saat operasi (T) adalah :

(Pers. 9.68, Brownell and Young, 1959)

Keterangan :

21

51065.2

t

Dw

D

HT

F-33

D = OD menara = 61 in = 5,08 ft

H = Tinggi vessel temasuk penyangga = 16,187 ft

w = Berat vessel (lb/ft tinggi) = 253,358 lb/ft

t = Ketebalan shell (in) = 0,1875 in

Maka :

T = 0,0067 detik

Berdasarkan Tabel 9.3 (Brownell and Young, 1959) untuk periode vibrasi

kurang dari 0,4 detik diperoleh C = 0,2

Sedangkan periode maksimum vibrasi dirumuskan dengan Megyesy (1983)

yaitu :

(Megyesy, 1983 : 60)

Keterangan :

V : total shear = V = CW = 761,981 lb

g : percepatan gravitasi = 32,2 ft/s2

Maka :

Ta = 1,268 detik

Keterangan :

T : periode vibrasi yang terjadi pada saat operasi (detik)

Ta : periode maksimum vibrasi yang diijinkan (detik)

T < Ta (memenuhi periode vibrasi diijinkan)

12. Desain Anchor Bolt

Vessel harus merekat erat pada concrete fondation, beam dengan anchor bolt.

Jumlah anchor bolt harus 4 atau kelipatannya untuk setiap vertikal vessel, pada

vessel yang tinggi sebaiknya menggunakan 8 buah anchor bolt atau tergantung

Vg

WH0,80Ta

F-34

pada besarnya diameter vessel. Agar merekat kuat pada concrete fondation,

anchor bolt sebaiknya tidak dipasang terlampau dekat, yakni tidak kurang dari

18 in (Megyesy, 1983).

Diameter tempat bolt-bolt dipasang diasumsikan sebesar = 30 in

• As = Area di dalam lingkaran bolt = 706,5 in2

• CB = Circumference pada lingkaran bolt = 94,2 in2

• Menentukan area bolt =

Karena tidak ada pengaruh angin, maka T diabaikan.

Keterangan :

SB = Maximum allowable stress value dari material bolt, SA 193 Grade B6 = 19.300

psi

N = jumlah dari anchor bolts = 4 buah

Area bolt yang diperlukan = 8.10-6

Dipakai bolt ukuran 1/2 in dengan area seluas = 0,1260 in 2

13. Beban Karena Gempa

Magnitud akibat tekanan gempa merupakan hasil dari berat vessel dan

koefisien seismic (C) yang merupakan fungsi dari vibrasi.

• Momen karena gempa

Msx =

Keterangan :

Msx = Moment bending, in-lb

2

2 34

H

XHXwC

NS

CTB

B

B

.

.4

F-35

C = 0,2 s ( Tabel 9.3, Brownell & Young, 1959, untuk zona 3 dan t

0,4 s)

X = H = Tinggi menara total = 16,187 ft

W = Berat menara = 3.809,906 lb

Msx = 98.677, 751 in.lb

• Stress karena gempa, fsx

fsx = (Brownell and Young, 1959, pers. 9.72)

Keterangan :

r = jari-jari menara (in) = 29,971in

ts = tebal shell (in) = 0,1875 in

c = faktor korosi (in) = 0,1250 in

Maka :

fsx = 559,762 psi

14. Perancangan Pondasi

Perancangan pondasi dengan sistem konstruksi pondasi 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.

Asumsi tanah pondasi adalah clay dengan safe bearing maksimal = 10 ton/ft2

(Tabel 12,2 Hess & Rushton).

Pondasi dibuat dari beton dengan specific gravity = 2,65 dan densitas = 140

lb/ft3 (Dirjen Bina Marga DPU & Tenaker).

)2 ctr

M

s

sx

F-36

Maka :

a. Berat menara (termasuk perlengkapannya) :

Berat mati adsorber pada kondisi operasi = 3.809,906 lb

Material skirt = Carbon Steel SA-30

Densitas material = 0,2790 lb/in3 = 482,1120 lb/ft3 (Appendiks D

Item 3, Brownell & Young, 1959 : 341)

Berat penyangga yang diterima oleh base plate (Pb) = 803,982 lb

Jadi berat total yang diterima pondasi adalah = 4.613,888 lb

b. Digunakan tanah dengan :

Luas bagian atas (a) = (2,5 m x 2,5 m) = 9.687,4609 in2

Luas bagian bawah (b) = (3 m x 3 m) = 13.949,9438 in2

Tinggi pondasi = 30 in

c. Volume pondasi (V) = (1/3) × tinggi pondasi × ((a + b) + (a ×b)1/2)

= 352.623,5782 in3 = 204,0646 ft3

d. Berat pondasi (W) = V × densitas beton = 28.569,0397 lb

e. Jadi berat total yang diterima tanah adalah = berat total yang diterima pondasi

+ berat pondasi = 33.182,928 lb

f. Tegangan tanah karena beban (τ) = P/F < 10 ton

Keterangan :

P = beban yang diterima tanah (lb) = 33.182,928 lb

F = luas alas (ft2) = 96,8746 ft2

F-37

P/F = 342,535 lb/ft2 = 0,155 ton/ft2 (memenuhi)

Pondasi dapat dipasang pada tanah clay, karena tegangan tanah karena beban (τ)

kurang dari safe bearing maksimal pada tanah clay.

15. Regenerasi Resin

Kebutuhan Regeneran

Regeneran yang digunakan adalah asam sulfat konsentrasi 4% vol.

Kapasitas regeneran = 6,875 lb regeneran/ft³ resin

(Perry's, ed.7th, 1997, Tabel. 16-19, hal. 16-66)

Kebutuhan resin = 461,796 lb metakrilat/46,822 lb/ft3

= 9,863 ft3

Kebutuhan teoritis = Kapasitas regeneran × Kebutuhan resin

= 6,875 sin3 reft

regeneranlbx 13,773ft3’

= 94,689 lb regeneran

Over design = 10 %

Kebutuhan = 1,1 x 94,689 lb regeneran

= 104,158 lb regeneran

Densitas regeneran = 1.021,6 kg/m3 = 8,530 lb/gal

(Perry’s, 3ed., 1950, Tabel. 122, hal.184)

Jadi volume regeneran = 12,211 gal = 1,940 m3

F-38

Waktu Regenerasi

Flowrate regenerasi = 5 gpm/ft²

(Perry’s, ed.7th, 1999, Tabel 16-19, hal.16-66)

Waktu pencucian selama 10 menit

Flowrate air pencuci = 5 gpm/ft² (Powell, 1954, hal. 59)

Waktu regenerasi =sinreLuasFlowrate

regeneranVolume

= 0,756 menit

Waktu pembilasan selama 5 menit

Total waktu = waktu pencucian + waktu regenerasi +

waktu pembilasan

= 10 + 0,756 + 5

= 15,756 menit

Jumlah air pencuci dan pembilas, Vwb yaitu:

Vbw = (tpencucian + tpembilasan ) × Flowrate regenerasi × Luas resin

= (10+5) menit x 5 gpm/ft² x 40ft2

= 3000 gal