Kuliah ke-5PERALATAN INDUSTRI KIMIA

Oleh

HeriyantoBEJANA PROSES

TEKANAN DESAINBejana dengan tekanan internal Tekanan rancangan (Pd) sebesar 110 % dari tekanan kerja maksimum gauge (Pw).Pd = 1,1 PwBejana berisi cairan. Tekanan rancangan bagian bawah bejana sebesar tekanan kerja maksimum ditambah tekanan hidrostatik.

Pd = Pw + Ph

TEKANAN DESAINBejana vakum, tekanan luar, atau keduanya. Tekanan rancangan dapat diputuskan sebagai berikut.

Kasus-1: Di dalam bejana bertekanan vakum dan di luarnya atmosferik.

Pd = 1 PiDengan Pi = tekanan absolut dalam bejana.

TEKANAN DESAINKasus-2:Di dalam bejana bertekanan atmosferik dan di luarnya di atas atmosferik

Pd = 1,1 Pw

Kasus-3: Di dalam bejana bertekanan vakum dan di luarnya di atas atmosferikPd = 1,1 Po + (1 Pi)

Tekanan rancangan jangan melebihi 200 bar.

SUHU DESAINBejana tanpa pemanasan. Suhu rancangan (Td) sebesar suhu maksimum material yang disimpan (Tm) ditambah 25 oC.

Td = Tm + 25

Bejana dengan pemanasan tak langsung melalui sebagian badannya seperti dengan steam, air panas, atau sejenisnya. Suhu rancangan sebesar suhu maksimum media pemanas (Th) ditambah 25 oC.

Td = Th + 25

SUHU DESAINBejana dengan pemanasan langsung dengan api, flue-gas, listrik, atau reaksi eksotermik.Jika bejana dilapisi bahan insulasi, suhu rancangan sebesar suhu maksimum material dalam bejana ditambah 25o C.

Td = Tm + 25

Jika bejana tanpa dilapisi insulasi, suhu rancangan sebesar suhu material bagian dalam ditambah paling sedikit 50 oC. Dalam kebanyakan kasus, suhu rancangan minimum tidak kurang dari 250o C

Suhu maksimum fluida dalam bejana dibatasi oleh material bejana.

TEBAL DINDING BEJANAPerbandingan antara tebal dinding (t) dan diameter dalam (Di),

Bejana dengan dinding tipis, jika

Bejana tanpa lapisan atau dengan las-lasan, tebal dinding tidak kurang dari 2 mm.Bejana dengan material aluminium atau paduan aluminium, tebal minimum 3 mm.

TAMBAHAN KOROSIBejana dengan material baja karbon dan besi cor, tambahan korosi 1,5 mm kecuali tube, dan 3 mm untuk industri minyak atau industri kimia dalam beberapoa kondisi tertentu.

Bejana dengan material baja tahan karat (stainless steel) dan non-feros, biasanya tanpa tambahan korosi.

Jika tebal dinding lebih dari 30 mm, tambahan korosi dapat ditiadakan.

EFISIENSI SAMBUNGANKlas I :Bejana yang berisi bahan mematikan atau beracun yang dioperasikan pada berbagai kondisi. Efisiensi sambungan 1,00 dengan double-welded butt-joints fully penetrated atau 0,9 jika single-welded but-joints dengan backing strip. Keduanya erlu uji radiograf penuh

EFISIENSI SAMBUNGANKlas II : Bejana untuk beban medium. Kebanyakan peralatan proses kimia termasuk kategori ini. Efisiensi sambungan biasa diambil 0,85 untuk double-welded butt-joints fully penetrated atau 0,8 untuk single-welded but-joints dengan backing strip. Tebal dinding bejana ditambah tambahan korosi jangan melebihi 38 mm.

EFISIENSI SAMBUNGANKlas III :Bejana untuk beban ringan yang mempunyai tebal dinding tidak lebih 16 mm tidak termasuk tambahan korosi tekanan kerja maksimum 3,5 bar uap atau 17,5 bar tekanan rancangan hidrostatik dan suhu tidak lebih 250o C tanpa api. Tidak perlu uji radiograf. Semua material dapat dipakai. Efisiensi sambungan antara 0,5 dan 0,7

TEBAL DINDING BEJANATebal dinding menurut ASME

Jika ,

maka,

TEBAL DINDING BEJANAdengan:ts = tebal dinding (sheel) tanpa tambahan korosip = tekanan rancanganRi = jari-jari dalam bejanaDi = diameter dalam bejanaS = tegangan bahan yang diizinkan (allowable stress)E = efisiensi sambungan

TEBAL DINDING BEJANAPersamaan BS-5500 dan Standar India,

dengan:ts = tebal dinding (sheel) tanpa tambahan korosip = tekanan rancanganRi = jari-jari dalam bejanaDi = diameter dalam bejanaS = tegangan bahan yang diizinkan (allowable stress)E = efisiensi sambungan

TEBAL DINDING BEJANABEJANA BOLA

Tebal dinding,

HEADFlat HeadBiasa dipakai untuk manhole dalam bejana proses tekanan rendah atau untuk bukaan bejana. Hanya dapat dipakai untuk diameter bejana yang kecil. Pada diameter besar atau tekanan tinggi head dapat melengkung.

HEADFlanged-only Head. Termasuk flat head tetapi dengan perubahan gradual pada bentuk sudutnya untuk mengurangi tegangan. Tekanan atmosferik untuk cairan bertekanan uap rendah seperti minyak bakar, kerosen, dll. Jenis ini juga dipakai untuk bejana silinder vertikal yang diletakkan di atas beton

HEADFlanged Standard Dished Head dan

Flanged Shallow Dished

Kedua jensi head ini memiliki dua radius, yaitu crown radius dan knuckle radius. Jika crown radius lebih besar dibanding diameter luar bejana disebut flanged and shallow dished head. Jika sama atau lebih kecil, disebut dan flanged and standard dished head.

HEADPenerapan head jenis ini pada

bejana proses vertikal untuk tekanan rendah;

tangki penyimpan horisontal untuk cairan mudha menguap, seperti nafta, gasolin, dan kerosen;

tangki penyimpan berdiameter besar, bilamana tekanan uap dan tekanan hidrostatik terlalu besar jika dipakai flanged-only head.

HEADAgar mampu menahan tekanan lebih besar, knuckle radius tidak lebih kecil dari tiga kali tebal bahan dan tidak lebih kecil dari 6% diameter dalam.

Beberapa standar memakai kriteria:knuckle radius (atau corner radius) tidak lebih kecil dari diameter dalam, daninside crown radius tidak lebih besar dari diameter luar (Do).Head tipe ini dipakai untuk bejana proses dalam pemakaian umum untuk tekanan antara 1 dan 15 atm (0,1 - 1,5 MPa).

HEADElliptical Dished Head atau Ellisoidal Dished Head

Head jenis ini dianjurkan untuk tekanan antara 15 dan 25 atm. Kebanyakan standar elliptical dished dibuat dengan rasio 2 : 1 antara sumbu mayor dan minor.

HEADHemispherical Head

Head jenis ini paling kuat, dengan kekuatan dua kali lebih besar dibanding ellipsoidal dished, tetapi paling mahal. Dipakai untuk beban berat pada tekanan tinggi, di atas 25 atm.

HEADConical HeadJenis ini dipakai secara luas untuk peralatan proses seperti evaporator, spray dryer, pengkristal, tangki pengendap, silo, dll. Keunggulannya terutama pada kemudahan mengeluarkan bahan dari dalam tangki.

TEBAL HEADFlat HeadKarena head jenis ini hanya untuk diameter kecil (hingga 60 cm) dengan ketebalan 6 mm, maka tebal head sama dengan tebal dinding bejana (6 mm).

TEBAL HEAD

Flanged Shallow Dished dan Flanged Standard Dished Head (ASME F&D)

Tebal head (t) secara sederhana dapat memakai persamaan (BS-5500),

TEBAL HEAD

TEBAL HEADElliptical Dished Head atau Ellisoidal Dished Head

Hemispherical Head

JENIS MATERIALBaja (steeal) : karbon, paduan rendah (low alloy), paduan tinggi (high alloy) dengan baja tahan karat (stainless steel) atau lainnya.

Non-feros: aluminium, tembaga, nikel, timbal dan paduannya.

Logam khusus: titanium, zirkonium, dll.

Non-logam: plastik, beton.

JENIS MATERIALBaja KarbonMurah dan paling banyak dipakai untuk bejana proses dan perpipaan. Sesuai untuk bahan tak korosif pada suhu hingga sekitar 450 oC.

Paduan RendahKelompok ini berisi baja dengan campuran unsur Cr, Mo, dan Ni, kurangd ari 10%. Penambahan Cr dan Mo memperbaiki sifat-sifat mekenaik khususnya pada suhu tinggi. Nikel menaikkan ketahanan pada suhu rendah hingga -80 oC. Paduan rendah baja-Ni yang berisi 2-3,5% Ni sesuai untuk suhu rendah.

JENIS MATERIALPaduan Tinggi

Paduan tinggi banyak dipakai dalam industri daya, nuklir, dan kimia jika memerlukan ketahanan korosi. Ada dua jenis paduan tinggi.Baja tahan karat feritik (ferritic stainless steelsi). Jenis ini mengandung 11 hingga 25 % Cr. Ketahana suhu tinggi dan korosi sangat bagus.Baja tahan karat austenitik (austenitic stainless steelsi). Jenis ini tahan korosi dan banyak dipakai dalam industri kimia. Kandungan Cr bervariasi antara 18 dan 25% sedangkan Ni antara 8 dan 20%. Kandungan C berkisar 0,04 hingga 0,25%. Memiliki kekuatan yang bagus dan tahan suhu tinggi.

JENIS MATERIALNon-feros

Non-feros penting adalah paduan nikel.Monel. Mengandung 67% Ni dan 30% Cu, kuat dan sangat tahan korosi. Dipakai secara luas dalam penanganan air laut dan industri kimia organik.Inkonel. Mengandung 16% Cr, 8% Fe, 1% Mn dan Ni (penyeimbang). Memiliki ketahanan suhu rendah dan sangat tahan korosi. Dipakai secara luas untuk peralatan proses makanan, larutan alkali, asam organik khususnya suhu tinggi.

LATIHANBejana Proses. Diketahui bejana proses yang berisi gas tidak korosif pada tekanan operasi 3 bar suhu operasi 200 0C dengan diameter 1550 mm dan tinggi 3000 meter. Tentukan:material bejana proses;jenis head;tebal dinding; dantebal head.

********************************