BAB III TUGAS KHUSUS
3.1 Judul
Menghitung Efisiensi Reboiler LS E-6 STAB III pada RFCCU (Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit) seksi light end di PT. Pertamina (Persero) RU III Plaju - Sungai Gerong
3.2 Latar Belakang
Pada proses pengolahan minyak bumi sering ditemukan alat perpindahan panas seperti heat exchanger, reboiler, condenser, chiller, furnace dan lain-lain. Semua peralatan tersebut memiliki fungsi dan peranan masing-masing dalam proses perpindahan panas. Pemakaian alat perpindahan panas ini dilakukan secara kontinyu selama berlangsungnya proses produksi sehingga jumlah panas yang dipindahakan semakin menurun. Salah satunya yaitu reboiler LS E -6 yang digunakan pada bottom Depropanizer LS 3-T-1 pada RFCCU.
Reboiler LS E-6 ini merupakan heat exchanger yang mempunyai tipe Kettle Reboiler berfungsi untuk mempertahankan suhu bottom depropanizer dan mengubah sebagian fase dari bottom depropanizer yang berupa fase cair menjadi fase uap agar fraksi ringan yang masih terikut dapat dipisahkan sempurna dengan memanfaatkan fluida pemanas berupa Steam. Untuk mengetahui kinerja dari reboiler tersebut, perlu dilakukan perhitungan secara aktual pada kondisi operasi saat ini. Kemudian dibandingkan dengan data desain pada LS E-6.
3.3 Tujuan
1. Menghitung efisiensi alat Reboiler LS E-6 STAB III pada RFCCU (Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit) seksi light end di PT. Pertamina (Persero) RU III Plaju - Sungai Gerong
2. Membandingkan data desain dan data aktual pada Reboiler LS E-6 STAB III pada RFCCU (Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit) seksi light end di PT. Pertamina (Persero) RU III Plaju - Sungai Gerong menggunakan Metode Kern.
3.4 Manfaat
Adapun manfaat dari pembuatan laporan ini adalah:
1. Memberikan informasi serta masukan kepada Industri mengenai kondisi kinerja alat Reboiler LS E-6 STAB III pada RFCCU (Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit) seksi light end di PT. Pertamina (Persero) RU III Plaju - Sungai Gerong yang dilakukan dengan perhitungan manual berdasarkan data kondisi design dan aktual dengan menggunakan metode Kern.
2. Mengaplikasikan ilmu yang didapat selama proses pembelajaran di bangku kuliah dalam skala Industri, khusunya pada RFCCU (Reser Fluidized Catalytic Cracking Unit) di PT. Pertamina RU III.
3.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah
Ruang lingkup permasalahan yang ditinjau adalah :
1. Efisiensi alat Reboiler LS E-6 STAB III pada RFCCU (Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit) seksi light end di PT. Pertamina (Persero) RU III Plaju - Sungai Gerong
2. Perbandingan data aktual dan data design berdasarkan perhitungan dengan Metode Kern.
3.6 Tinjauan Pustaka
Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu tempat ke tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama sekali (Fauzy dkk, 2011).
Proses perpindahan panas yang terjadi pada suatu fluida proses merupakan bagian terpenting dalam proses industri kimia. Perpindahan panas adalah ilmu yang berkaitan dengan laju perpindahan panas antara fluida panas dengan fluida dingin yang disebut source and receiver (Kern, 1983).
Mekanisme perpindahan panas ini disebabkan beda temperature antara fluida yang satu dengan fluida yang lain, baik perpindahannya secara konduksi, konveksi maupun radiasi (Kern, 1983).
Perpindahan panas terjadi bila dua buah benda mempunyai suhu yang berbeda mengalami kontak secara langsung maupun tidak langsung, maka panas dari benda yang suhunya tinggi mengalir ke benda yang suhunya lebih rendah.
3.6.2 Macam – macam Proses Perpindahan Panas
Proses perpindahan panas yang terjadi di dalam proses-proses kimia dapat berlangsung dengan tiga cara yaitu :
3.6.2.1 Perpindahan Panas Secara Konduksi
Perpindahan panas secara konduksi adalah proses perpindahan panas dimana panas mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah dalam suatu media (padat, cair atau gas) atau antara media-media yang berlainan dan bersinggungan secara langsung sehingga terjadi pertukaran energi dan momentum (Holman, 1986)
Sumber: Holman, 1986
Gambar 3.1 Perpindahan panas konduksi 3.6.2.2 Perpindahan Panas Secara Konveksi
Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi dari suatu tempat ke tempat lain dengan disertai adanya gerakan atau aliran partikel dari bagian panas ke bagian dingin secara fisis (Fauzi dkk, 2011).
Sumber: Holman, 1986
Gambar 3.2 Perpindahan panas konveksi
Menurut cara menggerakkan alirannya, perpindahan panas secara konveksi diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu:
1. Konveksi bebas (natural convection)
Konveksi bebas (natural convection) adalah proses perpindahan panas yang berlangsung secara alamiah, dimana perpindahan panas molekul-molekul dalam zat yang dipanaskan terjadi dengan sendirinya tanpa adanya tenaga dari luar (Holman, 1986).
2.Konveksi paksa (forced convection)
Konveksi paksa (forced convection) adalah proses perpindahan panas yang terjadi karena adanya tenaga dari luar, misalnya pengadukan. Jika dalam suatu alat dikehendaki pertukaran panas, maka perpindahan panas terjadi secara konveksi paksa karena laju panas yang dipindahkan naik dengan adanya aliran atau pengadukan (Holman, 1986).
3.6.2.3 Perpindahan Panas Secara Radiasi
elektromagnetik dapat berlangsung baik dalam suatu medium maupun dalam ruang hampa (vacuum) (Fauzi dkk, 2011).
Jika radiasi berlangsung melalui ruang hampa, maka partikel – partikel tidak ditransformasikan menjadi kalor atau bentuk lain dari energi, dan tidak pula terbelok dari lintasannya. Tetapi sebaliknya, apabila terdapat zat pada lintasannya, maka radiasi akan terjadi transmisi, refleksi, dan absorpsi.
Sumber: Holman, 1986
Gambar 3.3 Perpindahan panas radiasi
3.6.3 Pengertian Heat Exchanger
Heat Exchanger adalah alat penukar panas yang digunakan untuk memanfaatkan atau mengambil panas dari suatu fluida yang ditransfer ke fluida lainnya melalui proses yang disebut proses perpindahan panas (Kern, 1983).
Heat Exchanger digunakan sebagai pemanas pendahuluan (preheater) sebelum umpan (crude oil) masuk dalam furnace dengan menggunakan residu sebagai media pemanasnya. Pemanasan pendahuluan (preheater) digunakan untuk mengurangi biaya operasional penyediaan bahan bakar, serta mengurangi beban energi yang digunakan furnace untuk memanaskan fluida (Bambang, 2008).
Dalam proses industri, perpindahan panas antara dua fluida umumnya menggunakan peralatan Heat Exchanger, dimana fluida panas dan fluida dingin tidak saling berkontakan satu sama lainnya tetapi dipisahkan oleh dinding tabung atau permukaan datar atau melengkung (Geankoplis, 1993).
3.6.4.1 Jenis-jenis Heat Exchanger Berdasarkan Bentuknya 1. Preheater
Alat penukar kalor ini digunakan untuk mentransfer panas dari fluida bersuhu tinggi ke fluida bersuhu rendah dengan tujuan untuk memanaskan fluida yang akan masuk ke furnace agar kerja furnace lebih ringan (Tunggul, 1993).
2. Condensor
Alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan atau mengembunkan uap atau campuran uap, sehingga berubah fase menjadi cairan (terkondensasi) uap atau campuran uap tersebut akan mentransfer panasnya kepada media pendingin yang biasa digunakan yaitu air. (Tunggul, 1993).
3. Reboiler
Alat penukar kalor ini bertujuan mendidihkan kembali (re-boil) serta menguapkan sebagian cairan yang diproses. Adapun media pemanas yang sering dipergunakan adalah steam atau uap panas yang sedang diproses itu sendiri (Tunggul, 1993).
4. Cooler
Alat penukar kalor ini digunakan untuk menurunkan temperatur fluida (cair atau gas) hingga mencapai temperatur tertentu dengan menggunaan air sebagai media pendinginnya. (Tunggul, 1993)
5. Chiller
Alat penukar kalor ini digunakan untuk mendinginkan fluida hingga pada temperatur yang sangat terendah. Temperatur pendingin didalam chiller jauh lebih rendah bila dibandingkan dengan pendinginan yang dilakukan pendingin air. Media pendingin yang biasanya digunakan berupa air, propane, freon, ataupun ammonia (Tunggul, 1993).
6. Evaporator
Alat ini digunakan untuk menguapkan fluida cair dengan menggunakan suatu media pemanas (steam) atau media pemanas lainnya (Tunggul, 1993).
7. Furnace
High Vacuum Unit (HVU), dan Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit (RFCCU) (Kreith, 1973).
3.6.4.2 Klasifikasi Heat Exchanger Berdasarkan Bentuk
1. Double Pipe Exchanger
Double pipe exchanger atau concentric pipe exchanger merupakan peralatan heat exchanger yang paling sederhana yang hanya terdiri atas pipa besar dan kecil yang disusun secara konsentris (Geankoplis, 1993).
Sumber: Geankoplis, 1993
Gambar 3.4 Laju alir di dalam double pipe exchanger
Aliran fluida masuk ke dalam pipa satu dan fluida lainnya masuk dalam ruang annular antara dua pipa. Aliran fluida bisa secara co-current (aliran searah) atau countercurrent (aliran berlawanan arah). Double pipe exchanger dapat dibuat dari sepasang pipa tunggal panjang dengan fitting di ujung atau dari sejumlah pasangan yang saling berhubungan secara seri. Jenis exchanger ini digunakan untuk fluida yang berlaju aliran kecil. Double pipe exchanger, terdiri dari suatu pipa besar (shell) yang berisi sebuah pipa berukuran lebih kecil (tube). Jenis ini dapat digunakan untuk mendinginkan atau memanaskan fluida proses. (Geankoplis, 1993).
2. Shell and Tube Exchanger
proses, dikarenakan jenis ini mampu menerima laju alir fluida umpan dalam jumlah yang besar dan bersifat kontinyu (Geankoplis, 1993).
Sumber: Geankoplis, 1993
Gambar 3.5 Shell and tube heat exchanger: (a) 1 shell pass and 1 tube pass (1-1 exchanger); (b) 1 shell pass and 2 tube passes (1-2 exchanger). Shell and tube exchanger pada gambar 3.5 merupakan tipe 1 shell pass dan 1 tube pass, atau 1-1 counterflow exchanger. Fluida dingin yang masuk akan mengalir melalui semua tabung secara parralel dalam 1 tube pass. Jenis ini dapat digunakan untuk mendinginkan atau memanaskan fluida proses.
3. Plate and Frame Exchanger
Sumber: Geankoplis, 1993
Gambar 3.6 Penukar panas jenis Plate and Frame
3.6.5 Tipe Penukar Panas
3.6.5.1 Direct
Pada peralatan tipe direct, kedua fluida yang akan dipertukarkan panasnya bercampur menjadi satu. Fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu bejana atau ruangan tertentu. (Tunggul, 1993).
3.6.5.2 Indirect
Pada peralatan tipe indirect, kedua fluida yang akan dipertukarkan panasnya tidak bersentuhan langsung sehingga perpindahan panasnya terjadi melalui dinding pemisah, berupa media perantara seperti pipa, pelat atau peralatan jenis lainnya (Tunggul, 1993).
3.6.6 Jenis-jenis Aliran
Berdasarkan konfigurasi arah aliran, maka alat penukar panas dapat dikategorikan pada tiga jenis konfigurasi aliran yaitu:
Pertukaran panas pada jenis aliran ini yaitu, kedua fluida (dingin dan panas) masuk pada sisi penukar panas yang sama, kemudian mengalir dengan arah yang sama dan keluar pada sisi yang sama pula. (Ti) merupakan fluida panas masuk sedangkan (ti) merupakan fluida dingin yang masuk. Kedua fluida tersebut akan kontak pada jarak disepanjang heat exchanger dan keluar pada jalur yang sama, namun temperatur kedua fluida tersebut akan berbeda dari temperatur sebelum masuk ke heat exchanger dikarenakan fluida panas yang masuk akan mentransfer panasnya kepada fluida yang temperaturnya lebih rendah saat masuk (Cabe, 1993).
Sumber: Mc.Cabe,1993
Gambar 3.7 Co-current flow Keterangan :
To = Fluida panas yang keluar (0C) Ti = Fluida panas yang masuk (0C) to = Fluida dingin yang keluar (0C) ti = Fluida dingin yang masuk (0C)
3.6.6.2 Aliran Berlawanan Arah (Counter – current flow)
temperatur sebelum masuk ke heat exchanger dikarenakan fluida panas yang masuk akan mentransfer panasnya kepada fluida yang temperaturnya lebih rendah saat masuk (Cabe, 1993).
Sumber:.Cabe,1993
Gambar 3.8 Counter current flow Keterangan :
To = Fluida panas yang keluar (0C) Ti = Fluida panas yang masuk (0C) to = Fluida dingin yang keluar (0C) ti = Fluida dingin yang masuk (0C)
Pada shell and tube Heat Exchanger, fluida yang satu mengalir dalam pipa-pipa kecil (tube) dan fluida yang lain mengalir melalui selongsong (shell). Perpindahan panas dapat terjadi di antara kedua fluida, dimana panas akan mengalir dari fluida bersuhu lebih tinggi ke fluida bersuhu lebih rendah (Geankoplis, 1993).
Sumber: Cabe, 1993
Gambar 3.9 Heat exchanger berlawanan arah 1-1 (Single-pass) Keterangan:
A. baffle B. tubes C. guide rods D. tube sheets E. spacer tubes
Aliran fluida dalam shell and tube Heat Exchanger pada umumnya adalah paralel atau berlawanan. Untuk membuat aliran fluida dalam shell and tube Heat Exchanger menjadi cross flow biasanya ditambahkan penyekat atau baffle. Aliran cross flow yang didapat dengan menambahkan baffle akan membuat luas kontak fluida dalam shell dengan dinding tube makin besar, sehingga perpindahan panas di antara kedua fluida meningkat. Selain untuk mengarahkan aliran agar menjadi cross flow, baffle juga berguna untuk menjaga supaya tube tidak melengkung (berfungsi sebagai penyangga) dan mengurangi kemungkinan adanya vibrasi atau getaran oleh aliran fluida.
Shell and Tube Exchanger sejauh ini paling umum digunakan untuk proses perpindahan panas di industri kimia. Keuntungan yang diperoleh dari heat exchanger jenis ini adalah :
a) Konfigurasinya memberikan luas permukaan yang besar dengan volume yang kecil
b) Secara mekanis, bentuknya cocok untuk proses bertekanan c) Teknik pembuatannya lebih mudah
e) Prosedur perancangannya mudah
f) Dapat digunakan untuk berbagai jenis bahan proses g) Dapat dibuat dari berbagai jenis bahan
3.6.7 Komponen-komponen Utama Shell andTubeHeat Exchanger
3.6.7.1 Shell
Shell adalah bagian tengah pada alat penukar panas dan merupakan wadah atau tempat untuk tube. Celah antara shell and tube merupakan tempat mengalirnya fluida yang menerima atau melepaskan panas, sesuai dengan proses yang terjadi (Kern, 1983).
3.6.7.2Tube
Komponen alat yang dialiri fluida lainnya, yang dindingnya merupakan lintas pertukaran panas. Berkas tube, dirangkum oleh ”Tube sheet”, dan tersusun dalam pola segitiga (triangular), pola bunjur sungkar (square) atau pola diagonal (diagonal square) (Kern, 1983).
1. Susunan Tube
Komponen untuk melepas atau menerima panas suatu alat penukar panas dipengaruhi oleh besarnya luas permukaan (heating surface) dimana besarnya luas permukaan tergantung dari panjang, ukuran dan jumlah tube. Susunan tube mempengaruhi besarnya penurunan tekanan aliran fluida dalam shell.
a. Tube dengan susunan bujur sangkar (square pitch)
Sumber : Kern, 1983
Gambar 3.10 Tube dengan susunan bujur sangkar (square pitch) b. Tube dengan susunan segitiga (trianguler pitch)
Tube dengan tipe seperti ini sangat cocok digunakan untuk kondisi yang memerlukan beda tekan (pressure drop) sedang hingga tinggi, cocok digunakan untuk fluida yang mengandung pengotor berupa senyawa besi (iron fouling), serta dapat dibuat jumlah tube yang lebih banyak dibandingkan tube dengan susunan bujur sangkar (square pitch). Pembersihan tube dapat dilakukan dengan proses kimia (Tunggul, 1993).
Sumber : Kern, 1983
Gambar 3.11 Tube dengan susunan segitiga (trianguler pitch) c. Tube dengan susunan bujur sangkar yang diputar 450 (square pitch rotate)
Tube dengan tipe seperti ini sangat cocok digunakan untuk kondisi yang memerlukan beda tekan (pressure drop) rendah, cocok digunakan untuk fluida yang mengandung kotoran sedikit kotoran, serta mudah untuk dilakukan proses pembersihan luar tube secara mekanik, namun jenis tube ini memiliki film coefficient yang relatif rendah jika dibandingkan dengan tube bersusun jenis square pitch dan triangular pitch (Tunggul, 1993).
Gambar 3.12 Tube dengan susunan bujur sangkar diputar 45o 3.6.7.3Baffle
Komponen ini merupakan lempengan logam yang dipasang secara tegak lurus terhadap poros “shell” dan berfungsi untuk mengatur pola aliran fluida dalam shell, dengan tujuan untuk dapat memperbaiki kontak antara fluida dalam shell dengan tube nya, sehingga pertukaran panas yang terjadi dapat berlangsung lebih sempurna (Fauzi dkk, 2011).
Baffle atau sekat-sekat yang dipasang pada alat penukar kalor mempunyai beberapa fungsi, yaitu :
1. Struktur untuk menahan tube-bundle
2. Damper untuk menahan atau mencegah terjadinya getaran (vibration) pada tubes.
3. Sebagai alat untuk mengontrol dan mengarahkan aliran fluida yang mengalir di luar tubes (shell side).
Fungsi diatas selalu menyatu pada setiap pemasangan baffles, namun adakalanya satu sama lainnya harus diperketat persyaratannya demi tujuan-tujuan yang khusus (Tunggul, 1993). Ditinjau dari segi konstruksi, sekat itu dapat diklasifikasikan dalam 4 kelompok, yaitu :
1. Sekat pelat berbentuk segment (segment baffles plate) 2. Sekat batang (rod baffles)
3. Sekat mendatar (longitudinal baffles) 4. Sekat impingement (impingement baffles)
Biasanya jenis sekat in dipergunakan secara sendiri-sendiri, namun dalam hal keperluan khusus, dapat dikombinasikan jenis yang sama dengan hal yang lain (Tunggul, 1993).
Baffle spacing memiliki jarak yang biasanya tidak lebih besar dari diameter dalam shell atau lebih sama dengan seperlima diameter dalam shell (Kern, 1983).
3.6.7.4Nozzle
Komponen alat ini merupakan saluran masuk dan keluar fluida kedalam shell dan kedalam tube.
1. Fluida yang kotor selalu melalui bagian yang mudah dibersihkan, yaitu melalui tube, terutama jika tube bundle bisa diambil. Tapi dapat melalui shell, bila kotorannya mengandung banyak coke, maka harus melalui shell karena lebih mudah dibersihkan.
2. Fluida yang cepat memberikan kotoran, tekanan tinggi, korosif dan air selalu melalui tube tahan terhadap tekanan tinggi dan biaya pemeliharaan tube lebih mudah dibersihkan.
3. Fluida dalam bentuk campuran non condensable gas melalui Tube agar non condensable gas tidak terjebak.
Fouling factor (Rd)
Fouling factor adalah suatu angka yang menunjukkan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa oleh fluida yang mengalir dalam heat exchanger, yang melapisi bagian dalam dan luar tube. Fouling factor berpengaruh terhadap proses perpindahan panas, karena pergerakannya terhambat oleh deposit atau pengotor (Kreith, 1973).
Fouling factor ditentukan berdasarkan harga koefisien perpindahan panas menyeluruh untuk kondisi bersih dan kotor pada alat penukar panas yang digunakan. Apabila nilai fouling factor hasil perhitungan lebih besar dari nilai fouling factor desain maka perpindahan panas yang terjadi didalam alat tidak memenuhi kebutuhan prosesnya dan harus segera dibersihkan baik secara mekanik maupun dengan proses kimia (Kreith, 1973).
Nilai fouling factor dijaga agar tidak melebihi nilai fouling factor desainnya agar alat heat exchanger dapat mentransfer panas lebih besar untuk keperluan prosesnya. Perhitungan fouling factor berguna dalam mengetahui apakah terdapat kotoran di dalam alat dan kapan harus dilakukan pencucian.
Fouling dapat terjadi dikarenakan adanya :
1. Pengotor berat (hard deposit), yaitu kerak keras yang berasal dari hasil korosi atau coke keras.
Faktor yang menyebabkan terjadinya fouling pada alat heat exchanger adalah: 1. Kecepatan aliran fluida
2. Temperatur fluida
3. Temperatur permukaan dinding Tube
4. Fluida yang mengalir di dalam dinding Tube
Pencegahan fouling dapat dilakukan dengan tindakan – tindakan sebagai berikut :
1. Menggunakan bahan konstruksi yang tahan terhadap korosi.
2. Menekan potensi fouling, misalnya dengan melakukan penyaringan.
3.7 Pemecahan Masalah
Heat Exchanger LS- E6 di unit Light Ends pada RFCCU merupakan suatu alat penukar panas yang digunakan untuk memanaskan fluida berupa n- buthane dengan media pemanas steam
Untuk menghitung nilai fouling factor, pressure drop dan efisiensi preheater E-14.003 dilakukan dengan beberapa tahap penyelesaian. Adapun tahap-tahap yang harus dilakukan adalah sebagai berikut :
3.7.1 Pengumpulan Data
Pengumpulan data-data yang dibutuhkan untuk perhitungan dilakukan dengan meninjau kondisi operasi Reboiler LS –E6 yang ada di Unit RFCCU di ruang kontrol PT. Pertamina RU III di bagian CD&L. Adapun data-data fluida yang diambil sebagai berikut :
a. Temperatur masuk fluida panas (T1) dan fluida dingin (t1) b. Temperatur keluar fluida panas (T2) dan fluida dingin (t2) c. Laju alir fluida panas (W) dan fluida dingin (w)
d. Specific gravity fluida panas dan fluida dingin 3.7.2 Metode Perhitungan
Mengerjakan perhitungan dengan Metode Kern panas sebagai berikut;
a. Perhitungan Neraca Panas (Heat Ballance)
Q = Kalor jenis (Btu/hr)
W = Laju alir fluida panas (lb/hr) W = Laju alir fluida dingin (lb/hr)
Cp = Kapasitas panas fluida panas (Btu/lb 0F) cp = Kapasitas panas fluida dingin (Btu/lb 0F) T1 = Temperatur fluida panas masuk (0F) T2 = Temperatur fluida panas keluar (0F) t1 = Temperatur fluida dingin masuk (0F) t2 = Temperatur fluida dingin keluar (0F)
b. Perhitungan Log Mean Temperature Different, LMTD
Untuk alat penukar panas aliran counterflow, beda temperatur rata-rata dihitung dengan beda temperatur rata-rata logaritmik
LMTD =
c. Perhitungan Temperatur Kalorik (Tc dan tc)
Temperatur kalorik diartikan sebagai temperatur rata-rata fluida yang terlibat dalam pertukaran panas.
Tc = T2 + Fc (T1 – T2) tc = T1 + Fc (t2 – t1)
Harga Kc dan Fc didapat berdasarkan (Gambar C.8, Hlm. 115)
d. Perhitungan flow area
Flow area merupakan luas penampang yang tegak lurus arah aliran 1. Shell side
as = ID x C” x B / (144 x PT) Dimana :
a’t = Internal area (Gambar C.17, Hlm. 124) n = Jumlah Tube passes
e. Perhitungan Mass Velocity
Kecepatan massa merupakan perbandingan laju alir dengan flow area 1. Shell side
Gs = W / as Dimana :
Gs = Mass Velocity (lb/hr.ft2) W = Laju alir fluida panas (lb/hr) as = Flow area (ft2)
2. Tube side
Gt = w / at Dimana :
Gt = Mass Velocity (lb/hr.ft2) W = Laju alir fluida dingin (lb/hr) as = Flow area (ft2)
f. Perhitungan Reynold Number
Reynold number menunjukkan tipe aliran fluida di dalam pipa 1. Shell side
Res = De x Gs/ Dimana :
De = Equivalent diameter (ft) Gs = Mass Velocity (lb/hr.ft2) µ = Viskositas fluida pada suhu tc 2. Tube side
Ret = D x Gt / µ Dimana :
D = Inside diameter (ft) (Gambar C.17, Hlm. 124) Gt = Mass velocity (lb/hr ft2)
µ = Viskositas fluida pada suhu tc
Nilai JH untuk sisi Shell dapat diketahui dari (Gambar C.13, Hlm. 120). 2. Tube side
Nilai JH untuk sisi Tube dapat diketahui dari (Gambar C.10, Hlm. 120).
h. Menentukan Thermal Function
Pada tiap suhu, yaitu Tc (hot fluid) untuk Shell dan tc (cold fluid) untuk Tube diperoleh masing-masing nilai c pada (Gambar C.7, Hlm. 114) serta untuk nilai µ (viskositas) dan nilai k (konduktivitas) didapatkan dari (Gambar C.6, Hlm. 113).
(c x µ / k)1/3 Dimana : c = panas spesifik (Btu/lb oF)
K = konduktivitas thermal (Btu/hr.ft.oF)
i. Menentukan nilai Outside Film Coefficient (ho) dan Inside Film
ho = Outside film coefficient (Btu/hr.ft 0F) hio = Inside film coefficient (Btu/hr.ft 0F)
j. Menentukan Tube wall Temperature, tw
Temperatur dinding rata-rata Tube dapat dihitung dengan temperature kalorik, jika diketahui nilai koefisien perpindahan panas fluida Shell dan Tube pada kondisi operasi sedang berlangsung.
k. Perhitungan Corrected coeffient ho dan hio pada tw s
l. Perhitungan Clean Overall Coefficient, Uc
Uc merupakan overall heat transfer coefficient jika tidak terjadi
m. Perhitungan Dirty Overall Coefficient, UD
UD merupakan dirty overall heat transfer coefficient jika terjadi
Dimana : UD = Dirty Overall heat transfer coefficient (Btu/hr.ft2 oF)
n. Perhitungan Dirt Factor, Rd
Dimana :
Rd = Fouling Factor (hr.ft2.oF/ Btu)
UD = Dirty Overall heat transfer coefficient (Btu/hr.ft2 oF) UC = Clean Overall heat transfer coefficient (Btu/hr.ft2 oF)
ΔPs = Total Pressure drop pada Shell (psi)
f = Friction factor Shell (ft2/in2) (Gambar C.14, Hlm. 121) Gs = Mass velocity (lb/hr.ft2)
s = Spec.Gravity
N + 1 = jumlah lintasan aliran melalui baffle 2. Tube side
ΔPr = Return pressure drop pada tube (psi)
Maka :
ΔPT = ΔPt + ΔPr Dimana :
ΔPT = Total Pressure Drop pada Tube (psi)
p. Perhitungan Effisiensi
Effisiensi () = x 100 %
3.8 Hasil dan Pembahasan
3.8.1 Data Hasil Perhitungan Reboiler LS E-6
Berdasarkan hasil perhitungan dari data pengamatan yang diperoleh secara aktual pada tanggal 23 – 27 Juli 2015 dengan
metode Kern, diperoleh hasil perhitungan kinerja Reboiler LS E-6 pada hari pertama (tanggal 23 Juli 2015) yang dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Data hasil perhitungan hari pertama Reboiler LS E-6 di unit RFCCU
Perhitungan Shell Side
(n- Buthane)
Tube Side
(Steam)
Flow Rate (lb/hr) 137020,8 16334,27
Temperatur Inlet (oF) 217,7683 357,8
Temperatur Outlet (oF) 222,5214 248
API 104,3333 27,4888
Total Duty (Btu/hr) 8522694,7410 10304055,1116
Log Mean Temperature Different (LMTD) (oF) 70,1039 70,1039
Caloric Temperature (oF) 220,1448 302,9
Overall Clean Coefficient (Btu/hr.ft2.oF) 256,8411 256,8411 Overall Dirty Coefficient (Btu/hr.ft2.oF) 212,6721 212,6721 Fouling Factor (hr.ft2.°F/ Btu) 0,0008086 0,0008086
Pressure Drop (kg/cm2) 0,7282 0,001307
Effisiensi (%) 60,3849 60,3849
3.8.2 Pembahasan
RFFCU (Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit) merupakan unit yang
digunakan untuk proses perengkahan dengan mengkonversi bahan baku yang
berasal dari unit High Vacuum Unit (HVU) yaitu Heavy Vacuum Gas Oil
(HVGO) dan Medium Vacuum Gas Oil (MVGO) serta minyak berat (Long
Residu) untuk menjadi produk minyak ringan yang memiliki nilai yang lebih
tinggi.
Pada proses Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit (RFFCU) memiliki 4
proses yaitu Feed System, Reaktor dan Regenerator, Main Fractionator, dan Light
End Unit. Reboiler LS E-6 adalah alat yang digunakan untuk memanaskan
kembali pada sebagian produk bawah kolom STABILIZER (Depropanizer)
akan dipanaskan kembali agar propane (C 3
) dapat naik lagi keatas dan
sebagiannya lagi diambil sebagai produk buthane untuk LPG. Dan sebagian
Produk atas nya dimpurkan dengan feed drum LS D-1 dan sebagiannya lagi
dimasukkan kedalam LS D-2 yang menghasilkan Off Gas dan Raw PP sebagai
umpan unit polypropylene.
Reboiler LS E-6 ini merupakan heat exchanger yang mempunyai tipe Thermosiphon reboiler berfungsi untuk mempertahankan suhu bottom depropanizer dan mengubah sebagian fase dari bottom depropanizer yang berupa fase cair menjadi fase uap agar fraksi ringan yang masih terikut dapat dipisahkan sempurna dengan memanfaatkan fluida pemanas berupa Steam.
Berdasarkan hasil perhitungan Reboiler LS E-6 STAB III pada RFCCU
(Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit) seksi Light Ends dengan menggunakan
metode perhitungan Kern terhadap data aktual selama 5 hari, maka diperoleh
beberapa nilai yang berkaitan dengan kinerja alat Reboiler LS E-6 seperti: fouling
factor, pressure drop dan effisiensi alat.
Dasar pertimbangan dialirkannya n-Buthane pada bagian shell dikarenakan n-Buthane merupakan minyak berat yang masih banyak mengandung kotoran, sehingga apabila n-Buthane dialirkan pada bagian tube, maka kotoran atau coke yang terbentuk dapat dengan mudah menghambat aliran pada tube sehingga membuat kinerja perpindahan panas pada alat menjadi tidak maksimal. Oleh karena itu, n-Buthane dialirkan pada bagian shell agar dapat meminimalisir terbentuknya coke yang dapat menyumbat aliran pada tube. Sedangkan Steam merupakan produk dari bagian Utilitas yang memiliki tingkat pengotor yang kecil sehingga dapat dialirkan pada bagian Tube.
Kedua fluida tersebut akan kontak secara tidak langsung, dimana Steam akan memindahkan panas yang dimilikinya secara konduksi dan konveksi melalui dinding-dinding tube sehingga n-Buthane akan menyerap panas tersebut.
Dari perhitungan data aktual selama 5 hari, didapat grafik harga fouling faktor (Rd) yang terbentuk pada peralatan Reboiler LS E-6 STAB III pada RFCCU (Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit) yaitu :
Grafik 3.1 Pengaruh temperatur terhadap fouling factor pada Reboiler LS E-6
dianalisa bahwa suhu dapat memberikan pengaruh terhadap pembentukan kotoran atau coke,. Semakin tinggi suhu maka semakin besar pula kemungkinan terbentuknya faktor pengotor, karena suhu yang tinggi dapat menyebabkan kerak pada dinding–dinding pipa. Sebaliknya, semakin rendah suhu maka semakin kecil kemungkinan terbentuknya faktor kekotoran.
Fouling factor yang terbentuk menunjukkan bahwa banyaknya kotoran yang terakumulasi didalam peralatan Reboiler LS E-6. Secara keseluruhan harga fouling factor peralatan Reboiler LS E-6 yang ditampilkan pada grafik masih berada dibawah harga desain peralatan yaitu 0,001 hr ft oF/Btu. Meskipun harga fouling factor masih berada sedikit dibawah desain, peralatan Reboiler tetap perlu dilakukan pembersihan (cleaning) baik secara mekanik ataupun menggunakan proses kimia, agar tumpukan coke tersebut tidak terakumulasi dan mengendap lebih banyak lagi, sehingga proses perpindahan panas yang terjadi pada peralatan Reboiler LS E-6 dapat berjalan maksimal. Kotoran (coke) yang ada pada peralatan Reboiler LS E-6 berasal dari fluida yang mengalir didalam shell maupun tube kemudian menumpuk dan mengendap pada dinding dalam dan luar tube, sehingga dapat mempengaruhi proses perpindahan panas pada peralatan dikarenakan panas yang akan diserap oleh umpan (n- buthane) akan terhalang oleh adanya kotoran (coke) tersebut.
Grafik 3.2 Nilai Pressure Drop pada sisi Shell
Grafik 3.3 Nilai Pressure Drop pada sisi Tube
Hasil perhitungan data pengamatan secara aktual menunjukkan bahwa niai pressure drop pada sisi tube masih jauh berada di bawah nilai batas maksimal pressure drop pada desain yaitu 0,08 kg/cm2. Hal ini menunjukkan bahwa hilang tekan pada saat proses berlangsung tidak begitu besar sehingga Reboiler LS E-6, dianggap masih layak dioperasikan.
Grafik 3.4 Pengaruh Fouling factor terhadap Efisiensi Reboiler LS E-6
Dari grafik diatas, menunjukkan harga fouling factor mempengaruhi efisiensi dari kinerja peralatan Reboiler LS E-6. Semakin besar nilai fouling factor pada alat Reboiler LS E-6, maka dapat mempengaruhi kinerja alat menjadi lebih rendah. Sebaliknya, jika nilai fouling factor relatif rendah, maka efisiensi kinerja dari peralatan akan meningkat.
Efisiensi peralatan Reboiler LS E-6 berada pada kisaran 58 – 69,1717%. Hal ini mengindikasikan bahwa perpindahan panas pada peralatan tersebut berlangsung secara optimal.
Secara keseluruhan, peralatan Reboiler LS E-6 STAB III pada RFCCU (Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit) masih berada dalam kondisi baik untuk dioperasikan, dikarenakan dari kedua parameter yaitu nilai Fouling Factor (Rd) dan Pressure Drop, masih berada dibawah nilai desain peralatan. Sehingga peralatan Reboiler LS E-6 masih sangat layak digunakan.
3.9.1 Kesimpulan
Berdasarkan analisa dan perhitungan terhadapan kinerja dari Heat Exchanger Reboiler LS E-6 STAB III pada RFCCU (Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit), dapat diperoleh beberapa kesimpulan berupa :
1. Reboiler LS E-6 STAB III pada RFCCU (Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit) berfungsi mempertahankan suhu bottom depropanizer dan mengubah sebagian fase dari bottom depropanizer yang berupa fase cair menjadi fase uap agar fraksi ringan yang masih terikut dapat dipisahkan sempurna dengan memanfaatkan fluida pemanas berupa Steam.
2. Fouling Faktor (Rd) yang didapat dari perhitungan data aktual selama 5 hari, harga dari fouling factor tersebut masih berada sedikit dibawah batas desain yaitu 0,001 hr.ft2.oF/Btu. Hal ini menunjukkan bahwa Reboiler tersebut masih cukup baik untuk dioperasikan.
3. Nilai pressure drop pada tube masih di perbolehkan, dikarenakan masih berada dibawah data desain pressure drop yaitu 0,08 kg/cm2. Akan tetapi nilai pressure drop pada bagian shell lebih besar dari pada desain yaitu 0,23 Kg/cm2. hal ini menunjukkan bahwa terjadinya hilang tekan yang terlalu tinggi pada proses perpindahan panas
4. Effisiensi kinerja peralatan Reboiler LS E-6 yang didapat dari hasil perhitungan data secara aktual selama 5 hari, berada pada kisaran 58 – 69,1717%. Hal ini menunjukkan bahwa hilang tekan pada saat proses berlangsung tidak begitu besar sehingga Heat Exchanger tersebut masih baik untuk dioperasikan.
Berdasarkan permasalahan yang terjadi pada Reboiler LS E-6, penulis dapat memberikan saran sebagai berikut :
a. Nilai Fouling Factor merupakan indikasi masih layak atau tidaknya peralatan Heat Exchanger yang digunakan. Apabila nilai Fouling Factor hasil perhitungan data aktual lebih besar dari data design, maka perpindahan panas yang terjadi di dalam alat tidak maksimal. Untuk mendapatkan nilai Fouling Factor yang lebih rendah dari design pada peralatan
b. Heat Exchanger, maka dibutuhkan proses pembersihan alat secara kontinyu sehingga dapat melakukan proses perpindahan panas dengan maksimal.
