PRA PERANCANGAN HEAT EXCHANGER UNTUK MENAIKKAN KAPASITAS BEBAN SAMPAI 130% di PLANT VCM-2 SEKSI 3 PT ASAHIMAS CHEMICAL

(1)

PRA – PERANCANGAN HEAT EXCHANGER UNTUK MENAIKKAN KAPASITAS BEBAN SAMPAI 130% di PLANT VCM-2 SEKSI 3

PT ASAHIMAS CHEMICAL

Preliminary Design Of Heat Exchangers To Rise Capacity Up To 130% Load In Plant VCM-2 Section 3 Plant At PT Asahimas Chemical

TUGAS AKHIR

Oleh :

REGI RAMDHANI NIM. 091411090

SHELFI ALIF NURFITRIANY NIM. 091411092

PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JULI 2012

(2)

PRA – PERANCANGAN HEAT EXCHANGER UNTUK MENAIKKAN KAPASITAS BEBAN SAMPAI 130% di PLANT VCM-2 SEKSI 3

PT ASAHIMAS CHEMICAL

Preliminary Design Of Heat Exchangers To Rise Capacity Up To 130% Load In Plant VCM-2 Section 3 Plant At PT Asahimas Chemical

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Teknik Kimia

Oleh :

Regi Ramdhani 091411090

Shelfi Alif N 091411092

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

JULI 2012

(3)

(4)

Daftar Riwayat Hidup Penulis

Nama : Regi Ramdhani

TTL : Bandung, 9 April 1990 Alamat : JL. Sukagalih 78 Bandung Email : hearnet_r3@yahoo.com Riwayat pendidikan :

 D3 Teknik kimia POLBAN (2009-2012)

 Sma Angkasa Bandung (2005 – 2008)

 SMPN 9 Bandung (2002 – 2005)

 SDN Sukagalih I (1996 – 2002)

Nama : Shelfi Alif Nurfitriany TTL : Majalengka, 5 April 1992 Alamat : JL. Pande No. 05 Majalengka Email : shelfialifn@ymail.com Riwayat pendidikan :

 D3 Teknik kimia POLBAN (2009-2012)

 SMAN 1 Jatiwangi (2006 – 2009)  SMPN 1 Jatiwangi (2003 – 2006)  SDN 1 Burujul wetan (1997 – 2003)

(5)

i

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah puji dan syukur dipanjatkan kepada kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta karunia-Nya yang tak terhingga, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan akhir ini tepat pada waktunya. Tugas akhir yang penulis susun berjudul “Pra-Perancangan Heat Exchanger Untuk Menaikkan Kapasitas Beban Sampai 130% di Plant VCM-2 Seksi 3 PT Asahimas Chemical”. Tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan program pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.

Dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, penulis memperoleh bantuan baik secara moril maupun material dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Dwi Nirwantoro, MT. selaku ketua Jurusan Teknik Kimia POLBAN;

2. Bapak Ir. Agus Djauhari, MT. selaku dosen pembimbing I Tugas Akhir yang telah meluangkan waktunya dengan penuh kesabaran membimbing penulis hingga laporan ini terselesaikan;

3. Bapak Sigit Wijayanto, selaku dosen pembimbing lapangan Tugas Akhir atas waktu dan bimbingannya dengan penuh kesabaran membimbing penulis hingga laporan ini terselesaikan;

4. Seluruh anggota keluarga kami yang banyak memberikan dukungan; serta 5. Semua pihak yang telah memberi dukungan selama kegiatan pelaksanaan

tugas akhir ini.

Demikianlah laporan tugas akhir ini penulis selesaikan. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan ini masih jauh dari kesempurnaan sehingga saran dan kritik yang bersifat membantu sangat penulis harapkan. Penulis berharap semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Penulis

(6)

ii

ABSTRAK

PT Asahimas Chemical akan menaikkan kapasitas sebesar 130% di Plant VCM-2 Seksi 3 karena kebutuhan konsumen terhadap produk NaOH meningkat. Menaikkan kapasitas akan dilakukan dengan menambah laju alir pada heat

exchanger. Heat Exchanger merupakan alat yang digunakan untuk perpindahan

panas dari suatu fluida yang suhunya tinggi ke fluida lain yang suhunya lebih rendah. Tujuan dari penelitian ini adalah membuat pra-perancangan heat

exchanger untuk meningkatkan kapasitas sebesar 130%. Ada 6 buah shell and tube heat exchanger yang akan dilakukan peningkatan kapasitas yaitu HE-C2,

HE-C3, HE-C4, HE-C5, HE-C8, dan HE-C9. Shell and tube heat exchanger memiliki TEMA sheet yang berisi kondisi operasi dan spesifikasi alat. Data dari

TEMA sheet diolah dengan simulasi proses yang bertujuan untuk mengetahui

kinerja dari shell and tube heat exchanger sehingga diperoleh nilai Uactual dan

Uservice. Uactual adalah koefisien perpindahan panas keseluruhan yang tersedia

pada heat exchanger, sedangkan Uservice adalah koefisien perpindahan panas yang dibutuhkan. Jika pada shell and tube heat exchanger memiliki perbandingan antara Uactual dan Uservice lebih dari 1, menunjukan bahwa heat exchanger tersebut dapat dinaikkan kapasitasnya. Dari hasil ini didapatkan untuk HE-C2, HE-C5, dan HE-C9 dapat dinaikkan kapasitasnya sampai 130%. Pada HE-C3, HE-C4,dan HE-C8 kenaikkan kapasitasnya kurang dari 130%, sehingga dilakukan pra-perancangan dengan mengoptimalkan kondisi operasi, menambah shell and

tube heat exchanger dengan area lebih kecil, atau mengganti shell and tube heat exchanger dengan area lebih besar. Dari opsi tersebut dipilih berdasarkan

perkiraan biaya shell and tube heat exchanger yang lebih murah yaitu dengan mengoptimalkan kondisi operasi dan menambah shell and tube heat exchanger dengan area lebih kecil.

Kata kunci : shell and tube heat exchanger, Uactual, Uservice, menaikkan

kapasitas, TEMA sheet

(7)

iii

ABSTRACT

PT Asahimas Chemical will increase capacity up to130% in VCM Plant-2 of Section 3 because of consumers demand of NaOH raise. Capacity up will be achieved by increasing the flow rate of the heat exchanger. Heat Exchanger is a device used to transfer heat from a high temperature fluid to another fluid with lower temperature. The purpose of this study is to conduct pre-liminary design heat exchanger for capacity up to 130%. There are 6 units of shell and tube heat exchanger whose capacities will be improved HE-C2-C3 HE, HE-C4, C5-HE, HE-C8, and C9-HE. Shell and tube heat exchanger has a TEMA sheet that contains the operating conditions and equipment specifications. Data from the TEMA sheet are prepared by a simulation process that aims to determine the performance of shell and tube heat exchange to obtain the value of Uservice and Uactual. Uactual is the overall heat transfer coefficient available on the heat exchanger, while Uservice is the heat transfer coefficient required. If the shell and tube heat exchanger comparison between Uactual and Uservice is more than 1(one), indicating that the heat exchanger can be capacity up. The result obtained for the HE-C2, C5-HE, and HE-C9 can be capacity up to 130%. For the HE-C3, C4-HE, and HE-C8 the result of capacity up is less than 130%, hence the pre-liminary design must be conducted with optimizing the operating conditions, adding the shell and tube heat exchanger with a smaller area, or replace the shell and tube heat exchanger with larger surface area. The selected option is based on the estimated cost of shell and tube heat exchanger, that cheaper is to optimize the operating conditions and adding the shell and tube heat exchanger with a smaller area.

Key Words : shell and tube heat exchanger, Uactual, Uservice, Capacity up, TEMA sheet

(8)

iv

DAFTAR ISI

Hal Lembar Pengesahan Kata Pengantar ... i Abstrak ... ii Abstract ... iii Daftar Isi ... iv Daftar Tabel ... vi

Daftar Gambar ... vii

Daftar Lampiran A ... viii

Daftar Lampiran B ... ix

Daftar Lampiran C ... x

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Tujuan Tugas Akhir ... 2

1.3 Ruang Lingkup ... 2

1.4 Manfaat Penelitian... 3

1.5 Tahapan Pra-Perancangan ………. .. 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penukar Panas ... 5

2.2 Mekanisme Perpindahan Panas ...5

2.3 Konfigurasi Aliran Fluida...6

2.4 Shell and Tube Heat Exchanger...7

2.5 Perpindahan Panas pada Heat Exchanger ... 10

2.6 Pengukuran Kinerja Heat Exchanger...11

2.7 Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan...12

2.7.1 Perhitungan perpindahan panas di dalam tube...14

2.7.2 Perhitungan perpindahan panas di luar tube...16

2.7.3 Kondenser...18

(9)

v BAB III TAHAPAN PRA-PERANCANGAN

3.1 Studi Pustaka ... 21

3.2 Langkah – Langkah Pra-Perancangan ... 21

3.2.1 Pengumpulan Data. ... 23

3.2.2 Validasi TEMA Menggunakan Simulasi Proses ... 23

3.2.3 Analisis Hasil Simulasi Proses ... 23

3.2.4 Pencarian Nilai Kapasitas Maksimum Heat Exchanger ... 23

3.2.5 Pra-Perancangan Heat Exchanger. ... 24

3.2.6 Perkiraan Biaya Alat. ... 24

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Nilai Kapasitas Maksimum ...25

4.2 Peningkatan Kapasitas Heat Exchanger sebesar 130% ... 38

4.3 Pra-Perancangan Heat Exchanger Seksi 3 ... .38

4.3.1 Mengoptimalisasi Kondisi Operasi Heat Exchanger...39

4.3.2 Heat Exchanger Baru dengan Luas Area yang Besar ... .41

4.3.3 Heat Exchanger Baru dengan Luas Area Lebih Kecil ... .46

4.4 Pertimbangan Pemilihan Pra-Perancangan ... .49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan...50 5.2 Saran ... 50 DAFTAR PUSTAKA ... xi LAMPIRAN

(10)

vi

DAFTAR TABEL

Hal

Tabel 2.1 Nilai K1 dan n1 ... 14

Tabel 3.1 Data Simbol dan Letak Heat Exchanger di seksi 3 ... 21

Tabel 4.1 Data Simbol dan Letak Heat Exchanger... 25

Tabel 4.2 Validasi HE-C2 ... 26

Tabel 4.3 Kapasitas Maksimum HE-C2 ... 27

Tabel 4.4 Validasi HE-C3 ... 28

Tabel 4.5 Kapasitas Maksimum HE-C3 ... 29

Tabel 4.7 Kapasitas Maksimum HE-C4. ... 31

Tabel 4.9 Kapasitas Maksimum HE-C5 ... 33

Tabel 4.14 % Increase Capacity Heat Exchanger Seksi 3 ... 38

Tabel 4.15 Mengoptimalisasi kondisi operasi ... 40

Tabel 4.16 Penambahan Luas Area Perpindahan Panas HE-C3 ... 42

Tabel 4.18 Penambahan Luas Area Perpindahan Panas HE-C8 A,B ... 45

Tabel 4.19 Penambahan Satu Buah Heat Exchanger Baru HE-C3 ... 47

Tabel 4.20 Penambahan Satu Buah Heat Exchanger Baru HE-C4 ... 47

Tabel 4.22 Perkiraan Biaya Alat ... 49

(11)

vii

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 2.1 Perpindahan Panas pada Heat Exchanger ... 6

Gambar 2.2 Profil Suhu pada Aliran Co-Current Flow ... 6

Gambar 2.3 Profil Suhu pada Aliran Counter-Current Flow ... 7

Gambar 2.4 Alat Penukar Panas Jenis Shell and Tube Heat Exchanger ... 8

Gambar 2.5 Tipe susunan tube ... 9

Gambar 2.6 Kurva Hubungan antara Waktu Pengoperasian Heat Exchanger terhadap Indikasi Fouling ... 11

Gambar 2.7 Heat transfer factor ... 16

Gambar 2.8 Koefisien kondensasi untuk vertical tube ... 20

Gambar 3.1 Skema Pelaksanaan Tugas Akhir ... 21

(12)

viii

DAFTAR LAMPIRAN A

Hal A.1 Data TEMA sheet Heat Exchanger HE-C2 ... A1 A.2 Data TEMA sheet Heat Exchanger HE-C3 ... A2 A.3 Data TEMA sheet Heat Exchanger HE-C4 ... A3 A.4 Data TEMA sheet Heat Exchanger HE-C5 ... A4 A.5 Data TEMA sheet Heat Exchanger HE-C8 A,B ... A5 A.6 Data TEMA sheet Heat Exchanger HE-C9 ... A6 A.7 Physical Properties Ethyl Dichloride ... A7 A.8 Physical Properties Water ... A7 A.9 Flow Sheet Seksi 3 ... A8

(13)

ix

DAFTAR LAMPIRAN B

Hal B.1 Perhitungan pada HE-C2 (Flow Operation)... B1 B.2 Perhitungan pada HE-C4 (Flow Operation)... B4 B.3 Perhitungan pada HE-C4 (Merubah ΔT) ... B5 B.4 Perhitungan pada HE-C4 (Mengganti Heat Exchanger) ... B7 B.5 Perhitungan pada HE-C8 (Flow Operation)... B9 B.6 Mencari Nilai Q terima dan Q lepas ... B10 B.7 Menghitung Perkiraan biaya ... B14

(14)

x

DAFTAR LAMPIRAN C

Hal C.1 Hasil Simulasi Proses HE-C2 (TEMA sheet Baru) ... C1 C.2 Hasil Simulasi Proses HE-C2 (Capacity Up) ... C2 C.3 Hasil Simulasi Proses HE-C2 (Merubah kondisi Operasi)... C3 C.4 Hasil Simulasi Proses HE-C2 (HE Area Besar) ... C4 C.5 Hasil Simulasi Proses HE-C2 (HE Area Kecil) ... C5 C.6 Hasil Simulasi Proses HE-C3 (TEMA sheet Baru) ... C6 C.7 Hasil Simulasi Proses HE-C3 (Capacity Up) ... C7 C.8 Hasil Simulasi Proses HE-C3 (HE Area Besar) ... C8 C.9 Hasil Simulasi Proses HE-C3 (HE Area Kecil) ... C9 C.10 Hasil Simulasi Proses HE-C4 (TEMA sheet Baru) ... C10 C.11 Hasil Simulasi Proses HE-C4 (Capacity Up) ... C11 C.12 Hasil Simulasi Proses HE-C4 (Merubah kondisi Operasi) ... C12 C.13 Hasil Simulasi Proses HE-C4 (HE Area Besar) ... C13 C.14 Hasil Simulasi Proses HE-C4 (HE Area Kecil) ... C14 C.15 Hasil Simulasi Proses HE-C5 (TEMA sheet Baru) ... C15 C.16 Hasil Simulasi Proses HE-C5 (Capacity Up) ... C16 C.17 Hasil Simulasi Proses HE-C8 (TEMA sheet Baru) ... C17 C.18 Hasil Simulasi Proses HE-C8 (Capacity Up) ... C18 C.19 Hasil Simulasi Proses HE-C8 (HE Area Kecil) ... C19 C.20 Hasil Simulasi Proses HE-C8 (HE Area Besar) ... C20 C.21 Hasil Simulasi Proses HE-C9 (TEMA sheet Baru) ... C21 C.22 Hasil Simulasi Proses HE-C9 (Capacity Up) ... C22

(15)

x

DAFTAR PUSTAKA

TEMA Sheet Heat Exchanger Tipe Shell And Tube di VCM-2 Plant Seksi 5300. 1987. PT Asahimas Chemical. Cilegon.

Coulson & Richardson. 2005. Chemical Engineering Design Volume 6. Amsterdam

Ariana . 2009. Thermal Design Shell & Tube Heat Exchanger I (online). http://blog.unsri.ac.id/Chemeng-20Sai/opp/thermal-design-shell-tube-heat-exchanger-i. Diakses tanggal (1 Juni 2012).

Ariana . 2009. Thermal Design Shell & Tube Heat Exchanger II (online). http://blog.unsri.ac.id/Chemeng-20Sai/opp/thermal-design-shell-tube-heat-exchanger-ii. Diakses tanggal (1 Juni 2012).

Ariana . 2009. Weighted Mean Temperature Difference (online).

http://blog.unsri.ac.id/Chemeng-20Sai/opp/Weight-Mean-Temperature-Difference . Diakses tanggal (1 Juni 2012). Tendra Za. 2012. Heat Exchanger (Online)

http://www.scribd.com/doc/88048057/Heat-Exchanger Diakses tanggal (17 April 2012)

Anonim 4. Gambar shell and Tube Heat Exchanger : washington university.2010 Agus Djauhari, Ir. 2011. Shell and Tube Heat Exchanger. Job Sheet Praktikum

Pilot Plant Politeknik Negeri Bandung.

Hartono, Rudi. 2008. Penukar Panas. Cilegon: Jurusan Teknik Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

Stewart, Maurice. Third Edition: Design of Oil Handling Systems .2009 (Online) http://www.separation-process.com. Diakses tanggal (7 Juni 2012)

Chemeng Sai. 2010. Penempatan Fluida Pada STHE : Tube Side vs Shell Side (online).http://blog.unsri.ac.id Diakses tanggal (1 Juni 2012).

Toker, Riza. 2011. HE (Online)

http://rizatoker.blogspot.com/ Diakses tanggal (2 Juni 2012) Wikipedia : http://id.wikipedia.org/wiki/Ethyl Dichloride. 17 juli 2012. Wikipedia : http://id.wikipedia.org/wiki/Water. Diakses tanggal 17 juli 2012.