menentukan spek vaporizer compress

DESKRIPSI MATERI DAN TUGAS

PERTEMUAN 17: Menentukan spesifikasi Vaporizer

Mata Kuliah Perancangan Alat Proses Dosen Pengampu: Ir.Suwoto,MT.

Pengantar :

VAPORISER adalah penukar panas yang digunakan untuk mengubah fase zat dari fase cair menjadi fase uap. Perancangan vaporizer ini mirip dengan perancangan alat penukar panas, yang berbeda adalah perpindahan panasnya digunakan untuk mengubah fase zat, sehingga dalam perhitungan panas latent sangat berpengaruh dalam perhitungan.

TUJUAN PERKULIAHAN

Setelah mempelajari materi perkuliahan ini , mahasiswa mampu:

1. Menentukan tipe vaporiser

2. Menentukan spesifikasi vaporiser

3. Menghitung koefisien perpindahan panas

Deskripsi Materi Vaporizer.

Kode : V-01

Tujuan : Mengubah fase etilen cair menjadi fase uap Tujuan :

1. Menentukan tipe vaporiser 2. Menentukan spesifikasi vaporiser

3. Menghitung koefisien perpindahan panas 4. Menghitung pressure drop (ΔP)

Langkah Perancangan

1. Menentukan Tipe Vaporiser

Jenis vaporiser yang digunakan adalah tipe double pipe (hairpin) dengan pertimbangan :

 konstruksi sederhana

 mempunyai luas perpindahan panas < 200 ft²

2. Menentukan Spesifikasi Vaporiser L (panjang pipa) : 12 ft

Dari tabel 6.2 Kern dan Tabel 11 digunakan double pipe dengan spesifikasi :

Pipe :

IPS pipe : 1,25 in

Flow area pipe : 1,5 in2 Inside Diameter : 1,38 in Outside Diameter : 1,66 in Outside Surface per lin ft : 0,435 ft²/ft Annulus :

IPS annulus : 2 in

Flow area annulus : 1,19 in² Inside Diameter : 2,067 in Outside Diameter : 2,38 in Diameter ekivalen : 0,915 in

3. Menghitung koefisien perpindahan panas Dari data neraca panas :

Fluida Panas

Komponen Massa BM Massa Massa

(kmol/jam) (kg) (lb/jam)

Metanol 14,57 32,00 466,30 1.028,00

Air 76,05 18,02 1.370,07 3.020,46

Total 90,62 1.836,37 4.048,46

Fluida Dingin

Komponen Massa BM Massa Massa

(kmol/jam) (kg) (lb/jam)

Etilen 350,16 28,05 9.823,30 21.656,46

Etana 0,03 30,07 0,98 2,17

Metana 0,31 16,04 4,91 10,83

Total 350,50 9.829,20 21.669,46

Panas yang dibutuhkan = 71786,75498 kJ/jam = 68083,03773 Btu/jam

a. Menentukan ΔT Preheat (Δt)p

Fluida panas Fluida dingin Selisih

86,00 °F Temperatur tinggi -38,20 °F 124,20 °F Δt2

68,00 °F Temperatur rendah -34,24 °F 102,24 °F Δt1

21,96 °F Δt2 - Δt1







 

1 2

1 2

Δt Δt log 2,3

Δt LMTD Δt

= 



log 124,20102,24 2,3

21,96

= 112,86 °F (Δt)p = LMTD= 112,86 °F

Vaporasi (Δt)v

Fluida panas Fluida dingin Selisih

86,00 °F Temperatur tinggi -34,24 °F 120,24 °F Δt2

68,00 °F Temperatur rendah -34,24 °F 102,24 °F Δt1

18,00 °F Δt2 - Δt1







 

1 2

1 2

Δt Δt log 2,3

Δt LMTD Δt

= 



log 124,20102,24 2,3

18,00

= 111,00 °F (Δt)v = LMTD= 111,00 °F

b. Menghitung Panas Pre-Heating dari temperatur -38,20°F sampai dengan -34,24°F

Komponen Massa ∫ Cp(c) dT Ha

(kmol) (kJ/kmol) (kJ)

Etilen 350,16 -6336,6 -2218809,8

Etana 0,03 -6209,8 -203,0

Metana 0,31 -14176,4 -4342,8

Total -2.223.355,6

Komponen Massa ∫ Cp(c) dT Hb

(kmol) (kJ/kmol) (kJ)

Etilen 350,16 -6157,5 -2156079,3

Etana 0,03 -6027,8 -197,0

Metana 0,31 -13859,0 -4245,6

Total -2160521,9

Qp = Hb-Ha = 62833,7 kJ/jam = 59591,9 Btu/jam

c. Menghitung Panas Laten pada temperatur -34,24°F Dari neraca panas diperoleh

Qv = m.λ = 8953,0 kJ/jam = 8491,2 Btu/jam d. Menghitung Weighted ∆T

 

^ΔtQvv = 76,5 kJ/jam = 72,6 Btu/jam

 

^ΔtQpp = 528,0 kJ/jam = 500,8 Btu/jam



Δt Σ q

= 573,3 Btu/jam

 

Σq Δt w Q

Δt 

= 118,8 °F

e. Menentukan temperatur kalorik

Temperatur kalorik menggunakan temperatur rata-rata dari tiap fluida Tc = 77 °F = 332,2 K

tc = -36,22 °F = 219,0 K

f. Menentukan fluida yang masuk ke annulus dan pipe

Karena massa fluida panas lebih besar daripada fluida dingin, maka fluida panas masuk ke pipa dan fluida dingin masuk ke annulus

Fluida panas, pipa Fluida dingin, annulus Preheating

 Menghitung flow area pipa (ap)

12 D ID

= 0,1150 ft

4 D a π

2 p

 

= 0,0104 ft²

 Menghitung flow area annulus (aa)

12 D₁ ID

= 0,17225 ft

12 D₂ OD

= 0,1383 ft

 

1 2 1 2 2

e D

D D  D 

= 0,07615 ft²

 

4 D D a π

2 1 2 2 a

 

= 0,00827 ft²

 Menghitung kecepatan massa (Gp)

p

p a

G  w

= 946308,4 lb/jam.ft²

 Menghitung kecepatan massa (Ga)

a

a a

G  w

= 221962,0 lb/jam.ft²

 Menghitung bilangan Reynold (Rep) μ pada suhu 77°F = 1,176 lb/(ft.jam)

μ G Re_p D ^p



= 92.525,7

 Menghitung bilangan Reynold (Rea) μ pada suhu -36,22°F = 0,223 lb/(ft.jam)

μ G Re_a  D ^a

= 75.759,4

 Menentukan jH

Dari fig 28 Kern diperoleh jH = 190

 Menentukan jH

Dari fig 28 Kern diperoleh jH = 170

 Menghitung Bilangan Prandtl (Pr) Cp pada suhu 77°F = 0,8984 Btu/(lb.°F) k pada suhu 77°F = 1,372 (Btu/jam.ft².°F)

k μ PrCp

= 0,7703

 Menghitung Bilangan Prandtl (Pr) Cp pada suhu -36,22°F = 0,400 Btu/(lb.°F) k pada suhu -36,22°F = 0,007 (Btu/jam.ft².°F)

k μ PrCp

= 12,1793

 Menghitung koefisien perpindahan panas (hi)

 

¹³

i Pr

D jH k h   

= 2077,7 Btu/jam.ft².°F

 Menghitung koefisien perpindahan panas (ho)

 

¹³

e

o Pr

D jH k h  



= 37,6 Btu/jam.ft².°F

 Koreksi hi ke permukaan pada diameter luar pipe





 OD

h ID h_{io i}

= 1727,3 Btu/jam.ft².°F

 Menghitung koefisien perpindahan panas bersih untuk preheating (Up)

o io

o io

p h h

h U h



 

= 36,8 Btu/jam.ft².°F

 Menghitung Luas Permukaan untuk preheating

 

p p

p

p U ΔT

A q

 

= 14,33 ft²

Vaporisasi

 Menghitung bilangan Reynold (Rea) μ pada suhu -34,24°F = 0,218 lb/(ft.jam)

μ G Re_a  D ^a

= 77.548,7

 Menentukan jH

Dari fig 28 Kern diperoleh jH = 260

 Menghitung Bilangan Prandtl (Pr) Cp pada suhu -36,22°F = 0,400 Btu/(lb.°F) k pada suhu -36,22°F = 0,0074 (Btu/jam.ft².°F)

k μ PrCp

= 11,7315

 Menghitung koefisien perpindahan panas (ho)

 

¹³

e

o Pr

D jH k h   

= 57,7 Btu/jam.ft².°F

 Menghitung koefisien perpindahan panas bersih vaporisasi (UV)

o io

o io

V h h

h U h



 

= 55,8 Btu/jam.ft².°F

 Menghitung Luas Permukaan untuk Vaporisasi

 

v v

v

v U ΔT

A q

 

= 1,37 ft²

 Menghitung total luas permukaan bersih (AC)

p v

c A A

A   = 15,70 ft²

 Menghitung Weighted Clean Overall Coefficient (UC)

Ac

UC  ΣUA

= 36,51 Btu/jam.ft².°F

g. Menghitung Dirt Overall Coefficient (UD)

Berdasarkan tabel 12 Kern, faktor kekotoran untuk vaporasi menggunakan brine sebagai berikut :

 Rd untuk sisi pipe = 0,001 Jam.ft².°F/Btu

 Rd untuk sisi annulus = 0,001 Jam.ft².°F/Btu Total Rd = 0,002 Jam.ft².°F/Btu

U Rd 1 U

1

C D





= 0,0294 Jam.ft².°F/Btu UD = 34,02 Btu/jam.ft².°F

h. Menghitung total luas permukaan kotor (AD)

ΔT U

A Q

D

D  

= 16,85 ft²

i. Menghitung jumlah hairpin yang dibutuhkan

pipe surface external

Np A^C

= 38,74 lin ft

Karena panjang pipe (L) yang dipakai adalah 12 ft

maka jumlah hairpin yang digunakan adalah 2 hairpin yang dipasang secara seri dengan panjang total lintasan (LT) = 48 ft

j. Menghitung luas permukaan aktual pipe surface external

N L 2

A   _P  = 20,88 ft²

k. Menghitung Dirt Overall Coefficient (UD) aktual

ΔT A

U Q

D

D  

= 27,46 (Btu/jam.ft².°F) l. Menghitung Rd aktual

C D

C D

d U U

U R U



 

= 0,009 (Jam.ft².°F/Btu)

TUGAS:

Tugas ditulis tangan, dikumpulkan di kelas:

Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini .

Anda jelaskan langkah-langkah menentukan tipe vaporiser, menentukan spesifikasi vaporiser, menentukan koefisien perpindahan panas vaporizer.