Perancangan alat proses 1

6-10

Diinginkan untuk mendinginkan 6330 lb/hr toluena dari 160 ke 100 ℉ dengan memanaskan amyl asetat dari 90 ke 100 ℉. Bila fouling factor 0,004, sedangkan pressure drop yang diperkenankan adalah 10 psi dan pipa harpin 15 ft, IPS 2 x 11

4 in tersedia, tentukan jumlah pipa harpin yang dibutuhkan dan susunannya serta Rd Final

Heat Balance

Cold fluid (amyl acetate), t_av=90+100

2 =95℉

Hot fluid (toluene), T_av=160+100

2 =130℉

Diperoleh nilai camyl acetate=0,48Btu/lb℉ dan c_Toluena=0,44Btu/lb℉ Maka,

Q_toluene=W C(T₁−T2) Kern Hal 111

Q_toluene=6330 0,44(160−100)=167.112BTU/hr Wamyl acetate= Q_toluene

C(t₂−t1)→ 167.112 0,48(100−90) Wamyl acetate=34.815BTU/hr

LMTD

Hot Fluid

Cold

Fluid Diff

160 Higher

Temp 100 60

∆t2

100 Lower

Temp 90 10 ∆t1

50 ∆t2 -∆t1

LMTD=∆ t₂−∆ t₁ ln∆ t₂

∆ t₁

= 50 ln60

10

=27,9℉ Toluene

Amyl acetate

Pengecekan viskositas pada T_av

Hot fluid (toluene) pada T_av=130℉ μ<1

Cold fluid (amyl acetate) pada T_av=95℉ μ<1

Caloric Temperature

Viskositas fluida tidak melebihi 1 cp, maka temperature calorimeter merupakan temperature rata-rata

Flow Area

Dengan menggunakan rumus a_a=π

(

^D22−D12

)

4 ,inc² Kern hal 111

 Untuk pipa luar (Anulus) D₂=2,067

12 =0,172ft D₁=1,66

12 =0,138ft a_a=π

(

^0,1722−0,138²

)

4 =0,0083ft² D_e=(0,172²−0,138²)

0,138 =0,076ft

 Untuk pipa dalam D=1,38

12 =0,115ft a_p=π D²

4 →π0,115² 4 a_p=0,0104ft²

Karena flow area annulus lebih kecil maka komponen yang lajunya lebih kecil diletakkan di annulus (toluene) dan sebaliknya laju yang lebih besar di letakkan pada pipa dalam (amyl acetate).

Menghitung nilai koefisien perpindahan panas konveksi (h)

j_H=

(

^hikD

) (cμk )13(μμw)0,14

c = kapasitas panas (fig 4) μ = viskositas (fig 14)

k = koefisien perpindahan panas konduksi (table 4)

J_H = keofisien yang diperoleh dengan mengkorelasikan terhadap Re (fig 24)

 Penentuan viskositas

Hot fluid (toluene) pada ^TC=130℉ μ = 0,42 cp

μ = 0,42(2,42)=1,016lb/ft hr

Cold fluid (amyl acetate) pada T_av=95℉ μ = 0,7 cp

μ = 0,7(2,42)=1,694lb/ft hr

 Penentuan mass velocity

cold fluid (amyl acetate) at inner pipe G_p=W

a_p=34.815lb/hr

0,0104ft² =3.347 .596,15lb/hr ft² hot fluid (toluene) at annulus

G_a=W

a_a=6.330lb/hr

0,0083ft² =762.650,6lb/hr ft²

 Reynolds number

Fluid at annulus pipe (toluene) ℜa=D_eG_p

μ =0,076(762.650,6) 1,016 ℜa=57.048,67

Dengan L D=198

Fluid at inner pipe (amyl acetate) ℜ_p=D G_a

μ =0,115(3.347 .596,15) 1,694

ℜp=227.257,12

 Nilai j_H

Fluid at inner pipe (amyl acetate) j_H=445

Fluid at annulus (toluene) j_H=170

 Mencari nilai k

Interpolasi k pada T_av=130℉(toluene) k_a=k1+(T−T1)(k₂−k₁)

(T₂−T₁)

k_a=0,086+(130−86) (0,084−0,086) (167−86) k_a=0,085BTU/(hr)(ft²)(℉/ft)

(

^cμk

)

¹³⁼

(

^{0,44 1,0160,085}

)

^13=1,74

k_p=0,083BTU/(hr)(ft²)(℉/ft) dianggap konstan

(

^cμk

)

¹³⁼

(

^{0,48 1,6940,083}

)

^13=2,14

 Menghitung nilai h

cold at inner pipe (amyl acetate) h_i=j_H k

D

(

^cμk

)

^13ϕp

h_i

ϕ_p=4450,083

0,115(2,14) h_i

ϕ_p=687,31BTU/(hr)

(

ft²

)

(℉) hot fluid at annulus (toluene) h_o=j_H k

D_e

(

^cμk

)

^13ϕa

h_o

ϕ_a=1700,085

0,076(1,74) h_o

ϕ_a=330,83BTU/(hr)

(

^ft2

)

(℉)

 Pemeriksaan ^hi pada permukaan diameter luar (OD) h_io

ϕ_p=h_i ϕ_p

ID

OD=687,311,38 1,66 h_io

ϕ_p=571,38BTU/(hr)

(

^ft2

)

(℉)

 Penentuan nilai ϕ_p dan ϕ_a t_w=t_c+ h_o/ϕa

h_io/ϕ_p+ho/ϕ_a(T_c−t_c)

t_w=95+ 330,83

571,38+330,83(130−95)=107,83℉

 Penentuan viskositas pada tw

Cold fluid (amyl acetate) pada T_w=107,83℉ μ_w = 0,65cp

μ_w = 0,65(2,42)=1,573lb/ft hr ϕ_p=

(

^μμw

)

^0,14=

(

^1,6941,573

)

^0,14=1,01

Hot fluid (toluene) pada T_w=107,83℉ μ_w = 0,5 cp

μ_w = 0,5(2,42)=1,21lb/ft hr ϕ_a=

(

^μμw

)

^0,14=

(

^1,0161,21

)

^0,14=0,976

Sehingga, h_io

ϕ_p=571,38→ h_io=577,09BTU/(hr)

(

^ft2

)

(℉)

h_o

ϕ_a=330,83→ h_o=322,9BTU/(hr)

(

^ft2

)

(℉) h_i

ϕ_p=687,31→ h_i=694,18BTU/(hr)

(

^ft2

)

(℉) Menghitung panjang pipa yang dibutuhkan

 Clean overall coefficient (U_c) U_c= h_ioh_o

h_io+h_o=(577,09) (322,9) (577,09+322,9) U_c=207,05BTU/(hr)

(

^ft2

)

(℉)

 Design overall coefficient 1

U_D= 1

U_C+Rd, dengan asumsi Rd = 0,004 1

U_D= 1

207,05+0,004

U_D=113,25BTU/(hr)

(

ft²

)

(℉)

 A= Q

U_D∆ t= 167.112 113,25x27,9 A=52,89ft²

 Panjang yang dibutuhkan

Required length=52,89

0,435=121,58lin ft

Setidaknya dibutuhkan 5 buah pipa hairpin berukuran 15 ft disusun seri

Luas surface area secara actual yaitu 150x0,435=65,25ft², sehingga koefisien actual desgin

U_D= 167.112

65,25x27,9=91,8BTU/(hr)

(

^ft2

)

(℉) R_d=U_C−UD

U_CU_D = 207,05−91,8

(207,05)(91,8)=0,006

 Pengecekan Pressure Drop

Pressure drop pada pipa annulus (toluene sebagai hot fluid) D^'_e=(D₂−D₁)

D^'_e=0,172−0,138=0,034 ℜa

'=D^'_eG_a

μ =0,034 762.650,6 1,016 ℜa

'=25.521,77

Friction factor from Mc Adams and Seltzer dengan koreksi 10% (Kern Hal 53) f=0,0035+0,264

ℜ^0,42 f=0,0035+ 0,264

25.521,77^0,42 f=0,0072

Dari table 6 kern diperoleh ^stoluene=0,87 Sehingga,

ρ=s(62,5)=0,87(62,5) ρ=54,375

∆ F_a= 4f G_a²L

2g ρ²D^'_e=4(0,0072) (762.650,6)²(150)

2

(

^{4,18 108}

)

(54,375)²(0,034)=29,9ft V= G_a

3600ρ= 762.650,6

3600(54,375)=3,9fps

∆ F₁=V²

2g^'n_DPHE=5 3,9²

2(32,2)=1,18ft Pressure Drop,

∆ P_a=(∆ F_a+∆ F₁)

144 ρ=(29,9+1,18)

144 54,375

∆ P_a=11,73psi (by-pass fluida dengan laju volumetric tertinggi)

Pressure drop pada inner pipe (amyl acetate sebagai cold fluid)

Friction factor from Mc Adams and Seltzer dengan koreksi 10% (Kern Hal 53) f=0,0035+0,264

ℜ^0,42

f=0,0035+ 0,264 227.257,12^0,42 f=0,005

Dari table 6 kern diperoleh samyl acetate=0,88 Sehingga,

ρ=s(62,5)=0,88(62,5) ρ=55

∆ F_p=4f G²_pL

2g ρ²D=4(0,005) (3.347 .596,15)²(150)

2

(

^{4,18 108}

)

(55)²(0,115) =115,6ft Pressure Drop,

∆ P_p=∆ F_p

144 ρ=115,6 144 63,75

∆ P_p=51,17psi (by-pass aliran fluida dengan laju volumetric terbesar)