Perhitungan Beban Panas dan Selisih Temperatur Kondensor

Condensor-01 (CD-01)

Fungsi : Untuk mengembunkan top produk Kolom Destilasi-01 (KD-01) Type : Shell and Tube Heat Exchanger

Gambar :

Fluida Panas : Produk Kolom Destilasi-01 (KD-01) T1 = 72,7240 ⁰C = 162,9032 ⁰F

T2 = 69,2180 ⁰C = 156,5924 ⁰F

W = 54728,1204 kg/jam = 120652,8228 lb/jam Fluida Dingin : Amoniak

t1 = -33 ⁰C = -27,4 ⁰F t2 = -33 ⁰C = -27,4 ⁰F

W = 41869,059 kg/jam = 92303,922 lb/jam

Perhitungan berdasarkan “Process Heat Transfer’, D Q. Kern.

1. Beban Panas Condensor, Q Q = 59650906,9885 kJ/jam

= 56538142,9881 Btu/jam

2. Menghitung selisih temperatur rata-rata (∆T = LMTD)

No Fluida Panas Keterangan Fluida Dingin Selisih 1 162,9032 ⁰F Temperatur Tinggi -27,4 ⁰F 190,3032 ⁰F 2 156,5924 ⁰F Temperatur Rendah -27,4 ⁰F 183,9924 ⁰F

Selisih 0 6,3108

LMTD =

1 2

1 2

t t ln

t t

 







= ln 190,3032183,9924 3108

, 6

= 187,1301 ⁰F

Ta = ½ (162,9032 + 156,5924) ⁰F = 159,7478 ⁰F ta = ½ (-27,4 + -27,4) ⁰F = -27,4 ⁰F 3. Trial UD

Untuk light organics

UD = 40 – 100 Btu/ jam ft^{2 0}F (Tabel 8, Kern) Asumsi : UD = 100 Btu/jam ft^{2 0}F

a. Area perpindahan panas (surface area), A A = _U^Q _t

D 

A = ^56538142,9_{100187,1301}⁸⁸¹ , = 3021,3287 ft²

Karena surface area A > 200 ft², maka direncanakan menggunakan Shell and Tube Heat Exchanger dengan spesifikasi : (Tabel 10, Kern)

 Panjang tube = 24 ft

 Outside Diameter = 1 inchi

 BWG = 16

 Pass = 4

 PT, pitch = 1,25 in triangular pitch

 a” = 0,26185 ft

4. Menghitung Jumlah tube, Nt

Nt =

L.a"

A

=₂₄^3021,3278_{ft x 0,2618} ^ft _ft

2

= 480,8583

Ambil Nt pada tabel 9 Kern (hal. 842) yang mendekati, sesuai dengan ukuran tube yang telah dipilih, Nt = 486

5. Koreksi design overall coefficient of heat transfer, UD

A = Nt.L.a”

= 486 x 24 ft x 0,2618 ft

= 3053,6352 ft² UD=

T A.

Q



= 3053,6352ft x 187,1301 F Btu/jam

881 56538142,9

o 2

= 98,942 Btu/jam ft^{2 o}F

Karena UD mendekati asumsi, maka dari tabel 9 Kern diperoleh data sebagai berikut :

Shell Side :

ID = 33 in

PT = 1,25 in triangular pitch C” = (PT – OD tube)

= 1,25 in – 1 in = 0,25 in Baffle space = 0,5 x 33 in = 16,5 in Tube Side :

OD = 1 in

ID = 0,87 in

BWG = 16

Panjang = 24 ft

PT, pitch = 1,25 in triangular pitch

Pass = 4

TUBE SIDE : Fluida panas

1. Menghitung flow area fluida panas yang mengalir pada tube side, at

ao = 0,594 in² (flow area per tube) at =

n . ft / in 144

a . N

2 2

o

t (Pers. 7.48, Kern)

= 144in /ft .4 in 0,594 x 486

2 2

2

= 0,5012 ft²

2. Menghitung laju alir massa fluida panas pada tube side, Gt

Gt = at

W (Pers. 7.1, Kern)

= 0,5012ft2

lb/jam 8 120652,822

= 240733,9025 lb/ft² jam

3. Menghitung bilangan reynold fluida pada tube side, Ret

Pada temperatur rata-rata, tc = 159,7478 ^oF diperoleh data sebagai berikut : µ = 0,0313 cP = 0,0756 lb/ft hr

De= ID = 0,87 in = 0,0752 ft Cp = 0,9561 Btu/lb ^oF k = 0,0932 Btu/hr ft ^oF Ret= ^{Gt x} _^De

= ^240733,902_0,0756^{5 lb/jam}_lb/ft ^ft_hr ^{x 0,0752ft}

2

= 230756,6837

Dengan menghitung reynold number maka diperoleh :

Heat transfer factor, JH = 380 (Fig. 24, Kern) 4. Menghitung koefisien perpindahan panas inside fluida, hio

hi =

14 , 0

w 1/3

H .

k Cp . D . k

J 

 



 



 







 









 (Pers. 6.15a, Kern)

1

14 , 0

w

 



 









= ^.1

0,0932 9561 , 0 0756 , . 0 0,0752 0,0932 .

380

1/3



 







 



 x

hi = 448,8969 Btu/ft² jam ^oF

Nilai hi yang diperoleh digunakan untuk menghitung heat transfer coefficient outside diameter, hio

hio= hi x (ID/OD)

= 448,8969 Btu/ ft² hr ^oF x (0,87/1)

= 390,5403 Btu/ft² hr ^oF

SHELL SIDE :Fluida dingin

1. Menghitung flow area fluida dingin yang mengalir pada shell side, as

as =

P

T

x 144

B x C"

x ID

(Pers. 7.1, Kern)

= ^{33 x} ₁₄₄^0,25 _{x 1,25} ^{x 16,5}

= 0,7563 ft²

2. Menghitung laju alir massa fluida dingin pada shell side, Gs

Gs= as

W

= ₂

ft 0,7563

lb/jam 92303,922

= 159540,9226 lb/jam ft²

3. Menghitung bilangan reynold fluida pada shell side, Res

Pada temperatur rata-rata, Tc = -27,40 ^oF diperoleh data sebagai berikut : µ = 0,2415 cP = 0,5845 lb/ft jam

De= 0,72 in = 0,06 ft Cp = 1,2134 Btu/lb ^oF k = 0,3544 Btu/hr ft ^oF Res= ^{Gs x} _^De

= 0,5845lb/ft jam

ft 0,06 x ft lb/jam 6

159540,922 ²

= 16376,4183

Dengan menghitung reynold number maka diperoleh :

Heat transfer factor, JH = 220 (Fig. 28, Kern)

4. Menghitung koefisien perpindahan panas, ho

ho=

14 , 0

w 1/3

H .

k c . D . k

J 

 



 



 







 









 , (Pers.

6.15b, Kern)

1

14 , 0

w

 



 









= ^.1

3544 , 0

1,2134 x 5845 , . 0 06 , 0 0,3544 220.

3 / 1



 







 





ho = 1637,4908 Btu/ft² jam ^oF

Uc=

o io

o io

h h

h x h

 (Pers. 6.7, Kern)

= (390,5403Btu/ft jam F) (1637,4908 Btu/ft jam F) F) jam Btu/ft 908 F).(1637,4 jam

Btu/ft (390,5403

o 2 o

2

o 2 o

2



= 315,3335 Btu/ft² jam ^oF 7. Menghitung dirt factor, Rd

Rd=

D C

D C

x U U

U U 

= (315,3335Btu/ft jam F) x (98,942Btu/ft jam F) F) jam Btu/ft (98,942 -

F) jam Btu/ft (315,3335

o 2 o

2

o 2 o

2

= 0,0069 jam ft^2oF/Btu

PRESSURE DROP

TUBE SIDE : Fluida panas 1. Friction factor, f

Ret= 230756,6837

f = 0,0001 (Fig. 26, Kern)

s = 0,7391 2. Pressure drop

ΔPt =

x s x D x x10 22 , 5

n x L x G x f

t e

10 2 t

 (Pers. 7.47, Kern)

= 5,22x10 x 0,0725 x 0,7391 x 1 4 x 24 x 5 240733,902 x

0,0001

10

2

= 0,2387 psi 3. Persamaan velocity head :

Gt = 2407333,9025 lb/ft²jam

Dari fig.27 Kern (hal. 837) dengan Gt = 2407333,9025 lb/ft²jam, maka V²/2g = 0,008 lb/ft²jam

Perubahan arah adanya penambahan pressure drop (ΔPt) disebut return loss dan dihitung untuk 4 velocity head per pass, maka return loss untuk beberapa fluida menjadi :

ΔPr = ^4.n_s ^x _2g^v _0.7391^{4.4 x 0,008 0.1732psi}

2  

Total tube side pressure drop (ΔPT) menjadi : ΔPT = ΔPt + ΔPr

= (0,2387 + 0,1732) psi

= 0,4119 psi

SHELL SIDE : Fluida dingin

Pressure drop yang terjadi pada shell sebanding dengan jumlah fluida yang melewati sekat (bundle) di antara baffle.

1. Friction factor, f Res= 16376,4183

f = 0,0012 (Fig. 29, Kern)

s = 0,6740 2. Jumlah lintasan

Jumlah sekat (bundle) yang dilalui (N+1), dimana N yaitu jumlah baffle dan L yaitu panjang tube

Nt + 1 = ^12.L_B ^12_1,375 ^{x 24}_ft^{ft 209,4545} Ds= ^

12

ID 0,2292ft

12 ft 2,75 

3. Persamaan isotermal untuk pressure drop fluida yang dipanaskan atau didinginkan dan termasuk yang diserap atau hilang yaitu :

ΔPs =

x s x D x x10 22 , 5

) 1 (N x D x G x f

s e

10

t s 2 s



 (Pers. 7.44, Kern)

= 5,22x10 x 0,06 x 0,6740 x 1

) (209,4545 x

0,2292 x

6 159540,922 x

0,0012

10 2

= 0,6945 psi

SUMMARY

Nama Alat Condensor– 01

Kode CD-01

Operasi Kontinyu

Jumlah 1 Unit

Fungsi Untuk mengembunkan top produk Kolom Destilasi-01 (KD-01)

DATA DESAIN

Tipe Shell and Tube Heat Exchanger

Bahan Konstruksi Carbon Steel

Luas area 3053,6352 ft²

LMTD 187,1301 ^oF

UC 315,3335 Btu / hr. ft^2oF

UD 98,942 Btu / hr. ft^2oF

Rd 0,0069

Shell Tube

ho 1637,4908 Btu/jam ft² hio 390,5403 Btu/jam ft²

∆P 0,6945 Psi ∆P 0,4119 Psi