Perhitungan Perpindahan Panas Pemanas HEATER-01

HEATER-01 (H-01)

Fungsi : Untuk memanaskan feed sebelum masuk Reaktor - 01.

Type : Shell and Tube Heat Exchanger

Gambar :

Fluida Panas : Saturated Steam T1 = 300 ⁰C = 572 ⁰F T2 = 300 ⁰C = 572 ⁰F

W = 13565,3846 kg/jam = 29906,5182 lb/jam

Fluida Dingin : Campuran bahan baku sebelum masuk Reaktor 01 t1 = 86,35 ⁰C = 187.43 ⁰F

t2 = 180 ⁰C = 356 ⁰F

W = 54210,1546 kg/jam = 119512,7910 lb/jam

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

1. Beban Panas Condensor, Q Q = 19071574.2606 kJ/jam

= 18076364,2081 Btu/jam

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

No Fluida Panas Keterangan Fluida Dingin Selisih

1 572 Temperatur Tinggi 356 216

2 572 Temperatur Rendah 187.43 385.57

Selisih 168.57 168.57

LMTD =

1 2

1 2

t t ln

t t

 







=

385.57216 ln

57 . 168

= 292,23 ⁰F

Ta = ½ (572 + 572) ⁰F = 572 ⁰F ta = ½ (356 + 187.43) ⁰F = 271.72 ⁰F 3. Trial UD

Untuk Gas

UD = 5 – 50 Btu/ jam ft^{2 0}F (Tabel 8, Kern) Asumsi : UD = 45 Btu/jam ft^{2 0}F

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

D 

A = ^18076364,2_45292,23⁰⁸¹ , = 1374,61 ft²

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

 Panjang tube = 20 ft

 Outside Diameter = 0,75 inchi

 BWG = 16

 Pass = 2, 1 in triangular pitch

 a” = 0,1963 ft

4. Menghitung Jumlah tube, Nt

Nt =

L.a"

A

=₂₀^1374,61_{ft x 0,1963} ^ft _ft

2

= 350,13

Ambil Nt pada tabel 9 Kern (hal. 842) yang mendekati, sesuai dengan ukuran tube yang telah dipilih, Nt = 352

5. Koreksi design overall coefficient of heat transfer, UD

A = Nt.L.a”

= 352 x 20 ft x 0,1963 ft

= 1381,952 ft² UD=

T A.

Q



= 1381,952ft x 292,23 F Btu/jam

081 18076364,2

o 2

= 44,76 Btu/jam ft^{2 o}F

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

Shell Side :

ID = 23,25 in

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

= 1 in – 0,75 in = 0,25 in Baffle space = 0,5 x 23,25 in = 11,6 in Tube Side :

OD = 0,75 in ID = 0,62 in

BWG = 16

Panjang = 20 ft

PT, Pitch = 1 in triangular pitch

Pass = 2

TUBE SIDE : Fluida panas

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

ao = 0,302 in² (flow area per tube) at =

n . ft / in 144

a . N

2 2

o

t (Pers. 7.48, Kern)

= 144in /ft .2 in 0,302 x 352

2 2

2

= 0,369 ft²

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

Gt = at

W (Pers. 7.1, Kern)

= 0,369ft2

lb/jam 29906,5182

= 81023,0776 lb/ft² jam

3. Menghitung bilangan reynold fluida pada tube side, Ret

Pada temperatur rata-rata, tc = 572 ^oF diperoleh data sebagai berikut : µ = 0,0203 Cp = 0,0490 lb/ft hr

De= ID = 0,62 in = 0,0517 ft Cp = 0,481 Btu/lb ^oF

k = 0,025 Btu/hr ft ^oF Ret= ^{Gt x} _^De

= ^81023,0776_0,0490 ^lb/jam_lb/ft ^ft _hr ^{x 0,0517ft}

2

= 85423,7801

Dengan menghitung reynold number maka diperoleh :

Heat transfer factor, JH = 215 (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

025 , 0

0,481 x 0490 , . 0 0,0517

0,025 225.

3 / 1



 







 





hi = 106,872 Btu/ft² jam ^oF

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

hio= hi x (ID/OD)

= 106,872 Btu/ ft² hr ^oF x (0,62/0,75)

= 88,348 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)

= 144 x 1 11,63 x 0,25 x 23,25

= 0,4692 ft²

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

Gs= as

W

= ₂

ft 0,4692

lb/jam 119512.791

= 238272,08 lb/jam ft²

3. Menghitung bilangan reynold fluida pada shell side, Res

Pada temperatur rata-rata, Tc = 271,82 ^oF diperoleh data sebagai berikut : µ = 0,015 Cp = 0,0363 lb/ft jam

De= 0,73 in = 0,061 ft Cp = 0,6553 Btu/lb ^oF k = 0,0708 Btu/hr ft ^oF Res= ^{Gs x} _^De

= ^238272,08_0,0363 ^lb/jam_lb/ft ^ft_jam^{2 x 0,061ft}

= 398802,9735

Dengan menghitung reynold number maka diperoleh :

Heat transfer factor, JH = 400 (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

0708 , 0

0,6553 x

0363 , . 0 061 , 0 0,0708 400.

3 / 1



 







 





ho = 323,8974 Btu/ft² jam ^oF

6. Menghitung clean overall coefficient, U

Uc=

o io

o io

h h

h x h

 (Pers. 6.7, Kern)

= (84,421Btu/ft jam F) (323,8974 Btu/ft jam F) F) jam Btu/ft 74 F).(323,89 jam

Btu/ft (84,421

o 2 o

2

o 2 o

2



= 69,4140 Btu/ft² jam ^oF 7. Menghitung dirt factor, Rd

Rd=

D C

D C

x U U

U

U 

= (69,4140Btu/ft jam F) x (44,76Btu/ft jam F) F) jam Btu/ft (44,76 -

F) jam Btu/ft (69,4140

o 2 o

2

o 2 o

2

= 0,0079 jam ft^2oF/Btu

PRESSURE DROP

TUBE SIDE : Fluida panas 1. Friction factor, f

Ret= 85423,7801

f = 0,00011 (Fig. 26, Kern)

s = 0,0203 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 0,0517 x 0,0203 x 1 2 x 20 x 81023,0776 x

0,00011

10

2

= 0,5276 psi 3. Persamaan velocity head :

Gt = 81023,0776 lb/ft²jam

Dari fig.27 Kern (hal. 837) dengan Gt = 81023,0776 lb/ft²jam, maka V²/2g = 0,001 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 = ^{x 0,001 0.3941psi}

0203 . 0

2 . 4 2g x v s

4.n ²  

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

= (0,5276 + 0,3941) psi = 0,9217psi

SHELL SIDE : Fluida dingin

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

1. Friction factor, f Res= 398802,9735

f = 0,00105 (Fig. 29, Kern)

s = 2,0052 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_11,63 ^{x 20}_ft^{ft 20,65}

Ds= ^ 12

ID 1,9375

12 23,25



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 0,061 x 2,0052 x 1 ) (20,65 x x1,9375 238272,08

x 0,00105

10

2

= 0,3745 psi

SUMMARY

Nama Alat Heater – 02

Kode H-02

Operasi Kontinyu

Jumlah 1 Unit

Fungsi Menaikkan temperatur campuran gas sebelum masuk reaktor DATA DESAIN

Tipe Shell and Tube Heat Exchanger

Bahan Konstruksi Carbon Steel

Luas area 3951,368 ft²

MTD 283,27 ^oF

UC 91,2131 Btu / hr. ft^2oF

UD 50,21 Btu / hr. ft^2oF

Rd 0,009

Shell Tube

ho 94,9239 Btu/jam ft² hio 2333,2505 Btu/jam ft^2oF

∆P 0,0084 Psi ∆P 6,1937 Psi