Pre Heater i4y1g

Lembar Perhitungan Preheater Kode P-101 Menaikkan suhu campuran Metil Ester dan H2 1-2 Shell and Tube

Nama Alat Fungsi Jenis Data perancangan : Fluida Panas Laju Alir Temperatur masuk Temperatur keluar

Steam 8213.45 Kg/jam

18107.37 lb/jam

350°C

662 °F

350°C

662 °F

Fluida Dingin

ME, Gliserol, H2O

25304.165 55785.562 Laju Alir kg/jam lb/jam Temperatur 150°C 302 °F masuk Temperatur 250°C 482 °F Keluar

1. Perhitungan LMTD Fluida Panas, °F 662 662 0 Δ LMTD=

Temperatur Tinggi Temperatur Rendah Selisih

Fluida dingin °F 482 302 180

Selisih 180 360

360−180 =259.68 F 360 ln( ) 180

2. LMTD Koreksi S= R=

t 2−t 1 482−302 = =0.5 T 1−t 1 662−302 T 2−T 1 662−662 = t 2−t 1 482−302

=0

Nilai S yang didapat diplotkan kedalam gambar 18 (Kern, 1950) untuk mendapatkan nilai FT sebagai faktor koreksi : FT = 1 Δt = LMTD x FT Δt = 259.68 x 1 = 259.68 °F Komponen S R FT Δt 3. Perhitungan Tav dan tav

Nilai 0.5 0 1

Tc = (T1 + T2)/2 = 622 °F Tc = (t1 + t2)/2 = 392 °F 4. Perhitungan Luas Perpindahan Panas Fluida yang akan dipanaskan adalah campuran metyl Ester, H2 dan H2O yang memiliki µcampuran (dengan T = 423.15 K) = 7.14 , sehingga dikategorikan ke dalam golongan Ud heavy organics. Rentang untuk Ud heavy organics yaitu 6 - 60 Btu/hrft2°F (Tabel 6 Kern, 1965). Ud asumsi yaitu 60 Btu/hr ft2 °F. Oleh karena itu, nilai luas permukaannya dicari dengan menggunakan persamaan 5.3 (Kern, 1965). A=

Q = U D LMTD

7358433 Btu /h =447.62 ft 2 Btu 2 60 ft ° F x 259.685° F h

Didapatkan untuk nilai Ao =

447.62 ft 2 , untuk luas perpindahan panas

(A) > 200 ft2, maka digunakan jenis alat penukar panas jenis shell and tube heat exchanger (Kern, 1950).

5. Pemilihan untuk spesifikasi dari shell and tube Dipilih diameter luar (OD) pipa 1 in, 1.25 in Triangular Pitch : Spesifikasi Tube Length ( L ) Tube OD BWG C’ a”

Nilai 20 ft 1 in 15 0.25 in 0.2618 ft 2

L x a } = {447.62 {ft} ^ {2} } over {20 ft x 0.2618} =85.48 A Nt= ¿ Pada Tabel 9 Kern, 1950 digunakan Nt= 86 dengan 2 tube es, sehingga didapatkan data untuk shell : Spesifikasi Shell ID Shell Pitch Nt es

Nilai 15.25 in 1.25 in 86 1

Koreksi Koefisien UD : Akoreksi = Nt x L x a” = 86 x 20 ft x 0.2618 ft2/ft = 447.62 ft2

UD =

Q 7358433 Btu 2 = =59.64 . ft . F 2 A koreksi x LMTD 447.62 ft x 259.68 ° F hr Mencari Baffle of space dengan menggunakan persamaan 11.4 (kern,

1950) dengan pengambilan minimum baffle of space : Shell Side ID 15.25 in Baffle Space 3.05 in

Tube Side Number and Length 76 and 20 ft OD, BWG, and 1 in, 15 in, and 1.25 in



pitch es

1

Cold Fluid : Shell Side

triangular pitch 2

2. Kecepatan perpiandahan massa

Campuran ME, H2 dan H2O

Ga=

sebagai fluida dingin dialirkan pada

= 863538.646 lb/h ft2

Shell side. Data desain yang digunakan untuk Shell berdasarkan

W 55785.1962 = ao 0.06

3. Bilangan Reynold

µCampuran (333.15 K) = 7.14

Kern (1950) yaitu : Keterangan ID (in)

Nilai 15.2

Baffle space, B (in)

5 3.05 1

= 7.14 x 2.42 = 17.278 lb/ft h ℜ=

D x Ga μ

0.072 ft x 863538.64 ¿

1. Flow Area

17.278

ID = 15.25 in = 1.27 ft

lb 2 ft h

lb h ft

Baffle space = 3.05 in = 0.254 ft

= 4078.05 Dari gambar 28 kern,1950, diperoleh

Pt = 1.25 in

JH = 30

C’ = Pt – OD = 0.25 in = 0.0208 ft

Hot Fluid : Tube side, Steam

ao =

Steam sebagai fluida panas

ID x C' x B 144 x Pt

dialirkan pada tube. Data desain

15.25∈x 0.25 x 3.05∈ ¿¿ ft

2

(Pers. 7.48 Kern)

¿ =0.06 144 x 1.25

yang digunakan yaitu : Keterangan Panjang (ft) OD (in) BWG

Nilai 20 1 15

Pitch es

= 3.407

1.25 2

1. Flow Area Nt a' t 86 x 0.576 at= = =0.172 ft 144 n 144 .2

cμ k ¿ ¿

5.

ho k = jH . ¿ ∅t De

2

2. Kecepatan perpindahan massa ¿=

¿ 30 x

w 18107.253 = at 0.172

lb ¿ 105274.727 ft hr

= 77.930 2

6.

Menentukantw hio ∅s Tw=tc+ ( Tc−tc ) ho hio + ∅s ∅t

De=0.856∈¿

¿ 0.0713 ft μ = 0.022 = 0.053 lb/ ft h D x> ¿ μ 3. ℜ=¿

¿

x 3.407 ( 1.531 0.06 )

¿ 392+

244.34 x ( 662 ° F−392 ° F ) 244.34 +77.930

= 457.29 °F

0.0713 ft x 105274.727lb/h ft 0.05324 lb/ft h

2

Pada Tw = 457.29 °F, didapatkan nilai μw = 5.43

= 141051.7883

= 5.43 x 2.42

L/D = 20 ft/ 0.0713 ft = 280.373

= 13.14 lb/ft h Dari gambar 24 (kern, 1950) didapat

μ ∅t= μw

nilai JH = 780. 4. Pada Tav = 623.15,

¿ ho ∅t

Nilai c = 0.4788 Btu/lb °F, dan

0.14

17.27 = 13.14

(

0.14

)

=1.039

koreksi = (ho/ ∅t ¿ x ∅ t

k = 0.0276 btu ft/h°Fft2

= 77.93 x 1.030 = 80.95

5. Pada tav = 473.15 °F, niali c = 1.21 Btu/lb F dan 1 3

k = 1.531 Btu ft/hr ft2 F

(

c μ 31 = k

( )

btu lb ° F x 17.278 h lb ft ft 1.531 btu ft 2 ° F h

1.21

)

1 3

(

( ckμ ) =

btu lb ° F x 0.05324 h lb ft ft 0.0276 btu ft 2 ° F h

0.4788

= 0.9881

)

1 3

5.

cμ k ¿ ¿

= 0.038 lb/ft h μ 0.14 0.0532 = μw 0.038 ¿ 1.045

hi k = jH . ¿ ∅t De ¿ 780 x

(

(

∅t=

¿ hio ∅t

00.026 x 0.988 0.0713

)

¿ 285.444 x

)

koreksi = (hio/ ∅t ¿ x ∅ t =244.34 x 1.045

= 285.444 hio hi ID = x ∅ t ∅ t OD

0.14

= 255.48 0.856 0.75

= 244.34 6. Pada Tw = 457.29 °F, didapatkan nilai μw = 0.016 = 0.016 x 2.42

Berdasarkan nilai ho dan hio yang diperoleh dari hasil perhitungan pada shell side and tube side, maka: Uc Ud Rd Calculated Rd Required

61.486 59.64

Penurunan Tekanan (ΔP) 1. Untuk Re = 2998.606, f = 0.003 (fig 29 kern) 2. Number of cross 20 =¿ N + 1 = 12 x 3.05 78.68 De = 1.27 ft dan s = 1.262 f Gs 2 Ds ( N +1 ) 3. ∆ P= 5.22 x 1010 Dc s ∅ s

= 2.572 psi

2

1.

v =0.0014 2 g'

s = 0.9 f = 0.00011 (fig 26 Kern)

kern)

pada Re = 141051.7883

2

Δ Pr ¿

f ¿2 ln ∆ Pt = 5.22 x 1010 Ds∅ t

4 nv 4 x 2 = x 0.015 s 2 g' 0.9 = 0.01244 psi

= 0.0139 psi 2. Pada Gt = 105274.72 lb/h ft

(fig 27

2

3. ΔP total = ΔPt + ΔPr = 0.0139 + 0.01244 =0.0263 psi

ΔP untuk shell and tube pressure dorp nya <10 psi, sehingga preheater layak untuk di rancang dalam perancangan alat perpindahan panas.