BAB III TUGAS KHUSUS (Ini mse gbgan smo bab3 yg HE) 3.1 Judul Menghitung kinerja alat Reboiler Debutanizer FLRS-E-107 pada Unit RFCC (Riser Fluidized Catalityc Crangking) di PT. Pertamina (Persero) RU III Plaju-Sei. Gerong 3.2 Latar Belakang Riser Fluidized Catalytic Cracking Unit ( RFCCU ) di Refinery Unit III Sungai Gerong merupakan salah satu Secondary Processing Unit untuk mengolah komponen crude menjadi produk-produk turunannya yang mempunyai nilai ekonomis tinggi. Fungsi RFCCU adalah merengkah fraksi berat yaitu gasoil dan long residu menjadi minyak fraksi ringan dengan bantuan panas dan katalis, katalis yang digunakan adalah Silika Alumina (Al2O3-SiO2). Pada bagian RFCCU terdapat kolom FLRS T-102 yang berfungsi sebagai tempat pemisahan butane dengan fraksi propane nya denganmemanfaat kan proses destilasi panas. Panas pada kolom FLRS T-102 didapatdari reboiler FLRS E-107 yang memanfaatkan panas dari top produk tower FCT-1 berupa MPA panas. Bahan yang didih kan oleh Reboiler berupa napthahasil dari bottom produk kolom FLRS T-403. Reboiler
merupakan
peralatan
perpindahan
panas
yang
berfungsimendidihkan kembali (reboil) serta menguapkan sebagian cairan yang di proses.
Reboiler
FLRS
E-107
merupakan
reboiler
berbentuk
heat
exchanger yang berupa shell and tube dan jika dilihat dari posisi nya, E-107 bertipehorizontal thermoshyphone Pemakaian
alat perpindahan panas
secara
terus
menerus dapat
mengakibatkan penurunan kemampuan kerja alat yang diakibatkan timbulnya kerak
atau
kotoran
Untuk mengetahui
yang
kelayakan
ditimbulkan suatu
alat
oleh
media
perpindahan
yang
digunakan.
panas,
maka
diperlukan penghitungan effisiensi actual serta fouling factor pada alat 58
59
perpindahan panas tersebut. Perhitungan ini memerlukan data-data yang diambil baik secara langsung atau pun didapat dari alat ukur yang sudah terpasang di alat perpidahan panas tersebut. Untuk melihat kelayakan alat tersebut, hasil perhitungan actual dapat di bandingkan dengan desain alatnya. 3.3 Tujuan Adapun tujuan dari pembuatan laporan ini adalah : Untuk mengetahui proses perpindahan panas yang terjadi dan Menghitung efisiensi kinerja Reboiler Debutanizer FLRS-E-107 pada Unit RFCC PT. PERTAMINA RU III dengan melihat nilai Fouling Factor (Rd) dan Pressure Drop pada Tube side.
3.4 Manfaat Adapun manfaat dari pembuatan laporan ini adalah: 1. Memberikan informasi serta masukan kepada Industri mengenai kondisi kinerja alat Reboiler Debutanizer FLRS-E-107 pada Unit RFCCU di PT. Pertamina (Persero) RU III Plaju-Sei. Gerong yang dilakukan dengan perhitungan manual berdasarkan data kondisi design dan aktual dengan menggunakan metode Kern sekarang ini. 2. Mengaplikasikan ilmu yang didapat selama proses pembelajaran di bangku kuliah dalam skala Industri, khusunya di PT. PERTAMINA RU III PlajuSei. Gerong. 3.5 Rumusan Masalah (PILIH SALAH SATU GAA)
Bagaimana cara menghitung pressure drop dan efisiensi kinerja alat pada peralatan Reboiler Debutanizer FLRS-E-107 pada Unit RFCC (Riser Fluidized Catalityc Crangking) di PT. Pertamina (Persero) RU III Plaju-Sei. Gerong
Dalam penyusunan laporan kerja praktek ini, penyusun membatasi pokok permasalahan mengenai evaluasi kinerja Reboiler FLRS-E-107 pada unit RFCC (Riser Fluidized Catalytic
60
Cracking) ditinjau dari nilai fouling factor yang terhitung di unit PT Pertamina RU III Plaju-Sungai Gerong.
3.6Tinjauan Pustaka (CEE EDIT LAGI ) 3.6.1 Pengertian Heat Exchanger Reboiler merupakan peralatan perpindahan panas yang berfungsi untuk mendidihkan kembali (reboil) atau menguapkan sebagian produk bottom dari kolom distalasi sehingga fraksi-fraksi ringan yang terikut bottom produk dapat diuapkan kembali. . 3.6.2
Komponen-komponen Utama Shell and Tube Heat Exchanger 1. Shell Komponen alat yang merupakan cangkang atau pembungkus berkas pembuluh, dimana salah satu fluida mengalir masuk dan keluar. 2. Tube Komponen alat yang dialiri fluida lainnya, yang dindingnya merupakan lintas pertukaran panas. Berkas tube, dirangkum oleh ”tube sheet”, dan tersusun dalam pola segitiga (triangular), pola bunjur sungkar (square) atau pola diagonal (diagonal square). 3. Baffle Komponen ini merupakan lempengan logam yang dipasang tegak lurus poros “shell” dan berfungsi mengatur pola aliran fluida dalam shell, dengan tujuan untuk memperbaiki kontak antara fluida dalam shell dengan tube nya, sehingga pertukaran panas dapat berlangsung lebih sempurna. 4. Channel Komponen alat ini berfungsi untuk membalikan arah aliran fluida dalam tube pada jenis fixed tube exchanger. Pada konstruksi lain disebut juga channel cover, shell cover dan head cover.
61
5. Nozzle Komponen alat ini merupakan saluran masuk dan keluar fluida kedalam shell dan kedalam tube.
3.6.3
Pengertian Perpindahan Panas Proses perpindahan panas yang terjadi pada suatu fluida proses merupakan
bagian terpenting dalam proses industri kimia. Mekanisme perpindahan panas ini disebabkan beda temperature antara fluida yang satu dengan fluida yang lain, baik perpindahannya secara konduksi, konveksi maupun radiasi. Sifat perpindahan panas adalah bila dua buah benda mempunyai suhu yang berbeda mengalami kontak baik secara langsung maupun tidak langsung, maka panas akan mengalir dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Heat Exchanger (HE) Di industri-industri kimia banyak memanfaatkan heat exchanger utk pertukaran panas, dan yg sering digunakan adalah 2 tipe dibawah ini : 1. STHE (Shell and Tube Heat Exchanger) Adalah penukar panas yang terdiri dari bagian luar (shell) dan bagian dalam (tube) Karakteristik : a.
Luas perpindahan panas > 120 ft2
b.
Utk kapasitas aliran besar
c.
Perawatan mudah
d.
Efisien tempat
e.
Digunakan untuk range suhu yg besar (-100 C sd 600 C)
f.
Digunakan untuk tekanan besar, (shell 300 bar dan tube 1400 bar)
62
Gambar 3.1 Shell and Tube Heat Exchanger
2. DPHE (Double Pipe Heat Exchanger) Adalah alat penukar panas yang terdiri dari 2 pipa (annulus = luar dan inner pipe = dalam) Karakteristik : a. Digunakan untuk kapasitas aliran kecil b. Luas perpindahan panas < 120 ft2 c. Boros tempat d. Sulit pembersihan
Gambar 3.2 Double Pipe Heat Exchanger
63
Istilah-istilah yg sering muncul pada perancangan heat exchanger (HE) : a. Fouling factor (Rd), tingkat kekotoran dari HE, digunakan untuk
menghitung efisiensi alat dari tahun ke tahun dan pada STHE untuk pembersihan tube per satu-satu sehingga alat tetap bisa bekerja. Rd > Rd ketetapan maka over desain dan Rd < Rd ketetapan maka under desain b. Baffle, penghalang aliran pada DPHE sehingga aliran dari pipa luar lebih
lama kontak dengan aliran bagian dalam c. Uc, tahanan panas dalam keadaan bersih d. Ud, tahanan panas dalam keadaan kotor e. Pressure Drop (ΔP), penurunan tekanan karena aliran fluida. Untuk
liquid max 10 psi dan gas 2 psi f. Co-Current, aliran antar fluida searah g. Counter-Current, aliran antar fluida berlawanan arah
Gambar 3.3 aliran fluida
64
Alasan fluida ditempatkan pada pipa bagian dalam adalah a.
Fluida yang mudah menguap dan mahal harganya
b.
Fluida panas, karena kalau diletakkan di bagian dalam lebih rendah heat
loss-nya c.
Fluida dengan laju alir yang besar, karena kalau didalam alat tidak goyang
d.
Pada STHE, fluida mudah mengendap, jadi kalau diletakkan di tube akan
mudah pembersihannya
3.6.4 Macam – macam proses perpindahan panas Proses perpindahan panas yang terjadi di dalam proses-proses kimia dapat berlangsung dengan tiga cara yaitu : 1. Perpindahan Panas Secara Konduksi Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas antara molekul-molekul yang saling berdekatan antara satu sama lain dan tidak diikuti oleh perpindahan molekul-molekul secara fisis. Perpindahan secara konduksi ini dapat berlangsung pada benda padat. Contoh perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas dalam zat padat yang tidak tembus cahaya, seperti dinding bata pada tungku atau dinding logam pada tabung.
2. Perpindahan Panas secara Konveksi Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi dari suatu tempat ke tempat lain dengan gerakan partikel secara fisis.
65
Perpindahan panas secara konveksi menurut terjadinya ada dua macam, yaitu: a. Konveksi bebas natural convection Adalah proses perpindahan panas yang berlangsung secara alamiah, dimana perpindahan panas molekul-molekul dalam zat yang dipanaskan terjadi dengan sendirinya tanpa adanya tenaga dari luar. b. Konveksi paksa forced convection Adalah proses perpindahan panas yang terjadi karena adanya tenaga dari luar, misalnya pengadukan. Jika dalam suatu alat dikehendaki pertukaran panas, maka perpindahan panas terjadi secara konveksi paksa karena laju panas yang dipindahkan naik dengan adanya aliran atau pengadukan. c. Perpindahan Panas secara Radiasi Radiasi adalah istilah yang digunakan untuk perpindahan energi panas melalui ruang oleh gelombang elektromagnetik. Perambatan gelombang elektromagnetik dapat berlangsung baik dalam suatu medium maupun dalam ruang hampa (vacuum). Jika radiasi berlangsung melalui ruang hampa, maka partikel – partikel tidak ditransformasikan menjadi kalor atau bentuk lain dari energi, dan tidak pula terbelok dari lintasannya. Tetapi sebaliknya, apabila terdapat zat pada lintasannya, maka radiasi akan terjadi transmisi, refleksi, dan absorpsi.
66
A. Jenis – jenis heat exchanger berdasarkan bentuknya Heat Exchanger dapat dikelompokkan menjadi beberapa macam berdasarkan bentuknya, yaitu :
Gambar 3.4 Straight-Tube Heat Exchanger Heat Exchanger Heat Exchanger jenis ini adalah alat yang digunakan untuk menukarkan panas dari temperatur tinggi ketemperatur rendah melalui perantara (konduksi) media perantaranya meggunakan tubing. Fluida Yang akan dipanaskan atau didinginkan merupakan fluida yang sama. Contoh fluidanya adalah "minyak dengan minyak".
Gambar 3.5 Cooler
67
Cooler Adalah Heat Exchanger yang berfungsi untuk mendinginkan fluida. Fluida utama adalah fluida yang didinginkan. Fluida pendinginnya biasanya mengunakan air(water). Cooler ini penukaran panas melalui perantara (konduksi) media perantaranya adalah cubing.
Gambar 3.6 Chiller Chiler Chiler adalah alat penukar panas yang fungsinya hampir sama dengan cooler yaitu mendinginkan fluida utama. hanya saja fluidanya pendinginnya menggunakan refigeran, vreon.
Gambar 3.7 Reboiler
68
Reboiler Alat penukar panas yang digunakan untuk memanaskan dan menguapkan sebagian dari fluida utama. fluida utama akan menjadi dua fasa (cair dan gas). Fluida yang bbiasa untuk memanaskannya menggunakan steam.
Gambar 3.8 Condenser Condenser Adalah alat yang digunakan untuk merubah fasa fluida dari gas menjadi cair. Proses ini disebut dengan proseskondensasi. Hasil dari condensasi ini dinamakan kondensat. Condensor ini untuk posisi pada umumnya adalah vertikal. Fluida untuk pendinginannya menggunakan air bertekanan rendah dan mempunyai flow yang rendah.
3.6.5 Kategori penukar panas berdasarkan penggunaannya Berdasarkan jenis penggunaannya alat penukar panas dapat dikategorikan sebagai berikut : 1. Preheater Alat ini digunakan untuk mentransfer panas dari fluida yang masih bersuhu tinggi ke fluida yang bersuhu rendah yang bertujuan untuk dimanfaatkan oleh fluida yangbersuhu rendah sebelum masuk ke furnace, yang mnan bertujuan agar kerja furnace lebih ringan.
69
2. Condensor Alat ini digunakan untuk menurunkan suhu dari uap atau vapour sampai mencapai titk pengembunan atau kondensasi ke suhu cair, dengan mentransfer panasnya ke fluida lain, biasanya air, dapat air tawar ataupun air laut.
3. Reboiler Alat ini digunakan untuk memproduksi uap dari liquid, dimana liquid tersebut dipanaskan dengan melewatkan uap air yang ada pada tube bundle.yang mana media pemanas biasa digunakan adalah steam. Perpidahan panas yang terjadi juga disertai perubahan fase, tetapi dari bentuk liquid menjadi vapour dengan sumber panas dari fluida proses maupun sistem.
4. Cooler Alat ini digunakan untuk mendinginkan liquid yang panas sampai mencapai suhu tertentu yang dikehendaki. Peristiwa perpindahan panas yang terjadi tanpa perubahan fasa.
5. Chiller Alat ini digunakan untuk mendinginkan fluida pada suhu yang lebih rendah. Dimana media pendingin biasanya dapat digunakan berupa air, propane, freon, ataupun ammonia.
6. Evaporator Alat ini digunakan untuk menguapkan fluida cair dengan suatu media pemanas (steam) atau media pemanas lainnya.
menggunakan
70
7. Cooling tower Alat ini digunakan untuk mendinginkan fluida dengan menggunakan hembusan udara.
8. Furnace Alat ini digunakan bertujuan untuk menaikan suhu feed sampai temperatur tertentu sebelum diproses dikolom CDU, HVU, dan RFFU.
3.6.6 Tipe Penukar Panas 1. Direct Pada peralatan tipe direct, kedua fluida yang akan dipertukarkan panasnya bercampur menjadi satu.
2. Indirect Pada peralatan tipe indirect, kedua fluida yang akan dipertukarkan panasnya tidak bersentuhan langsung sehingga perpindahan panasnya terjadi melalui dinding pemisah.
3.6.7 Klasifikasi Heat Exchanger Berdasarkan Bentuk
1. Pipe Exchanger Heat Exchanger ini adalah jenis yang paling sederhana yang hanya terdiri atas pipa besar dan kecil yang disusun secara konsentris. Jenis ini biasanya digunakan untuk mendinginkan atau memanaskan fluida proses.
2. Shell and Tube Exchanger Merupakan Heat Exchanger yang terdiri dari suatu pipa besar yang berisi sejumlah tube yang lebih kecil. Jenis ini dapat dugunakan untuk mendinginkan atau memanaskan fluida proses.
71
3. Flate and Fram Exchanger Merupakan Heat Exchanger yang terdiri atas plate-plate yang dipasang sebagai penyekat antara fluida dingin dan fluida panas.
4. Air Cooled Exchanger Alat ini digunakan untuk mendinginkan suatu cairan dengan udara sebagai fluida pendinginnya. Cairan disalurkan kedalam pipa dan udara dialirkan kebagian luar pipa tersebut.
5. Box Cooler Merupakan alat pendingin yang terdiri dari suatu coil pipa yang direndam dalam sebuah tangki terbuka ( segi empat ).
3.6.8 Jenis-jenis Aliran Berdasarkan konfigurasi arah aliran, maka alat penukar panas dapat dikategorikan pada tiga jenis konfigurasi aliran yaitu : 1. Aliran Sejajar (Co – current flow) Kedua jenis fluida masuk dari satu sisi secara bersamaan, mengalir pada arah yang sama dan keluar dari sisi lainnya yang sama.
Gambar 3.9 Aliran Sejajar (Co Current flow)
72
Keterangan : To = Fluida panas yang keluar (0C) Ti = Fluida panas yang masuk (0C) t o = Fluida dingin yang keluar (0C) t i = Fluida dingin yang masuk (0C)
2. Aliran berlawanan arah (Counter – current flow) Dua jenis fluida masuk dari arah yang berlawanan dan keluar dari sisi yang berlawanan pula.
Gambar 3.10 Aliran berlawanan arah (Counter- current flow) Keterangan : To = Fluida panas yang keluar (0C) Ti = Fluida panas yang masuk (0C) t o = Fluida dingin yang keluar (0C) t i = Fluida dingin yang masuk (0C)
73
3. Aliran kombinasi (gabungan) Satu fluida masuk dari satu sisi kemudian berbagi arah ke arah sisi masuk, sedangkan fluida lainnya masuk dan keluar dari sisi yang berlainan.
Gambar 3.11 Aliran kombinasi (gabungan) Keterangan : T1 = Fluida panas yang masuk (0C) T2= Fluida panas yang keluar (0C) t 1 = Fluida dingin yang masuk (0C) t 2 = Fluida dingin yang keluar (0C)
Shell dan Tube Exchanger sejauh ini paling umum digunakan untuk proses perpindahan panas di industri kimia. Keuntungan yang diperoleh dari heat exchanger jenis ini adalah : a. Konfigurasinya memberikan luas permukaan yang besar dengan volume
yang kecil b. Secara mekanis, bentuknya cocok untuk proses bertekanan c. Teknik pembuatannya lebih mudah d. Lebih mudah dibersihkan e. Prosedur perancangannya mudah f.
Dapat digunakan untuk berbagai jenis bahan proses
g. Dapat dibuat dari berbagai jenis bahan
74
3.6.9 Susunan Tube Komponen untuk melepas atau menerima panas suatu alat penukar panas dipengaruhi oleh besarnya luas permukaan (heating surface) dimana besarnya luas permukaan tergantung dari panjang, ukuran dan jumlah tube. Susunan tube mempengaruhi besarnya penurunan tekanan aliran fluida dalam shell. 1. Tube dengan susunan bujur sangkar (square pitch)
Gambar 3.12 Tube dengan susunan bujur sangkar (square pitch) 2. Tube dengan susunan segitiga (trianguler pitch)
Gambar 3.13 Tube dengan susunan segitiga (trianguler pitch)
75
3. Tube dengan susunan belah ketupat atau bentuk bujur sangkar yang diputar 450 (square pitch rotate)
Gambar 3.14 Tube dengan susunan belah ketupat diputar 45o (square pitch rotated) 4.
Tube susunan segitiga dengan garis pembersih (triangular pitch with cleaning liners)
Gambar 3.15 Tube susunan dengan garis pembersih (trianguler pitch with cleaning lines)
76
Macam – macam pengaturan tube di dalam shell a. Inline Square Pitch Baik untuk kondisi perbedaan tekanan yang rendah Koefisien perpindahan panas lebih rendah daripada triangular pitch b. Diamond Square Pitch Digunakan untuk perbedaan tekanan rendah, tetapi tidak serendah inline Square pitch Mempunyai koefisien perpindahan panas yang lebih sebanding inline square pitch c. Inline Triangular Pitch Tidak banyak digunakan seperti triangular pitch Koefisien perpindahan panasnya lebih baik dibanding square pitch Perbedaan tekanan medium cukup tinggi Baik untuk fluida yang mudah fouling d. Triangular Pitch Sangat umum digunakan, baik untuk iron fouling ataupun fouling service Perbedaan tekanan medium tinggi Mempunyai koefisien perpindahan panas yang paling baik Pengaturan tube dan shell yang paling baik
Dasar pertimbangan fluida yang mengalir di bagian shell dan tube 1. Fluida yang kotor selalu melalui bagian yang mudah dibersihkan, yaitu melalui tube, terutama jika tube bundle bisa diambil. Tapi dapat melalui shell, bila kotorannya mengandung banyak coke, maka harus melalui shell karena lebih mudah dibersihkan. 2. Fluida yang cepat memberikan kotoran, tekanan tinggi, korosif dan air selalu melalui tube tahan terhadap tekanan tinggi dan biaya pemeliharaan tube lebih mudah dibersihkan.
77
3. fluida dalam bentuk campuran non condensable gas melalui tube agar non condensable gas tidak terjebak. Dari beberapa spesifikasi heat exchanger yang telah dijelaskan di atas maka kita dapat mengetahui jenis heat exchanger yang dipakai sesuai dengan jenis fluida yang masuk. Fouling factor (Rd) Fouling factor adalah suatu angka yang menunjukkan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa oleh fluida yang mengalir dalam heat exchanger, yang melapisi bagian dalam dan luar tube. Fouling factor sangat berpengaruh terhadap proses perpindahan panas, karena pergerakannya terhambat oleh deposit. Fouling factor ditentukan berdasarkan harga koefisien perpindahan panas menyeluruh untuk kondisi bersih maupun kotor pada alat penukar panas yang digunakan. Nilai fouling factor didapat dari perhitungan dan desain yang dapat dilihat dari Tabel 12 Kern. Apabila nilai fouling factor hasil perhitungan lebih besar dari nilai fouling factor desain maka perpindahan panas yang terjadi di dalam alat tidak memenuhi kebutuhan prosesnya adan harus segera dibersihkan. Nilai fouling factor dijaga agar tidak melebihi nilai fouling factor desainnya agar alat heat exchanger dapat mentransfer panas lebih besar untuk keperluan prosesnya. Perhitungan fouling factor berguna dalam mengetahui apakah terdapat kotoran di dalam alat dan kapan harus dilakukan pencucian. Fouling dapat terjadi dikarenakan adanya : 1. Pengotor berat Hard Deposit, yaitu kerak keras yang berasal dari hasil korosi atau coke keras. 2. Pengotor berpori Porous Deposit, yaitu kerak lunak yang berasal dari dekomposisi kerak.
78
Beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya fouling pada alat heat exchanger adalah : a. Kecepatan aliran fluida b. Temperatur fluida c. Temperatur permukaan dinding tube d. Fluida yang mengalir di dalam dinding tube Pencegahan fouling dapat dilakukan dengan tindakan – tindakan sebagai berikut : a. Menggunakan bahan konstruksi yang tahan terhadap korosi. b. Menekan potensi fouling, misalnya dengan melakukan penyaringan.
79
3.6.10 Metode Perhitungan dan Pembahasan Reboiler FLRS-E-107 di RFCC unit merupakan suatu alat penukar panas yang digunakan untuk memanaskan fluida. Fluida yang dipanaskan berupa Naptha dengan media pemanas MPA (Middle Pump Around). Untuk menghitung nilai fouling factor, pressure drop dan effisiensi Reboiler
Debutanizer
FLRS-E-107
dilakukan
dengan
beberapa
tahap
penyelesaian. Adapun tahap-tahap yang harus dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Perhitungan Neraca Panas (Heat Ballance)
(sumber : D.Q. Kern)
Panas yang diberikan oleh MPA (Middle Pump Arround) : Q
= m . Cp . ∆t (D.Q. Kern)
..................... (1)
Panas yang diterima oleh Naptha: Q
= m . ∆h
........................................... (2)
2. Perhitungan Log Mean Temperature Different, LMTD (sumber : D.Q. Kern) Untuk alat penukar panas aliran counterflow, beda temperatur rata-rata dihitung dengan beda temperatur rata-rata logaritmik LMTD =
T1 t2 T2 t1 T t ln 1 2 T2 t1
........................................... (3)
Setelah didapat harga LMTD, menghitung Faktor koreksi dengan menghitung R dan S. Suatu koreksi LMTD dinyatakan dengan faktor Koreksi (FT), oleh sebab itu untuk tujuan tersebut dibutuhkan besaran R dan S. S menyatakan efisiensi temperatur dan R merupakan pembanding daya tampung kalor fluida dingin dan fluida panas, R =
T1 T2 t2 t1
........................................... (4)
S =
t2 t1 T1 t1
........................................... (5)
80
Dengan besaran R dan S tersebut didapat FT menggunakan kurva pada Fig.18 Kern sehingga didapat : Δt = FT x LMTD
........................................... (6)
3. Perhitungan Temperatur Kalorik (Tc dan tc)
(sumber : D.Q. Kern)
Temperatur caloric ditafsirkan sebagai temperatur rata-rata fluida yang terlibat dalam pertukaran panas. Tc = T2 + Fc (T1 – T2) ........................................... (7) tc = T1 + Fc (t2 – t1)
........................................... (8)
Dari Fig.17 Kern, 1965 didapat harga Kc dan Fc dengan perbandingan
t c T2 t1 Tc T1 t 2 4. Perhitungan Flow Area
......................................... (9)
(sumber : D.Q. Kern)
Flow area merupakan luas penampang yang tegak lurus arah aliran Tube side at = NT x a’t / (144 x n) ....................................... (10) 5. Perhitungan Mass Velocity
(sumber : D.Q. Kern)
Kecepatan massa merupakan perbandingan laju alir dengan flow area Tube side Gt
= w t / at
6. Perhitungan Reynold Number
...................................... (11) (sumber : D.Q. Kern)
Reynold number menunjukkan tipe aliran fluida di dalam pipa Tube side Ret
= D x Gt / µ
.................................... (12)
81
7. Perhitungan Heat Transfer Factor (JH)
(sumber : D.Q. Kern)
Tube side Nilai JH untuk sisi tube dapat diketahui dari Fig.24 Kern 8. Menentukan Outside film Coefficient (ho) dan Inside Film Coefficient (hi) (sumber : D.Q. Kern) Untuk harga hi : k c hi = jH D k
1/ 3
hio t
hi ID x t OD
Фt ................................ (13)
................................ (14)
Dan untuk harga ho dilakukan dengan menggunakan trial dan error dengan rumus: ∆tw =
(Tc-tc)
ho =
................................ (15)
................................ (16)
- Memasukkan harga ho sembarang ke persamaan (15) - Didapat harga ∆tw kemudian mencari harga hv dan hs dengan grafik hubungan ∆tw dengan h, maka akan didapat harga hv dan hs - Memasukkan harga hv dan hs ke dalam persamaan (2) Dimana :
ho
= Outside film coefficient (Btu/hr.ft 0F)
hi
= Inside film coefficient (Btu/hr.ft 0F)
82
9. Menentukan Tube wall Temperature,tw
(sumber : D.Q. Kern)
Temperatur dinding rata-rata tube dapat dihitung dengan temperature kalorik, jika diketahui nilai koefisien perpindahan panas fluida shell dan tube pada kondisi operasi sedang berlangsung. Tw
= tc +
(Tc-tc) ................................ (17)
10. Perhitungan Clean Overall Coefficient, Uc
(sumber : D.Q. Kern)
Uc merupakan overall heat transfer coefficient jika tidak terjadi fouling/kerak. UC
=
hio x ho hio ho
................................ (18)
11. Perhitungan Dirty Overall Coefficient, UD
(sumber : D.Q. Kern)
UD merupakan overall heat transfer coefficient jika terjadi fouling/kerak. A
= NT x a” x L
UD
=
................................ (19)
Maka :
Q A x t
................................ (20)
Dimana : UD = Overall heat transfer coefficient (Btu/hr.ft2 oF) 12. Perhitungan Dirt Factor, Rd Rd
=
UC U D UC x U D
(sumber : D.Q. Kern) ................................ (21)
83
13. Perhitungan Pressure Drop
(sumber : D.Q. Kern) 2
f x Gt x L x n 5,22 x 1010 D x s x t
ΔPt
=
∆Pr
=
ΔPT
= ΔPt + ΔPr
(
x
)
................................ (22)
................................ (23)
Maka :
3.8
................................ (24)
Hasil dan Pembahasan (Belom aku edit ga bingung) 1. Data Hasil Perhitungan HE FC-E-2A/D
Tabel 3.1 Data Perbandingan Nilai Aktual dan Nilai Design pada alat HE FC-E-2A/D di unit RFCC (Riser Fluidized Catalityc Crangking)
Nilai Aktual Perhitungan
Nilai Design
Shell Side (Fresh Feed)
Tube Side (Slurry)
Shell Side (Fresh Feed)
Tube Side (Slurry)
2323451,875
554098,125
265873
282343
Temp. Inlet (F)
474,8
503,6
404,6
698
Temp. Outlet (F)
606,2
404,6
575,6
521,6
API
27,19
28
55,92
5,8
21677035,83
11456530,9
Flow Rate (lb/hr)
Total Duty (Btu/hr)
LMTD Caloric Temperature (oF) Overall Clean Coefficient (Btu/hr.ft2.oF)
31309523
85,331 543,128
151,88 489,2
85,73381
Overall Coefficient (Btuhr.ft2.oF)
21,92
Fouling Factor (hr.ft2.oF/Btu)
0,0339
609,8
Min 31,1
Min 21,36 0,0106
84
Pressure Drop (Psi)
Effisiensi (%)
0,8933
Max 7,254
1,54
69,234639 %
Max 8,39
65 – 75 %
Data tanggal 22 juli 2013 Sumber : Data Sheet JGC Corporation
2. Pembahasan Berdasarkan hasil perhitungan HE FC-E-2A-D dengan menggunakan metode Kern, maka diperoleh beberapa nilai yang berkaitan dengan kinerja Heat Exchanger FC-E-2A-D seperti Overal Heat Coeficint (UD), Fouling Factor (RD), Pressure Drop serta Efisiensi yang kemudian akan dibahas pada bab ini. Heat Exchanger FC-E-2A-D ini digunakan
untuk memanaskan fluida
berupa Total Fresh Feed dari D6 dengan memanfaatkan media panas berupa slurry yang diperoleh dari bottom T1. Untuk hal ini flow Total Fresh Feed inlet HE FC-E-2A-D di jaga sebesar 2550 T/D hingga maksimal 2670 T/D sedangkan flow slurry inlet HE FC-E-2A-D dijaga sebesar 6000 T/D. Dari hasil perhitungan dapat terlihat bahwa nilai Fouling Factor pada HE FC-E-2A-D yaitu sebesar 0,03575 Btu/hr.ft2.F, sedangkan pada design 0,0106 Btu/hr Ft2.F besarnya nilai Fouling Factor ini menunjukkan adanya kotoran yang terakumulasi didalam Heat Exchanger. Kotoran ini berasal dari fluida yang mengalir didalam Heat Exchanger. Fouling Factor ini mempengaruhi efisiensi kinerja Heat Exchanger khususnya pada HE FC-E-2A-D karena proses pertukaran panas yang terjadi akan mengalami gangguan. Kotoran yang terbawa dari fluida tersebut akan menumpuk dan melapisi dinding dalam dan luar tube, sehingga panas yang terserap akan terhalang oleh adanya kotoran yang menempel.
85
Pada nilai Overal Heat Coefficient (UD) yang didapat dari perhitung ini sebesar 21,92196642 BTU/ hr.ft2 0F nilai ini juga dipengaruhi oleh adanya Fouling Factor karena semakin banyak kotoran yang menempel pada tube maka nilai Overal Heat Coefficint ini akan mengalami penurunan. Harga Pressure Drop yang diperoeh baik di shell maupun di tube hasil perhitungan jauh berada di bawah desain, hal ini menunjukkan bahwa hilang tekan pada saat proses berlangsung tidak begitu besar sehingga heat exchanger tersebut dinyatakan masih layak dioperasikan. Effisiensi kerja alat Heat Exchanger FC-E-2A-D didapat sebesar 69,234639 % dan alat ini masih layak untuk digunakan karena rentang effisiensi
yang dapat dikatakan layak yaitu sekitar 65%-75%.
86
3.9 Kesimpulan dan Saran 1. Kesimpulan Berdasarkan analisa dan perhitungan terhadapan kinerja dari Heat Exchanger FC-E-2A-D di unit RFCC, dapat diperoleh beberapa kesimpulan berupa : a. Fouling Factor sangat berpengaruh terhadap proses perpindahan panas dan sangat mempengaruhi kinerja Heat Exchanger, karena pergerakkannya terhambat oleh deposit. Dari hasil perhitungan terlihat bahwa besarnya nilai Fouling Factor yang didapat ialah sebesar 0,03376 Btu/hr ft2 0F sedangkan dari design sebesar 0,0106 Btu/hr ft2 0F hal ini dikarenakan adanya pengotoran yang terbawah oleh fluida yang mengalir dalam Heat Exchanger. Kotoran tersebut akan menempel didinding dalam dan luar tube.
b. Pada perhitungan Efisiensi kinerja Heat Exchanger yang didapat yaitu sebesar 69%. Faktor-faktor
yang dapat mempengaruhi penurunan efisiensi kinerja
Heat Exchanger antara lain seperti Overal Heat Coefficient (UD), Fouling Factor (RD), serta Pressure Drop. c. Adapun kinerja Heat Exchanger FC-E-2A-D di unit RFCC tersebut berada di antara 65 % hingga 75 % dan dinyatakan masih layak untuk dioperasikan. 2. Saran
87
Setelah dianalisis dari hasil perhitungan dan permasalahan yang terjadi pada Heat Exchanger FC-E-2A-D, penulis dapat memberikan saran sebagai berikut : a. Apabila Nilai fouling factor hasil perhitungan lebih besar dari nilai fouling factor pada design maka perpindahan panas yang terjadi didalam alat tidak memenuhi kebutuhan prosesnya dan harus segera dibersihkan agar tidak menghambat jalannya suatu proses produksi.
b. Kondisi Heat Exchanger FC-E-2A-D perlu dijaga serta dirawat dari kebocoran pada pipa saluran fluida yang akan masuk atau keluar HE. Sebab jika terjadi tetesan minyak panas keluar HE kemudian kontak dengan udara panas melalui kebocoran saluran tersebut maka akan terjadi flash dan bisa mengakibatkan kebakaran. c. Sistem isolasi yang ada pada Heat Exchanger FC-E-2A-D masih kurang baik, karena masih adanya permukaan shell yang belum terisolasi secara sempurna. Hal ini dapat mengakibatkan cukup banyak heat loss yang terjadi pada bagian shell. Untuk itu disarankan membuat sistem isolasi yang baik Heat Exchanger FC-E-2A-D,sehingga dapat mengurangi Heat Loss yang ada
67
