Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
= 1 × 2 × 12 ft × 0,435 ft
2
ft =
10,44 ft
2
F ft
jam Btu
2919 ,
1 1
F 19,762
6 ft
44 ,
10 Btujam
73062,0766 t
A Q
U
2 2
D
° ⋅
⋅ =
° ×
= ⋅
= Fluida panas:
steam, anulus
3 Flow area
anulus D
2
= ID 2 in =
12 067
, 2
in
= 0,1723
ft Tabel
11, Kern
D
1
= OD 1,25 in =
12 66
, 1
in
= 0,1383 ft Tabel
11, Kern
A
a
= ¼ D
2 2
– D
1 2
= ¼ 0,1723
2
– 0,1383
2
= 0,0083 ft
2
Diameter ekivalen, D
e
=
1 2
1 2
2
D D
D −
Pers. 6.3,
Kern =
0,1383 1383
, 1723
,
2 2
−
= 0,0761 ft 4 Kecepatan
massa
a
a W
=
a
G
0761 ,
102,2740 G
a
=
= 12368,1338 lbmft
2
.jam 5 Bilangan
Reynold Pada T
c
= 500 °F
μ = 0,018 cP = 0,0435 lb
m
ft ⋅jam
Gbr. 14, Kern
μ
a e
G D
e ×
=
a
R
0435 ,
12368,1338 0761
, R
a
× =
e
= 21629,2926 6 Taksir
j
H
dari Gambar 24, Kern, diperoleh j
H
= 65 7 Pada
T
c
= 500°F c = 0,2 Btulbm°F
Gbr 3, Kern
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
k = 0,0224 Btujam.ft°F Tabel 5,
Kern
7303 ,
0224 ,
0435 ,
2 ,
3 1
3 1
= ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ×
= ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ⋅ k
c μ
8
14 ,
3 1
⎟⎟⎠ ⎞
⎜⎜⎝ ⎛
× ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ⋅ ×
× =
w e
H o
k c
D k
j h
μ μ
μ
Pers. 6.15b, Kern
1 7303
, 0,0761
0,0224 65
× ×
× =
o
h = 13,9385
Fluida dingin: inner pipe, bahan
3 ′ Flow area pipe
D = ID 1,25 in =
12 38
, 1
in
= 0,115
ft Tabel
11, Kern
2 2
115 ,
14 ,
3 4
1 4
1 ×
× =
= D
a
p
π
= 0,0104 ft
2
4 ′ Kecepatan massa
p p
a w
G =
0,0104 1292,0067
G
p
=
= 124451,2933 lbmft
2
.jam 5
′ Bilangan Reynold Pada t
c
= -121,135 °F
μ = 1,0466 cP = 2,5319 lb
m
ft
2
⋅jam Perry,
1999
G D
Re
p p
× =
Pers. 7.3,
Kern
2,5319 2933
, 24451
1 0115
, Re
p
× =
= 5652,6790
6 ′ Taksir j
H
dari Gbr. 24, Kern, diperoleh j
H
= 22
7 ′ Pada t
c
= -121,135 °F
c = 0,65 Btulb
m
F Gbr.
3, Kern
k = 0,2306 Btujam.ft.
o
F Tabel
5, Kern
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
9254 ,
1 2306
, 5319
, 2
65 ,
3 1
3 1
= ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ×
= ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ⋅ k
c μ
8’
14 ,
3 1
⎟⎟⎠ ⎞
⎜⎜⎝ ⎛
× ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ⋅ ×
× =
w H
i
k c
D k
j h
μ μ
μ
Pers. 6.15a,
Kern
9223 ,
4 8
1 9254
, 1
0,115 0,2306
22 =
× ×
× =
i
h
9 ′
66 ,
1 38
, 1
9223 ,
84 h
h
io
× =
× =
OD ID
i
= 70,5980 10’ Clean overall coefficient, U
C
F ft
Btujam 6403
, 1
1 9385
, 13
70,5980 9385
, 13
5980 ,
70 h
h h
h U
2 o
io o
io C
° ⋅
⋅ =
+ ×
= +
× =
Pers. 6.7, Kern
11’ Faktor pengotor, R
d
0,0027 2919
, 11
6403 ,
11 2919
, 11
6403 ,
11 U
U U
U R
D C
D C
d
= ×
− =
× −
=
Pers. 6.13,
Kern R
d
hitung ≥ R
d
batas, maka spesifikasi heater dapat diterima.
Pressure drop Fluida panas:
steam, anulus
1 Untuk Re
a
= 21629,2926 D
e
’ = D
2
– D
1
= 0,1723 – 0,1383 = 0,0339 ft R
ea
’ = 0,0435
12368,1338 0339
, ×
= μ
a e
G D
= 9633,6533
24 ,
24 ,
e
9633,6533 264
, 0035
, R
264 ,
0035 ,
f +
= +
=
a
= 0,0091 2
V = 0,9152 ft
3
lbm Tabel
7, Kern
= 1,0927 lbmft
3
2 L
G f
4 F
2 2
a a
e
D g
ρ ⋅
⋅ =
Pers. 6.14,
Kern
0339 ,
0927 ,
1 10
18 ,
4 2
24 12368,1338
0091 ,
4
2 8
2
× ×
× ×
× ×
× =
= 3,9488 ft
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
3 Velocity head
fts 1442
, 3
1,0927 3600
12368,1338 3600
V =
× =
= ρ
G
F
l
= hairpin ×
2
2
g V
= 1 ×
2 ,
32 2
1442 ,
3
2
×
= 0,1535 ft ΔP
a
=
144 0927
, 1
1535 ,
9488 ,
3 144
× +
= Δ
+ Δ
ρ
l a
F F
= 0,0311 psi ΔP
a
yang diperbolehkan = 2 psi
Fluida dingin: bahan, inner pipe
1 ′ Untuk Re
s
= 5652,6790
24 ,
24 ,
e
6970 ,
5652 264
, 0035
, R
264 ,
0035 ,
f +
= +
=
p
= 0,0367
2 ′ Pressure drop
s = 0,5764 = 36,0219 lbmft
3
D g
2 2
p p
2 L
G f
4 F
ρ ⋅
⋅ =
Pers. 6.14,
Kern
115 ,
36,0219 10
18 ,
4 2
24 3
124451,293 0367
, 4
2 8
2
× ×
× ×
× ×
× =
= 0,4374 ft 3
′ ΔP
p
=
144 0219
, 36
4374 ,
144 ×
= ×
Δ ρ
p
F
= 0,1094 psi ΔP
a
yang diperbolehkan = 2 psi
C.4 Kompresor I JC-101
Fungsi : Menaikkan tekanan etilen sebelum dicampur dengan gas recycle di
mixing point 1 M-101
Jenis : Reciprocating compressor Jumlah : 1 unit dengan 4 stages
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
⎥ ⎥
⎦ ⎤
⎢ ⎢
⎣ ⎡
− ⎟⎟⎠
⎞ ⎜⎜⎝
⎛ ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ×
=
− −
1 1
- k
10 78
, 2
P
1 1
2 1
4
st
kN k
vl st
ad
p p
k p
m N
Timmerhaus, 2004
di mana: N
st
= jumlah tahap kompresi m
vl
= laju alir gas volumetrik m
3
jam p
1
= tekanan masuk = 1,2 bar = 120 kPa p
2
= tekanan keluar = 27 bar = 2700 kPa = efisiensi kompresor = 80
WVU Project, 2001
k = rasio panas spesifik = 1,3 Geankoplis,
1997 Data:
Laju alir massa = 586,0413 kgjam
ρ
etilen
= 1,26 kgm
3
Engineering Toolbox,2005
m
vl
=
3
26 ,
1 586,0413
m kg
jam kg
= 465,1121 m
3
jam = 0,1292 m
3
detik
⎥ ⎥
⎦ ⎤
⎢ ⎢
⎣ ⎡
− ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ×
× ×
× =
× −
−
1 120
2700 1
- 1,3
3 ,
1 120
1121 ,
465 4
10 78
, 2
P
4 3
, 1
1 3
, 1
4 ad
= 70,9664 hp Untuk efisiensi motor adalah 80, maka:
P =
8 ,
70,9664
= 83,4898 hp Maka dipilih kompresor dengan daya 90 hp.
Diameter pipa ekonomis De dihitung dengan persamaan: De
= 0,363 m
v 0,45
ρ
0,13
Timmerhaus, 2004
= 0,363 0,1292 m
3
detik
0,45
1,26 kgm
3 0,13
= 0,1489 m = 5,8639 in Dipilih material pipa commercial steel 6 in Schedule 40:
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
•
Diameter dalam ID = 6,065 in = 0,5054 ft
•
Diameter luar OD = 6,625 in = 0,5521 ft
•
Luas penampang A = 1,588 ft
2
C.5 Kompresor 2 JC-102
Fungsi : menaikkan tekanan udara sebelum dialirkan ke Cooler I E-101
Jenis : Reciprocating compressor Jumlah : 1 unit dengan 4 stages
⎥ ⎥
⎦ ⎤
⎢ ⎢
⎣ ⎡
− ⎟⎟⎠
⎞ ⎜⎜⎝
⎛ ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ×
=
− −
1 1
- k
10 78
, 2
P
1 1
2 1
4
st
kN k
vl st
ad
p p
k p
m N
Timmerhaus, 2004
di mana: N
st
= jumlah tahap kompresi m
vl
= laju alir gas volumetrik m
3
jam p
1
= tekanan masuk = 1 bar = 100 kPa p
2
= tekanan keluar = 3 bar = 300 kPa = efisiensi kompresor = 80
WVU Project, 2001
k = rasio panas spesifik = 1,4 Geankoplis,
1997
Data:
Laju alir massa = 14651,0331 kgjam
ρ
campuran
= 2,3458 kgm
3
m
vl
=
3
3458 ,
2 14651,0331
m kg
jam kg
= 6245,6156 m
3
jam = 1,7349 m
3
detik
⎥ ⎥
⎦ ⎤
⎢ ⎢
⎣ ⎡
− ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ ×
× ×
× =
× −
−
1 100
300 1
- 1,4
4 ,
1 100
6156 ,
6245 4
10 78
, 2
P
4 4
, 1
1 4
, 1
4 ad
= 266,0999 hp Untuk efisiensi motor adalah 80, maka:
P =
8 ,
266,0999
= 313,0587 hp
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
Maka dipilih kompresor dengan daya 350 hp. Diameter pipa ekonomis De dihitung dengan persamaan:
De = 0,363 m
v 0,45
ρ
0,13
Timmerhaus, 2004
= 0,363 1,7349 m
3
detik
0,45
2,3458 kgm
3 0,13
= 0,5197 m = 20,4590 in Dipilih material pipa commercial steel 22 in Schedule 10:
•
Diameter dalam ID = 21 in
= 1,75 ft
•
Diameter luar OD = 22 in
= 1,83 ft
•
Luas penampang A = 5,76 ft
2
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
C.6 Cooler 1 E-102
Fungsi : Menurunkan temperatur udara sebelum dialirkan ke
Kompresor II JC-102
Jenis :
1-2 shell and tube exchanger
Dipakai : 1¼ in OD, Tube 18 BWG, panjang = 16 ft, 6 pass
Jumlah : 1 unit
Fluida panas: Laju alir umpan masuk
= 14651,0331 kgjam = 32300,1678 lbmjam Temperatur awal T
1
= 159,19°C = 318,542°F Temperatur akhir T
2
= 45°C = 113 °F
Fluida dingin: Laju alir air pendingin
= 20437,9698 kgjam = 45058,2459 lbmjam
Temperatur awal t
1
= 28°C = 82,4°F
Temperatur akhir t
2
= 48°C = 118,4°F
Panas yang diserap Q = 1708614,2731 kJjam = 1619447,4941 Btujam
1
Δt = beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida dingin
Selisih
T
1
= 318,542 °F
Temperatur yang lebih tinggi
t
2
= 118,4 °F
Δt
1
= 200,142 °F
T
2
= 113 °F
Temperatur yang lebih rendah
t
1
= 82,4 °F
Δt
2
= 30,6 °F
T
1
– T
2
= 205,542 °F
Selisih t
2
– t
1
= 36 °F Δt
2
– Δt
1
= -169,542 °F
2767 ,
9 200,142
30,6 ln
169,542 -
t t
ln t
t LMTD
1 2
1 2
= ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ =
⎟⎟⎠ ⎞
⎜⎜⎝ ⎛
− =
°F
5,7095 36
205,542 t
t T
T R
1 2
2 1
= =
− −
= 0,15245
82,4 318,542
36 t
T t
t S
1 1
1 2
= −
= −
− =
Dari Gambar 18, Kern 1965 diperoleh F
T
= 0,9 Maka
Δt = F
T
× LMTD = 0,9 × 90,2767 = 81,2490 °F
Yenny : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etilen Oksida dengan Katalis Perak, 2007 USU Repository © 2008
2 T
c
dan t
c
215,771 2
113 542
, 18
3 2
T T
T
2 1
c
= +
= +
=
°F
100,4 2
118,4 82,4
2 t
t t
2 1
c
= +
= +
=
°F
Dalam perancangan ini digunakan cooler dengan spesifikasi:
- Diameter luar tube OD
= 1¼ in
- Jenis tube
= 18
BWG -
Pitch P
T
= 1 916 in triangular pitch
- Panjang tube L
= 16 ft
a.
Dari Tabel 8, hal. 840, Kern 1965, cooler untuk fluida panas gas dan fluida dingin air, diperoleh U
D
= 2-50, faktor pengotor R
d
= 0,003. Diambil U
D
= 40 Btujam ⋅ft
2
F Luas permukaan untuk perpindahan panas,
2 o
o 2
D
ft 498,2978
F 2490
, 1
8 F
ft jam
Btu 40
Btujam 41
1619447,49 t
U Q
A =
× ⋅
⋅ =
× =
Luas permukaan luar a ″ = 0,3271 ft
2
ft Tabel
10, Kern Jumlah tube,