Kern Kern Kern Kern Kern Kern

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,