TUGAS PERANCANGAN SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER

Minyak mentah 33,5oAPI mempunyai viskositas 1 cp pada 180oF dan 2 cp pada 100oF. 49.600 lb/jam

minyak bersuhu 358oF dipakai untuk proses absorbsi pada 100oF. Pendinginan menggunakan air dari

90 oF menjadi 120oF. Tekanan yang diijinkan 10 psi dengan dirt factor 0,004.

Rancang HE yang sesuai untuk :

Shell side Tube side

ID : 35” Jml : 454

Baffle space : 7” (vertically cut) Panjang : 12’0”

Passes : 2 OD : 1”

BWG :11 BWG

Pitch : 1,25 in.square

Passes : sesuai jumlah no mhs anggota kelompok Contoh : 111111+222222+333333 = 666666 6+6+6+6+6+6 = 36 3+6 = 9 Dibulatkan ke atas = 10 jml pass = 10

Material dan heat balance :

𝑄 = 𝑀. 𝐶𝑝. ∆𝑇 = 𝑀 . 𝜆 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑡

2120.7 = 911,4359

= 49.600lb

h. 0.54

Btu

lbF. (358 − 100)F = 𝑚 . 0.997

Btu

lbF (120 − 90)

𝑄 = 6910272𝐵𝑡𝑢

ℎ; 𝑚 =

6910272

29.91= 231035.5065 lb/h

Menghitung ∆TLMTD

Fluida Panas (Minyak) Fluida Dingin (Air) ∆t

Suhu Tinggi (T) 358 120 238

Suhu Rendah (R) 100,00 90 10,00

∆t 258,00 30 228,00

∆𝑇𝐿𝑇𝑀𝐷 =∆𝑇𝑇 − 𝑇𝑅

ln(𝑇𝑇 − 𝑇𝑅);

∆𝑇𝐿𝑇𝑀𝐷 =238 − 10

ln(238 − 10); ∆𝑇𝐿𝑇𝑀𝐷 = 71.9314 𝐹

𝑅 =∆𝑇𝐻

∆𝑇𝐶=

258

30= 8.6

𝑆 = ∆𝑇𝐶

(𝑇𝐻𝑇−𝑇𝐶𝑅)=

30

(358 − 90)= 0.11194

Dari gambar 18 Kern halaman 828, tidak didapatkan harga Ft yang cocok dan

dari gambar 19 halaman 829 didpatkan Ft=0.93 sehingga tipe HE 2-4

Jadi, ∆𝑇 = 𝐹𝑡. ∆𝑇𝐿𝑀 = 0.93 (71.9314) = 66.896202

Menghitung suhu Caloric (Tc dan tc)

𝑇𝑐 = 𝑇𝐻𝑅 + 𝐹𝐶(𝑇𝐻𝑇 − 𝑇𝐻𝑅) = 100 + 0.93(358 − 100) = 163.21

𝑡𝑐 = 𝑡𝐶𝑇 + 𝐹𝑐(𝑡𝐶𝑇 − 𝑡𝐶𝑅) = 120 + 0.93(120 − 90) = 93.75

Didapatkan nilai Kc = 0.47 dan ∆𝑇𝑅

∆𝑇𝐻= 0.0420 dan Fc = 0.245

Perancangan

Bagian

Shell side Tube side

ID : 35” Jml : 454

Baffle space : 7” (vertically cut) Panjang : 12’0”

Passes : 2 OD : 1”

BWG :16 BWG

Pitch : 1,25 in.square

Passes 10 *sesuai NIM

Evaluasi perpindahan panas

Bagian shell

Menghitung Nre

𝑎𝑠 =𝐼𝐷𝑠 . 𝐶 . 𝐵

𝑛 . 𝑃𝑇 . 144=

35 . 0.25 . 7

2 . 1.25 . 144= 0.17014

𝐺𝑠 =𝑀

𝑎𝑠=

49600

0.17014= 292000

𝑙𝑏

ℎ𝑓𝑡2

Pada Tc = 163.21

𝑁𝑟𝑒𝑠 =𝐺𝑠 . 𝑑𝑒

µ . 2.42=

292000𝑙𝑏ℎ

. 0.0825𝑓𝑡

1.2 . 2.42= 8887.987

Dari gambar 14 pada suhu Tc = 163 didapatkan µ = 1.2

Dari gambar 28 De = 0.99/12 = 0.0825ft

Mencari faktor panas (JH)

Dari gambar 28 kern ketika Re = 8887.987 didapatkan JH=55

Menghitung Koefisien Film PP, h0

ℎ0 = 𝐽𝐻 (𝑘

𝑑𝑒) (

𝑐𝑝 . µ

𝑘)

12

(µ

µ𝑤)

0.14

ℎ0

𝜙𝑠= 𝐽𝐻 (

𝑘

𝑑𝑒) (

𝑐𝑝 . µ

𝑘)

1/2

Dari gambar 16 kern ketika Tc = 163.21 dan µ = 1.2 didapatkan

𝑘 (𝑐𝑝 . µ

𝑘)

1/2

= 0.20𝐵𝑡𝑢

ℎ𝑓𝑡2𝐹

ℎ0

𝜙𝑠= 55 (

1

0.825) . 0.20 = 133.33

𝑡𝑤 = 𝑡𝑐 +

ℎ0

𝜙𝑠

ℎ𝑖𝑜 +ℎ0

𝜙𝑠

(𝑇𝑐 − 𝑡𝑐) = 93.75 +133.33

1094.4 + 133.33(163.21 − 93.75)

= 101.2933𝐹

Dari gambar 14 µ𝑤

= 1.92 ∗ 242 = 4.6464

𝑚𝑎𝑘𝑎 𝜙𝑠 = (µ

µ𝑤)

0.14= (

1.2

4.6464)

0.14= 0.9363

sehingga h0=133.33*0.9363 = 124.84 𝐵𝑡𝑢

ℎ𝑓𝑡2𝐹

Bagian tube

Menghitung Nre pipa

Dari tabel 10 kern didapat a’= 0.445 in2

𝑎𝑝 =𝑁𝑡 . 𝑎′

𝑛 .144=

454 . 0.445

10 . 144= 0.14345 𝑓𝑡2

𝐺𝑝 =𝑀

𝑎𝑝=

231035.5065 lb/h

0.14345 𝑓𝑡2 = 1610549.109 lb/h𝑓𝑡2

𝑁𝑟𝑒𝑠 =𝐺𝑝 . 𝑑𝑖

µ . 2.42=

1610549.109lb

h𝑓𝑡2 . 0.7612⁄

1.2 . 2.42 = 57627.934

Karena fluida air maka 𝑉 = 𝐺𝑝

3600𝜌=

1610549.109 lb/h𝑓𝑡2

3600 . 62.5= 7.15 𝑓𝑡/𝑠

Dari gambar 25 dengan ID = 0.76 => koefisien 0.96 didapat hi = 1500 * 0.96 = 1440

ℎ𝑖𝑜 = ℎ𝑖 𝐼𝐷

𝑂𝐷= 1440

0.76

1= 1094.4

Mencari IDs dan jumlah pipa dengan trial UD

Mencari tahanan panas ppa bersih (Uc)

𝑈𝐶 =ℎ0 . ℎ𝑖𝑜

ℎ0 + ℎ𝑖𝑜=

124.84 . 1094.4

124.84 + 1094.4= 112.098

𝐵𝑡𝑢

ℎ𝑓𝑡2𝐹

Mencari tahanan panas pipa terpakai (UD)

Dari tabel 10 a’’ = 0.2618 ft2/linft

Total surface A = 454 x 12 x 0.2618 = 1425 ft2

𝑈𝐷 = 𝑄

𝐴 . ∆𝑡=

6910272 𝐵𝑡𝑢

ℎ1425 ft2 71.9314 𝐹

= 67.4158𝐵𝑡𝑢

ℎ𝑓𝑡2𝐹

Dirt factor

𝑅𝑑 = 𝑈𝐶 − 𝑈𝐷

𝑈𝐶 . 𝑈𝐷=

112.098 − 67.4158

112.098 . 67.4158= 0.00591

ℎ𝑓𝑡2𝐹

𝐵𝑡𝑢

Evaluasi ∆P

Bagian shell

Menghitung Nre dan Friksi

𝑁𝑟𝑒𝑠 = 𝑑𝑒 . 𝐺𝑠

µ . 2.42= 8887.987 maka f = 0.00215 ft2/lin

Menghitung harga (N+1)

𝑁 + 1 =(12 . 12)

7= 20.571 = 21

Karena passes maka (𝑁 + 1) = 2 . 21 = 42 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑠 = 0.82 𝑑𝑎𝑛 𝐷𝑠 = 2.92 𝑓𝑡

Mengitung ∆Ps

∆𝑃𝑠 = 𝑓 . 𝐺𝑠

2 . 𝐼𝐷𝑠 (𝑁 + 1)

5.22 𝑥 1010. 𝑑𝑒 . 𝑆 . 𝜙𝑠=

0.00215 ft2lin

292000𝑙𝑏

ℎ𝑓𝑡2

2

2.92 42

5.22 𝑥 1010 . 0.0825𝑓𝑡 . 0.82 . 0.936 = 6.8018 𝑝𝑠𝑖

Tekanan yang dizinkan 10 Psi

Bagian pipa

Menghitung Nre pipa

𝑁𝑟𝑒𝑝 = 𝑑𝑖 . 𝐺𝑝

µ . 2.42= 1610549.109

Mengitung ∆Ps

∆𝑃𝑝 = 𝑓 . 𝐺𝑝

2 . 𝐿 . 𝑛

5.22 𝑥 1010. 𝑑𝑖 . 𝑆 . 𝜙𝑠=

0.000197 . 1610549.109𝑙𝑏

ℎ𝑓𝑡2 12 . 10

5.22 𝑥 1010 . 0.069333 . 1 . 1= 18.5576 𝑝𝑠𝑖

Menghitung ∆P karena tube passes

Dari gambar 27 ketika Gp = 1610549.109 lb/h𝑓𝑡2 maka (𝑣2

2 . 𝑔𝑐) = 0.31

∆P𝑛 = 4𝑛

𝑠(

𝑣2

2 . 𝑔𝑐)

𝜌

144=

4 . 10

1 0.31 = 12.4

Mencari ∆P total pada bagian tube

∆P𝑇 = ∆P𝑃 + ∆P𝑛 = 18.5576 𝑝𝑠𝑖 + 12.4 psi

Heat exchanger dengan spesifikasi yang telah disebutkan tidak memenuhi kriteria,

untuk itu perlu dilakukan iterasi ulang.