VAPORIZER( V-01 )

Tugas: Menguapkan klorin yang akan masuk ke reaktor sebanyak 7.005,912 kg/jam dengan menggunakan saturated steam. Alat: Shell and tube heat exchanger

Spesifikasi fluida:Fluida panas: saturated steam, tube sideTin (T1)= 100C = 212FTout (T2)= 100C = 212FPin= 760 mmHg = 14,7 psigPout= (dihitung)Fluida dingin: klorin cair, shell sideWv= 7.005,9120 kg/h = 15.445,39 lb/hTin (t1)= -50C = -58FTout (t2)= -33,9C = -29,02FPin= 760 mmHg = 14,7 psig

WV, t2Pout= (dihitung)

Wh, T1Wc, t2

Wc, t1Wh, T2

Gambar1. Skema Aliran Fluida Panas dan Fluida Dingin pada V-01

Langkah langkah perancangan vaporizer antara lain:1) Menghitung jumlah klorin masuk vaporizerPada vaporizer, dianggap 80% dari keseluruhan klorin cair yang masuk teruapkan, sehingga klorin masuk vaporizer dapat dihitung : (1)

2) Menghitung suhu masuk vaporizerArus masuk vaporizer merupakan arus campuran dari arus cair keluar separator dengan arus dari tangki penyimpanan klorin cair. Suhu campuran dapat dihitung dengan persamaan :(2) 3) Menghitung beban vaporizer(3)(4)Q = Qp + QvKeterangan:Qp= nilai kalor sensible, Btu/hQv= nilai kalor penguapan, Btu/hmc= jumlah massa klorin cair masuk vaporizer, lb/hmv= jumlah massa klorin yang teruapkan, lb/h= panas penguapan, Btu/lbCp= kapasitas panas cairan, Btu/(lb.F)T1= temperature fluida dingin masuk HE, FT2= temperature fluida dingin keluar HE, F

Nilai kapasitas panas klorin cair dan panas penguapan diperoleh dari Yaws sebesar 0,189 Btu/lb.F dan 123,8908 Btu/lb.

Q = ( 84.483,63 + 1.998.125 ) Btu/hQ = 1.998.125 Btu/hJadi, bebanvaporizer adalah 1.998.125 Btu/h.

4) Menghitung log mean temperature difference (LMTD)

T1 = 212FT2 = 212Ft1 = -52,2Ft2 = -29,02F

Gambar 2. Profil Temperatur Fluida Panas dan Fluida Dingin pada Vaporizer V-01 di Area PreheatingLMTD di area preheating dihitung menggunakan persamaan berikut.(5)

5) Menghitung temperatur rata-rata fluida panas (Ta) dan fluida dingin (ta)Temperatur rata-rata perlu dihitung, baik untuk fluida panas maupun fluida dingin. Temperatur rata - rata digunakan untuk menentukan sifat fisis masing masing fluida. Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut.(6)

6) Menghitung kebutuhan fluida panasKebutuhan (massa) fluida panas diperoleh dari beban vaporizer yang telah dihitung sebelumnya. Kebutuhan (massa) fluida panas dihitung menggunakan persamaan berikut. Hv dihitung menggunakan persamaan (8) dan konstanta pada table 3.(7)

Keterangan:Wh= kecepatan mol fluida panas, lb/hQ= beban vaporizer, Btu/hHv= panas penguapan atau pengembunan, Btu/lb

7) Melakukan trial UD dan menghitung luas yang dibutuhkanUD = 15 BTU/(h.ft2F)(8)

8) Menentukan vaporizer layout dan menghitung luas permukaan baruTube layoutTube pass (n):2 passOD: inch ( Table 9 Kern, 1950 )BWG: 16 ( Table 9 Kern, 1950 )ID: 0,62 inch ( Table 9 Kern, 1950 )a: 0,1963 ft2/ft ( Table 9 Kern, 1950 )at: 0,302 inch2 ( Table 9 Kern, 1950 )L: 16 ft(9)

Nt standar: 224 ( Table 9 Kern, 1950 )Pt: 15/16 inch ( Table 9 Kern, 1950 )(10)

Shell layoutShell pass: 1IDs: 17,25 inch (Table 9 Kern, 1950)B: 8,625 inchC = Pt - OD = 0,1875 inch

Prarancangan Pabrik Monoklorobenzena dari Benzena dan Gas Klorin dengan Kapasitas 45.000 Ton/Tahun(1)

Bernardinus Andrie Luiren(11/313003/TK/37785)Khansa Irsalina Dhau(11/319115/TK/38247)(2) PreheatingTube side: saturated steam(6) Flow areaat= at x Nt / 144nat= 0,1842 ft2(7) Mass flow rate per areaGt= Wt/atGt= 11.178,78 lb/(h.ft2)(8) Sifat fisisTa= 212F= 0,02904 lb/(ft.h)Cp= 0,4517 BTU/(lb.F)k= 0,0507 BTU/(h.ft.F)(9) Bilangan ReynoldsRet= ID x Gt / = 238.665,4(10) hio= 1500 BTU/(h.ft2.F)(untuk saturated steam)

Shell side: saturated steam(6) Flow areaas= B x C x IDs / 144Ptat= 0,2066 ft2(7) Mass flow rate per areaGs= Ws/asGt= 93.431,48 lb/(h.ft2)(8) Diameter ekuivalenDeDe= 0,07917 ft(9) Sifatfisista= - 40,612F= 1,2775 lb/(ft.h)Cp= 0,1890 BTU/(lb.F)k= 0,0823 BTU/(h.ft.F)(9) Bilangan ReynoldsRet= De x Gs / = 5.789,866(11) jH= 41 (fig.28 Kern, 1950)ho= = 61,01857BTU/(h.ft2.F)

VaporizingTube side: saturated steam(12) Flow areaat= at x Nt / 144nat= 0,1842 ft2(13) Mass flow rate per areaGt= Wt/atGt= 11.178,78 lb/(h.ft2)(14) Sifat fisisTa= 212F= 0,02904 lb/(ft.h)Cp= 0,4517 BTU/(lb.F)k= 0,0507 BTU/(h.ft.F)(15) Bilangan ReynoldsRet= ID x Gt / = 238.665,4(16) hio= 1500 BTU/(h.ft2.F)(untuk saturated steam)

Shell side: saturated steam(10) Flow areaas= B x C x IDs / 144Ptat= 0,2066 ft2(11) Mass flow rate per areaGs= Ws/asGt= 93.431,48 lb/(h.ft2)(12) Diameter ekuivalenDeDe= 0,07917 ft(13) Sifatfisista= - 29,02F= 0,968 lb/(ft.h)Cp= 0,1825 BTU/(lb.F)k= 0,0802BTU/(h.ft.F)(10) Bilangan ReynoldsRet= De x Gs / = 7.641,176(17) jH= 50 (fig.28 Kern, 1950)ho= = 65,9263 BTU/(h.ft2.F)

(11) Clean overall heat transfer coefficient preheating (Up) dan Clean overall heat transfer coefficient vaporization (Uv)Clean overall heat transfer coefficient (Up) dihitung menggunakan persamaan berikut.(11)Preheating

Vaaporization

(12) Total clean surface (Ac)Total clean surface (Ac) dihitung menggunakan persamaan berikut.(11)(12)

(13) Clean overall heat transfer coefficient (UC)Clean overall heat transfer (UC) dihitung menggunakan persamaan berikut. (13)

(14) Dirt overall heat transfer coefficient (UD)Dirt overall heat transfer coefficient (UD) dihitung menggunakan persamaan berikut.(14)

Nilai UD perhitungan sudah cukup dekat dengan UD trial, yaitu 15 BTU/(h.ft2.F), sehingga vaporizer layout dianggap sudah sesuai.

(15) Dirt factor (Rd)Dirt factor (Rd) dihitungmenggunakanpersamaanberikut.(15)

Nilai Rd sudah lebih besar dari 0,003, artinya nilai Rd sudah memenuhi syarat.

(16) Pressure dropTube sideVf= 26,8 ft3/lb SG= 0,0026f= 0,00013 (fig.26 Kern, 1950)(16)

Shell sidePreheatingRes= 5.789,8660f= 0,0023 (fig.26 Kern, 1950)Lp= L.Ap/Ac = 0,6957 ftN+1= 12 x Lp / B = 0,9679 SG= 1,5827(17)

VaporizationRes= 7.641,1760f= 0,0021 (fig.26 Kern, 1950)Lv= L - Lp = 15,3043 ftN+1= 12 x Lv / B = 21,2930SG mean= 0,8137(17)

Tabel 5. Rangkuman Spesifikasi Vaporizer V-01Fluida PanasFluida Dingin

212Tin, C-52,204

212Tout, C-29,02

1500houtside, BTU/(h.ft2F)61/66

A 131,5351 ft2

UD 11,7611 BTU/(h.ft2F)

UC 62,9544 BTU/(h.ft2F)

Calculated Rd 0,0691 (h.ft2F)/BTU

Required Rd 0,003 (h.ft2F)/BTU

0,1614Calculated P, psi3,0427

10Allowable P, psi5

Daftar simbolAluas permukaan, ft2Bjarak baffle, inchasurface per linear ft, ft2/ftastotal flow area for shell, ft2attotal flow area for tube, ft2atflow area per tube, inch2Cpkapasitaspanascairan, Btu/(lb.F)Gtmass flow rate per area of tube, lb/(h.ft2)Gsmass flow rate per area of shell, lb/(h.ft2)hiinside film coefficient, BTU/(h.ft2.F)hioinside - outside film coefficient, BTU/(h.ft2.F)hooutside film coefficient, BTU/(h.ft2.F)IDdiameter dalam tube, inchIDsdiameter shell, inchkkonduktivitas termal, BTU/(h.ft.F)Lpanjang tube, ftLMTDlog mean temperature difference, C atauFNtjumlah tubesODdiameter luar tube, inchPintekanan masuk, psiPouttekanan keluar, psiPttube pitch, inchQkalor yang diterima fluida dingi natau beban vaporizer, kJ/h atau BTURddirt factor, (h.ft2.F)/BTURetbilangan Reynolds untuk tube sideResbilangan Reynolds untuk shell sideSGspecific gravity ( terhadap air )Ttemperatur, KT1temperatur fluida panas yang masuk ke HE, C atauFT2temperatur fluida panas yang keluar dari HE, C atauFt1temperatur fluida dingin yang masuk ke HE, C atauFt2temperatur fluida dingin yang keluar dari HE, C atauFTatemperatur rata-rata fluida panas, C atauFtatemperatur rata-rata fluida dingin, C atauFTccritical temperature, KUDdirt overall heat transfer coefficient, BTU/(h.ft2.F)UCclean overall heat transfer coefficient, BTU/(h.ft2.F)Vfspecific volume, ft3/lbWckecepatan massa fluida dingin, kg/h atau lb/hWhkecepatan massa fluida panas, kg/h atau lb/hHvpanas penguapan atau pengembunan, J/kmolPspressure drop pada shell side, psiPtpressure drop pada tube side, psiviskositas, lb/(ft.h)densitas, lb/ft3