Contoh Perhitungan Pendingin Jaket (4 Juni 2018) [PDF]

Citation preview

PERANCANGAN JAKET PENDINGIN Reaksi boraks (Na2B4O7.10H2O) dengan asam sulfat (H2SO4) menjadi asam borat (H3BO3) dengan produk samping natrium sulfat (Na2SO4) dijalankan di dalam RATB pada suhu 363,15 K dan tekanan 1 atm. Reaksi bersifat eksotermis. Untuk menjaga supaya suhu di dalam reaktor konstan makan reaktor dilengkapi dengan pendingin jaket. Panas yang harus diserap pendingin sebesar



11.220.163,32 kJ. Air digunakan sebagai media pendingin. Suhu air masuk jaket



pendingin 300C dan keluar pada suhu 50 0C.



Algoritma perhitungan jaket pendingin 1. Data sifat fisis bahan dan air pendingin dalam reaktor Sifat fisis air pendingin :  Suhu air pendingin masuk (t1)



= 30 0C = 303 K = 86 0F



 Suhu air pendingin keluar (t2)



= 50 0C = 323 K = 122 0F



 Suhu rata-rata (tavg)



= 40 0C = 313 K = 104 0F



 Viskositas (μair)



= 1,99 lbm/ft.jam



 Kapasitas panas (Cpair)



= 1,00 Btu/lbm.0F



 Densitas (ρair)



= 63,21 lbm/ft3



 Konduktivitas panas (kair)



= 1,08 Btu/jam.ft.0F



Sifat fisis campuran :  Suhu umpan masuk (T1)



= 127 0C = 400,15 K = 260,60 0F



 Suhu umpan keluar (T2)



= 90 0C = 363,15 K = 194 0F



 Viskositas (μ) pasa suhu 363,15 K



 campuran 



1 xi i



Dimana : xi = fraksi berat maisng-masing komponen μi = viskositas masing-masing komponen hasil perhitungan : μ (363,15 K) = 0,77 cp = 1,85 lbm/ft.jam  Kapasitas panas (Cp)



Cp  (Cpi . yi ) xBM i Dimana : yi = fraksi mol masing-masing komponen Cp = kapasitas panas masing-masing komponen BMi = berat molekul masing-masing komponen Hasil perhitungan : Cp (363,15) = 20622,00 Btu/lbm.0F  Densitas campuran



 campuran  wi x  i Dimana : wi = fraksi berat masing-masing komponen ρi = densitas masing-masing komponen hasil perhitungan : ρcampuran = 40,57 lbm/ft3  Konduktivitas panas



k  ki .xi Dimana : ki = konduktivitas masing-masing komponen xi = fraksi mol masing-maisng komponen



hasil perhitungan : k (363,15 K) = 0,62 Btu/jam.ft.0F 2. Menghitung kebutuhan air pendingin Wa







q (Cpair x(t 2  t1 ))



= 11.220.163,32 / (4200*(50-30)) 133980,78 kg/jam V







Wa



 air = 133980,78 kg/jam / 1000 kg/m3 132,22 m3/jam = 1,29 ft3/jam



Dimana : Wa



= massa air pendingin pada jaket, kg/jam



q



= panas yang diserap, Btu/jam (dari neraca panas)



V



= laju alir volume air pendingin, ft3/jam



Cp



= kapasitas panas air, Btu/lbm.ft



t1



= suhu air pendingin masuk, F



t2



= suhu air pendingin keluar, F



ρ



= densitas air pendingin, lbm/ft3



3. Menentukan lebar jaket Trial lebar jaket didapatkan, t = 27,21 in = 0,69 m = 2,27 ft Maka, (Dj) = D + 2 x t Dimana : Dj = Diameter jaket



D = diameter reaktor t = lebar jaket dari perhitungan, didapatkan : Dj = 17,54 ft = 210,43 in 4. Menentukan bilangan Reynold Re 



Dimana : De = diameter equivalen, De 



De.G







Dj 2  D 2 , ft D



G = jumlah transfer, lbm/ft2.jam μ = viskositas air, lbm/ft.jam dari perhitungan, didapatkan : Re = 14514,41 5. Menghitung koefisien transfer panas air dalam jaket ke dinding reaktor (ho) dihitung dengan persamaan dari Kern halaman 718. 1



jH .k  .Cp  3    ho  .    De  k    w  Dimana : k



0,14



= konduktivitas termal air, Btu/jam.ft.0F



μ



= viskositas air, lbm/ft.jam



Cp



= kapasitas panas air, Btu/lbm.0F



ρ



= densitas air, lbm/ft3



De



= diameter equivalen



jH



= didapatkan dari fig.24 Kern



dari perhitungan, didapatkan :



ho = 62,23 Btu/jam.ft2.0F 6. Menghitung koefisien transfer panas pada diameter dalam reaktor (hi), dihitung dengan persamaan dari Rase halaman 358. 2



1



 L2 .N .  3  .Cp  3    hi .Di     0,36    k     k   w 



Dimana : Di



0 ,14



= diameter reaktor,ft



k



= konduktivitas panas, Btu/jam.ft.0F



μ



= viskositas slurry, lbm/ft.jam



Cp



= kapasitas panas, Btu/lbm.0F



ρ



= densitas slurry, lbm/ft3



L



= diameter impeller, ft



N



= rotasi pengaduk, rph



Dari perhitungan, didapatkan: hi = 9529,61 Btu.jam.ft2.0F 7. Menghitung koefisien transfer pana pada reaktor yang dipandang dari luar reaktor (hio), persamaan 6.5 Kern : hio  hi x



Dari perhitungan, didapatkan: hio = 9053,05 Btu/jam.ft2.0F 8. Menentukan luas transfer panas yang tersedia



A   .D.H  0,264. .D 2 Didapatkan At = 657,20 ft2



ID OD



9. Menghitung ΔTLMTD TLMTD 



(T1  t 2 )  (T2  t1 ) = 152,71 0C = 306,88 0F T  t  ln  1 2   T2  t1 



10. Clean overall coeffisient (Uc) 𝑈𝑜 = Dengan : ho



=



koefisien



1 1 ∆𝑥 1 + + ℎ𝑜 𝑘 ℎ𝑖



transfer



panas



air



dalam



jaket



ke



reaktor, Btu/jam.ft2.0F



dinding Δx



= tebal dinding reaktor ,ft



k



= konduktivitas panas stainless steel, Btu/jam.ft.0F



hi



= koefisien transfer panas fluida dalam reaktor ke dinding



Btu/jam.ft2.0F Dari perhitungan, didapatkan : Uc = 52,73 Btu/ft2.jam.0F



11. Menentukan luas kontak perpindahan panas (A) A



q Ud x TLMTD



Dimana : q = panas yang diserap, Btu/jam (neraca panas) A = luas kontak perpindahan panas yang dibutuhkan, ft2 Dari perhitungan, didapatkan : A = 657,19 ft2 = 61,06 m2 12. Menentukan tinggi jaket



reaktor,



A   .D.Hj  0,264. .D 2 Hj = 13,69 ft = 4,17 m 13. Menentukan tebal jaket tj 



P.r j fE  0,6 P



c



Dipilih bahan konstruksi jaket SA 283 Grade C, dengan spesifikasi : Tekanan (P)



= 14,7 psi



Allowable stress (f)



= 12650 psi, dari app.D item 4, Brownell



Faktor korosi (c)



= 0,125 in



Efisiensi pengelasan (E)



= 0,8, dar tabel 13.2 Brownell



Jari-jari dalam tangki (ri)



= Dj/2



tj = 0,18 in dipakai tebal standar = 0,1875 in = 0,0048 m