Waste Heat Boiler: Lampiran [PDF]

Citation preview

Lampiran



48



WASTE HEAT BOILER



Tugas : membentuk steam dengan memanfaatkan gas panas yang berasal dari reaktor sehingga suhu gas turun dari 561,7 °C menjadi 233,32 °C sebanyak 177635.34 kg/j Alat : Kettle Reboiler Menghitung Jumlah air yang di uapkan Skema Aliran: Gas dari reactor 561,7 ° C



ke CD-P WHB



HE-01



246,1 °F (118,9 °C) Uap jenuh



Air proses 30° C



HE-01 mengambil panas dari gas sehingga air proses 30 °C akan naik menjadi cair jenuh pada 118,9 °C (P = 1,9 atm). WHB menguapkan air jenuh yang keluar dari HE-01 sehingga keluar menjadi uap jenuh 118,9 °C (P=1,9 atm). Panas latent pada 246,1 °F ( 118,9 °C ),  = 948,11 Btu/lb = 525,64 kkal/kg Jika air di uapkan = W kg Maka: Q = Q preheating + Q vaporizing Q = W.Cp (118,9 – 30) + W.  Q = W ( 118,9 – 30 ) + 525,64 .W Q = 614,5 W kkal/j



Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta



Lampiran



49



* Kondisi gas : Kecepatan massa,m = 177635.34 kg/j Suhu masuk, T1 = 561,7 °C Suhu keluar, T2 = 108,8 °C



Beban panas yang diambil dari gas , Q = m.Cp.T Q1, Panas masuk WHB dan HE-01 T



= 561,7 oC



Tref



= 25 oC



Komponen H2



M (kmol/j) 521,741



Cp.dT (kkal/kmol) 3911,13



Q1 (kkal/j) 2040597,718



CO2



48,822



2202,54



107531,927



C6H6



6,891



8853,25



61008,341



H2O



4816,665



4371,24



21054823,816



44,843



11646,28



522249,646



C6H5CH2CH3



412,048



13890,46



5723538,389



C6H5CH=CH2 Total



376,769 6227,778



13417,42



5055277,054 34565026,890



C6H5CH3



Q2, Panas keluar WHB dan HE-01



Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta



Lampiran



50



T



= 108,8 oC



Tref



= 25 oC



Komponen H2



M (kmol/j) 521,741



Cp.dT (kkal/kmol) 915,092



Q1 (kkal/j) 477440,990



CO2



48,822



626,024



30563,590



C6H6



6,891



-140,244



-966,433



H2O



4816,665



1016,792



4897547,652



44,843



242,159



10859,019



C6H5CH2CH3



412,048



19,714



8123,095



C6H5CH=CH2 Total



376,769 6227,778



310,774



117090.137 5540658,049



C6H5CH3



Jadi, beban panas yang diambil dari gas = Q1 – Q2 =( 34565026,890- 5540658,049) kkal/j = 29024368,841 kkal/j Maka : 614,5 W = 29024368,841 W = 47229,83 kg/j Q preheating = W x Cp (118,9 – 30) Q preheating = (47229,83) x (1) x (88,9) = 4198727,917 kkal/j Q preheating



= M gas x Cp gas ( T-108,8 )



4198727,917kkal/j = 177635.34 kg/j x Cp gas ( T – 108,8 ) Didapat, T = 233,32 °C Menentukan Kondisi Proses Fluida dingin (air) melalui shell



Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta



Lampiran



51



Fluida panas melalui tube Fluida panas : Kecepatan massa, W = 177635.34 kg/j = 390797,745 lb/j Suhu masuk



= 561,7°C



Suhu keluar



= 232,32 °C



Kapasitas panas



= 0,5373 Kkal/kg.°C



Beban panas WHB : Q1, Panas masuk WHB T



= 561,7 oC



Tref



= 25 oC



Komponen H2



M (kmol/j) 521,741



Cp.dT (kkal/kmol) 3911,13



Q1 (kkal/j) 2140579,718



CO2



48,822



2202,54



107531,927



C6H6



6,891



8853,25



61008,341



H2O



4816,665



4371,24



21054823,816



44,843



11646,28



522249,645



412,048



13890,46



5723538,238



376,769 6227,778



13417,42



5055277,054 34565026,890



C6H5CH3 C6H5CH2CH3 C6H5CH=CH2 Total Q2, Panas keluar WHB T



= 232,32 oC



Tref



= 25 oC



Komponen H2



M (kmol/j) 521,741



Cp.dT (kkal/kmol) 1464,510



Q1 (kkal/j) 764094,214



CO2



48,822



984,600



48069,800



C6H6



6,891



561,705



3870,721



Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta



Lampiran



52



H2O



4816,665



1621,428



7809862,275



44,843



1250,577



56078,885



C6H5CH2CH3



412,048



1188,806



489842,828



C6H5CH=CH2 Total



376,769 6227,778



1506,409



567567,243 9739385,966



C6H5CH3



Jadi, beban panas WHB



= Q1 – Q2 = (34565026,890- 9739385,966) kkal/j = 24825640,924 kkal/j



Digunakan 9 WHB yang disusun paralel Kecepatan massa masing-masing WHB : = 177635.34 / 9 = 19737,260 kg/j = 43421,972 lb/j Beban panas WHB, Q =



24825640.924 9



= 2758404,55 kkal/j = 10946049,79 Btu/j



Fluida dingin : Air cair jenuh diuapkan menjadi uap jenuh Suhu masuk



= 118,9°C



Suhu keluar



= 118,9 °C



Sifat-sifat fisis pada 118,9°C ■ cp = 1,0 kkal/kg.°C ■ µ = 0,13 cp = 0,3146 lb/j.ft ■ k = 0,395 Btu/j.ft.°F



Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta



Lampiran



53



Sifat-sifat fisis fluida panas pada : T = (T1 + T2)/2 = (561,7 + 232,32)/2 = 401,01 °C c = 0,537 Btu/lb.°F µ = 0,557 lb/j.ft k = 0,150 Btu/j.ft.°F ρ = 0,837 kg/m3 = 0,052 lb/ft3 T Fluida panas 561,7 232,32 328,38



LMTD 



Fluida dingin Beda suhu tinggi 118,9 442,80 suhu rendah 118,9 114,42 beda 0,0 328,38



328,28  242,66 C  468,79 F 442,80 ln 114,42



Pemilihan UD Dari tabel 8 Kern 1965 : UD antara 2 - 50 Btu/j.ft².°FV ( Gases - water ) Diambil, UD = 33 Btu/j.ft².°F



Pemilihan alat Dipilih tube : 16 BWG, OD = 1,50 in ; ID = 1,37 in panjang



= 16 ft



surface perlin ft = 0,3925 ft²/ft



Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta



Lampiran



54



luas alir, at' Q UD  T



A







= 1,470 in²/tube



10946049.79 Btu/j 33 Btu / j . ft 2 . F  468,79  F



= 707,56 ft² Jumlah tube 



707,56 ft 2  112,67 16 ft  0,392 ft 2 / ft



Dari tabel 9. (Kern, 1965) dipilih ukuran alat dengan spesifikasi : SHELL



TUBE



ID shell = 27 in



Nt



= 108



Baflle



OD



= 1,5 in



ID



= 1,37 in



BWG



= 16



L



= 12 ft



Pitch



= 1,875 sq pitch



= 13,5 in



Passes = 1



Passes = 2 Koreksi A: A = 16 ft x 0,3925 ft²/ft x 108 = 678,24 ft² Koreksi UD: UD 







Q A  T 10946049,79 Btu / j  34,427 Btu / j.ft. F 678,24 ft 2  468,79 F



Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta



Lampiran



55



Menghitung hio dan ho Fluida panas mengalir di dalam tube Fluida dingin (air) mengalir di dalam shell



SISI TUBE Flow area, at 



Nt  at' 144  n



keterangan : at = luas total penampang tube perpass, ft² at' = luas penampang tiap tube , in² Nt = jumlah tube n = tube pass Flow area, at 



108  1,470 = 0,55125 ft² 144  2



Kecepatan massa, Gt = W/at Gt 



43421.972 lb / j 0,55125 ft 2



= 78770,017 lb/j.ft² Bilangan Reynold, Ret = Gt.D/µ 



78770,017  0,55125  16156,864 0,557



Dari figur 24 Kern, 1965 didapat : faktor perpindahan panas, jH = 57



Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta



Lampiran



56



jH .k  Cp.  . ID  k 



0 , 33



hi



=



hi



58 x 0,150  0,537 x 0,557  . =  0,114 0,150  



hi



= 95,570 Btu/j.ft².°F



0 , 33



hio = hi. Di / Do = (95,57) (1,37 / 1,50) = 87,287 Btu/j.ft².°F Koefisien heat transfer sisi tube, hio = 87,287 Btu/j.ft².°F



SISI SHELL Flow area, as = =



ID.C'.B 144  Pt 27x0,375x13,5 144  1,875



= 0,506 ft² Kecepatan massa, Gt = W/at Gt 



11545,069 lb / j 0,506 ft 2



= 22069,42 lb/j.ft² Bilangan Reynold, Ret = Gt.D/µ 



22069,42  0,165  2793,55 0,557



Dari figur 24 Kern, 1965 didapat : faktor perpindahan panas, jH = 29 Diameter ekuivalen (dari Kern, 1965) = 1,98 in



Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta



Lampiran



57



= 0,165 ft jH .k  Cp.  . De  k 



0 , 33



ho



=



ho



29 x 0,395  0,705 x0,557  . =  0,165 0,395  



ho



= 69,273 Btu/j.ft².°F



0 , 33



Koefisien transfer panas overall Uc 



hio  ho 87,287  69,273  hio  ho 87,287  69,273



=38,622 Btu/j.ft².°F Dirt factor : Uc - UD



38,622 - 34,4276



Rd koreksi  Uc  UD  38,622 x 34,427 = 0,003155 /(Btu/j.ft².°F) Rd minimum = 0,003 Rd hitung > Rd minimum (memenuhi syarat)



PENURUNAN TEKANAN TUBE SIDE Bilangan Reynold, Ret = Gt.D/µ 



78770.017  0,55125  16156,864 0,557



Dari fig.26 Kern 1965, f = 0,00025 Digunakan persamaan (7.45) Kern :



Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta



Lampiran



Pt 



58



f  Gt 2  L  n 5.22  1010  D  S  



Keterangan : Pt



= psia



f



= faktor friksi, ft²/in² ( fig.26 Kern )



Gt



= kecepatan massa dalam tube, lb/j.ft²



L



= panjang tube, ft



n



= tube pass



D



= diameter dalam tube, ft



S



= spesific gravity, 1



Pt 



0,00025  78770,0172  16  2 5.22  1010  1,37  0,00084  1,0



= 0,4155 Psi



SHELL SIDE Penurunan tekanan di shell diabaikan karena kecil (natural circulation)



Summary Tube 87,287 Uc UD Rd hitung Rd minimum 0,4156 10



Shell h outside



P hitung P maksimum



Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta



69,8273 38,622 34,427 0,003155 0,003 abaikan abaikan



Lampiran



Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta



59