tugas teknologi bahan dan korosi
DESCRIPTION
Carbon Steel SA-285 Grade CTRANSCRIPT
![Page 1: Tugas Teknologi Bahan Dan Korosi](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082516/563db846550346aa9a92322d/html5/thumbnails/1.jpg)
TUGAS TEKNOLOGI BAHAN DAN KOROSI
HEAT EXCHANGER
NAMA : ELIZABETH CHRISTAMORE
NIM : 140405062
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
![Page 2: Tugas Teknologi Bahan Dan Korosi](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082516/563db846550346aa9a92322d/html5/thumbnails/2.jpg)
Heat Exchanger
Heat exchanger merupakan sebuah alat penukar kalor antara dua fluida yang
melewatidua bidang batas. Bidang batas disini adalah dinding pipa yang terbuat dari
berbagai jenislogam bergantung dari jenis heat exchanger itu sendiri.Perpindahan
panas dapat terjadi di heat exchanger karena dua fluida yang masuk kedalam heat
exchanger memiliki temperatur yang berbeda baik secara langsung maupuntidak
langsung. Perpindahan panas secara langsung terjadi ketika dua fluida dengan suhu
yang berbeda mengalami kontak langsung tanpa adanya dinding pembatas.
Perpindahan panas terjadi pada bagian penghubung antara dua fluida. Contoh fluida
yang mengalami perpindahan panas secara langsung adalah dua jenis fluida yang
tidak saling bercampur, dancampuran gas-liquid. Dua fluida yang mengalami
perpindahan panas secara tidak langsungketika dua fluida tersebut mengalir dengan
dibatasi oleh dinding pemisah.
PLATE HEAT EXCHANGER 2 (HE-102)
Fungsi : Memanaskan campuran bahan tambahan
Bentuk : Balok berisi pelat-pelat tipis yang tersusun vertikal
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C
Susunan pelat : Susunan 1 pass – 1 pass dengan aliran berlawanan arah
Jumlah : 1 unit
Spacing : 3 mm
![Page 3: Tugas Teknologi Bahan Dan Korosi](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082516/563db846550346aa9a92322d/html5/thumbnails/3.jpg)
Tebal pelat : 0,75 mm
Lebar pelat : 0,15 m
Tinggi pelat : 1,5 m
Jumlah pelat : 376
L.C.1 PLATE HEAT EXCHANGER 2 (HE–102)
Fungsi : Memanaskan campuran bahan tambahan
Bentuk : Balok berisi pelat-pelat tipis yang tersusun vertikal
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C
Susunan pelat : Susunan 1 pass – 1 pass dengan aliran berlawanan arah
Jumlah : 1 unit
Data kondisi operasi:
Spacing ( ) = 3 mm = 0,003 m
Diameter ekuivalen (De) = 6 mm = 0,006 m
Tebal pelat (t) = 0,75 mm = 0,00075 m
Lebar pelat (W) = 0,15 m
Tinggi pelat (L) = 1,5 m
Diameter port (Dp) = 0,1 m
Kalor yang dibutuhkan (Q) = 439.232.923,2469 J/jam = 122.009,1453 J/s
Fluida dingin:
Laju alir massa gliserin (m) = 95,9173 kg/jam
Laju alir massa DEA (m) = 6,0368 kg/jam
Laju alir massa NaOH (m) = 965,8800 kg/jam
Laju alir massa propilen glikol(m) = 704,2875 kg/jam
Laju alir massa NaCl (m) = 2,6830 kg/jam
Laju alir massa asam sitrat (m) = 10,0613 kg/jam
Laju alir massa sukrosa (m) = 95,9173 kg/jam
Laju alir massa air (m) = 3.465,0945 kg/jam
Laju alir total (m) = 5.345,8775 kg/jam
Suhu masuk (t1) = 30°C
Suhu keluar (t2) = 70°C
![Page 4: Tugas Teknologi Bahan Dan Korosi](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082516/563db846550346aa9a92322d/html5/thumbnails/4.jpg)
Jumlah pass (np) = 1
Fluida panas:
Laju alir steam (m) = 203,0823 kg/jam
Suhu masuk/keluar (Ts) = 133,6839°C
Tekanan (P) = 2 bar (g)
Jumlah pass (np) = 1
Perhitungan:
a. Corrected Log Mean Temperature Difference (∆TM)
Log Mean Temperature Difference (∆TLM)
∆TLM =
= = 82,0656 °C
Number of transfer unit (NTU) =
= = 0,4874
Pada Gambar 12.62 dalam buku Coulson & Richardson’s Chemical
Engineering Design (Sinnott, 2005) diperoleh nilai correction factor (Ft) = 0,99.
Corrected Log Mean Temperature Difference (∆TM)
∆TM =
= 0,4874 °C 0,99
= 81,2449 °C
b. Overall Heat Transfer Coefficient (U)
Pada Tabel 12.1 dalam buku Coulson & Richardson’s Chemical Engineering
Design (Sinnott, 2005) diperoleh nilai asumsi awal overall heat transfer
coefficient (U) = 500 W/m2°C
c. Temperatur kalorifik (tc)
tc = = = 50 °C
![Page 5: Tugas Teknologi Bahan Dan Korosi](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082516/563db846550346aa9a92322d/html5/thumbnails/5.jpg)
d. Jumlah pelat (np)
Luas perpindahan panas (Ap) =
=
= 3,0035 m2
Luas permukaan pelat (A) =
= 0,5 m 1,5 m = 0,75 m2
Jumlah pelat (np) =
= 4,0047 6 pelat
e. Jumlah channel (nc) = = = 3
Jumlah channel untuk masing-masing aliran fluida dingin dan panas adalah 3.
f. Cross-sectional flow area (Ao)
Ao =
= 0,003 m 0,5 m 3
= 0,0045 m2
Fluida dingin
Data Komponen dan Bahan
Tabel C.3 Data Komponen fluida dingin dalam Plate Heat Exchanger 2 (HE-102)
Komponen Suh
u
(oC)
Ρ
(kg/m3)
Μ
(kg/m s)
K
(W/m.K)
cp
(kJ/kg K)
Gliserin 50 1.014,9000 0,1340 0,1835 3,5038
DEA 50 1.032,6944 0,0177 0,1832 2,6000
NaOH 50 1.485,1500 0,0191 0,2869 3,2700
Propilen glikol 50 847,2721 0,0011 0,1498 3,0641
NaCl 50 1.132,2700 0,0008 0,2376 2,7095
Asam sitrat 50 985,9520 0,0009 0,1318 1,2520
Sukrosa 50 1.965,2000 0,0004 0,4100 3,8680
Air 50 998,07000 0,0005 0,6394 4,1830
![Page 6: Tugas Teknologi Bahan Dan Korosi](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082516/563db846550346aa9a92322d/html5/thumbnails/6.jpg)
Campuran 1.045,1105 0,0013 0,5651 3,8448
(Rodenbush et al., 1999;Sales-cruz et al., 2010;Ojolo et al., 2012; Maria dan Garcia,
2012; Perry, 1999)
g. Mass velocity pada channel (G) =
=
= 329,9924 kg/m2 s
h. Koefisien perpindahan panas fluida dingin (hd)
Bilangan Reynold (NRe) = (Geankoplis, 2003)
=
= 1.576,9007
Bilangan Prandtl (NPr) = (Geankoplis, 2003)
=
= 8,5422
Bilangan Nusselt (NNu) = (McCabe, 2010)
=
= 106,5281
Bilangan Nusselt (NNu) = (McCabe, 2010)
106,5281 =
hd = 10.033,7365 W/m2 K
Fluida panas
i. Temperatur dinding (tw)
tw =
=
![Page 7: Tugas Teknologi Bahan Dan Korosi](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082516/563db846550346aa9a92322d/html5/thumbnails/7.jpg)
= 53,9722 oC
∆T = Tsat - tw
= 133,6839 oC - 53,9722 oC = 79,7117 oC
j. Temperatur fluida (Tf)
Tf =
= = 93,8280 oC
Data Komponen dan Bahan
Tabel C.4 Data komponen fluida panas dalam Plate Heat Exchanger-2 (HE-102)
Komponen Suhu
(oC)
Ρ
(kg/m3)
Μ
(kg/m s)
k
(W/m.K)
Hfg
(J/kg)
Air 93,8280 962,6189 0,0003 0,6800 -
Sat. Steam 93,8280 0,4829 - - -
Sat. Steam 133,683
9- - -
2.163.447,747
6
(Geankoplis, 2003)
Asumsi : Aliran Laminar (NRe < 1800)
k. Koefisien perpindahan panas fluida panas (hp)
Bilangan Nusselt (NNu)
NNu =
=
= 9.005,5318
NNu =
9.005,5318 =
hd = 4.082,7358 W/m2 K
![Page 8: Tugas Teknologi Bahan Dan Korosi](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082516/563db846550346aa9a92322d/html5/thumbnails/8.jpg)
hd = 4.082,7358 W/m2 oC
l. Bilangan Reynold (NRe)
Laju alir kondensat (m)
Q = =
m =
= = 0,1128 kg/s
Bilangan Reynold (NRe) = (Geankoplis, 2003)
=
= 2.975,9651 (Aliran Turbulen)
m. Koefisien perpindahan panas fluida panas (hp)
Bilangan Nusselt (NNu)
NNu =
Asumsi NRe = 5.550,7122
NNu = = 16.796,9427
NNu =
16.796,9427 =
= 7.615,0394 W/m2 oC
n. Bilangan Reynold (NRe)
Laju alir kondensat (m)
Q = =
m =
= = 0,2104kg/s
![Page 9: Tugas Teknologi Bahan Dan Korosi](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082516/563db846550346aa9a92322d/html5/thumbnails/9.jpg)
Bilangan Reynold (NRe) = (Geankoplis, 2003)
=
= 5.550,7122 (NRe hitung = NRe asumsi)
o. Overall Heat Transfer Coefficient (U)
Pada Tabel 12.9 dalam buku Coulson & Richardson’s Chemical Engineering
Design (Sinnott, 2005) diperoleh nilai coefficient fouling factor untuk fluida
panas = 8.000 W/m2°C sementara untuk fluida dingin = 8.000 W/m2°C.
=
U = 2.009,6973 W/m2°C
Nilai U hitung > U estimasi, sehingga perlu dinaikkan jumlah pelat agar nilai U
hitung ≈ U estimasi.
p. Jumlah pelat desain yang dibutuhkan (Np)
Prosedur e hingga o diulangi dengan menaikkan jumlah pelat (np) hingga
diperoleh nilai U hitung ≈ U estimasi.
Akhirnya diperoleh jumlah pelat desain yang dibutuhkan (Np) dinaikkan menjadi
376 pelat.
Fluida dingin Fluida panas
G (kg/m2 s) 5,2658 -
NRe 25,1633 3.970,2570
h (W/m2 oC) 627,2608 7.591,5967
U 501,8551
q. Pressure drop fluida dingin
Mass velocity pada port (Gp) =
=
= 188,9957 kg/m2 s
![Page 10: Tugas Teknologi Bahan Dan Korosi](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082516/563db846550346aa9a92322d/html5/thumbnails/10.jpg)
Friction factor (f) = 0,8 NRe-0,25
= 0,8 (25,1633)-0,25
= 0,3572
∆p =
=
= 14.028,1737 kg/m2 s
= 2,0346 psia (dapat diterima)
r. Pressure drop fluida panas
Mass velocity pada port (Gp) =
=
= 7,1797 kg/m2 s
Friction factor (f) = 0,8 NRe-0,25
= 0,8 (3.970,2570)-0,25
= 0,1008
∆p =
=
= 13.994,8507 kg/m2 s
= 2,0298 psia < 10 psia (dapat diterima)
Alasan mengapa digunakan Carbon Stell SA-285 Grade C ialah karena
bahan ini lebih ekonomis dan digunakan pada alat-alat yang suhunya > 900 oF.
Heat exchanger adalah alat pemanas sehingga suhunya tentu tinggi. Untuk heat
![Page 11: Tugas Teknologi Bahan Dan Korosi](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082516/563db846550346aa9a92322d/html5/thumbnails/11.jpg)
exchanger dapat pula digunakan Carbon Steel SA-212 Grade B. Bahan ini lebih
baik digunakan karena tebal shell hanya 79% dari Carbon Steel SA-285 Grade C
dan suhu maksimumnya <1000 oF. Sehingga dapat digunakan bila industri
membutuhkan temperatur yang lebih panas. Namun apabila tidak dibutuhkan suhu
≥ 900 oF, lebih baik menggunakan Carbon Steel SA-285 Grade C karena lebih
ekonomis.