TK-2202 PERPINDAHAN KALOR Laporan tugas 2 Perhitungan Perancangan HE, Gambar Desain, dan Analisis Tekno-Ekonomi Disusun Oleh : Faisal Ahmad 130 08 080 Norman Y Perdana 130 08 081 Indro Wicahyo 130 08 082 Prapti D Utami 130 08 083 Dosen : Dr. Ahmad Zainal Abidin PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2010
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
TK-2202 PERPINDAHAN KALOR Laporan tugas 2
Perhitungan Perancangan HE, Gambar Desain, dan Analisis Tekno-Ekonomi
Disusun Oleh :
Faisal Ahmad 130 08 080
Norman Y Perdana 130 08 081
Indro Wicahyo 130 08 082
Prapti D Utami 130 08 083
Dosen :
Dr. Ahmad Zainal Abidin
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2010
Page 2
KASUS 23
Salah satu tahap dalam pembuatan eritromisin adalah pendinginan asam
propionat dengan cooling water. Berikut ini merupakan data kondisi operasinya.
Fluida Tekanan T in (oC) T out (
oC) Laju alir (kg/h)
Asam propionat 2,5 bar 394 ? 3780
Cooling water 1,5 bar ? ? ?
a. Tentukan kondisi operasi yang sesuai (data temperatur inlet dan outlet serta laju alir
untuk aliran panas dan aliran dingin yang belum diketahui)
b. Rancang heat exchanger jenis shell and tube seekonomis mungkin dengan tetap
memperhatikan kelayakan kriteria perancangan seperti luas area perpindahan panas,
hilang tekan, dan ketahanan material.
I. Data Fisik Yang Dibutuhkan
Asam propionat (tube)
P: 2,5 bar
Th1: 394 C
Th2: 180 C
m asam propionat: 3780 kg/jam
Mean Tube Temperature : 287 C
Cp asam propionat: 1.869 kJ/kg C
ρ asam propionat 4.05 kg/m3
viskositas asam propionat 0,01177 cP
k asam propionat 0,02853 W/m.K
Cooling water (shell)
P: 1,5 Bar
Tc1: 28 C
Tc2: 75 C
Mean Tube Temperature : 51,5 C
Cp cooling 4.219 kJ/kg K
ρ cooling 987,1 kg/m3
viskositas cooling 0,5306 cP
k cooling 0,6449 W/m.K
beda tekan shell-tube: 1 Bar
Page 3
Untuk merancang heat exchanger, digunakan algoritma dengan metode Bell
(Sinnott, 2004).
Menghitung Panas Yang Dipertukarkan :
Qh = mh cp,h (T1 – T2)
= 1,050 x 1869 x (667-453)
= 419964 W
Qc = Qh
Qc = mc cp,c (T2 – T1)
mc = 419964/[4219 x (348-301)]
= 2.118 kg/s
1. Mengasumsikan nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan
Utebak = 300 W/m2.K
2. Menghitung beda temperatur rata-rata (aliran counter current) ΔTm
∆𝑇𝐿𝑀 = 𝑇1 − 𝑇2 − (𝑇𝑐2 − 𝑇𝑐1)
ln(𝑇1 − 𝑇2𝑇𝑐2 − 𝑇𝑐1)
∆𝑇𝐿𝑀 = 394 − 180 − (75 − 28)
ln(394 − 180
75 − 28)
∆𝑇𝐿𝑀 = 225.277 𝐾
Untuk menentukan ΔTm digunakan faktor koreksi FT untuk HE 1-shell-2-pass
55,4
)2875/()180394(
)(( 12)21
TcTcThThZ
128,0
)75394/()2875(
)()( 2112
TcThTcTcY
Page 4
Gambar 1 Faktor Koreksi Temperatur, 1 shell pass, 2 atau lebih (genap) tube
passes
Dari gambar 1, nilai FT = 0.96, maka:
∆𝑇𝑚 = 0,96 𝑥 225,277
∆𝑇𝑚 = 216,266 𝐾
3. Menghitung luas area yang dibutuhkan
𝐴 = 𝑄𝑐 /(𝑈 ∆𝑇𝑚)
𝐴 = 419664 /(300𝑥216,266)
𝐴 = 6.473 𝑚2
4. Memutuskan layout dari alat penukar panas dan besar tube
a. Tube
Do 33 mm = 0.033 m
thickness 1.6 mm = 0.0032 m
Di 29.8 mm = 0.0298 m
L
1.83 m
At
0.190 m2
𝑁𝑡 =
𝐴
𝐴𝑡=
6.473
0,190≈ 34 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑠
Konfigurasi yang dipilih adalah triangular pitch karena merupakan
kofigurasi paling optimum.
Page 5
Tabel 1. Nilai konstanta untuk perhitungan bundle diameter
Dari tabel 1 untuk 2 pas, diperoleh nilai K1 dan n1 yaitu 0.249 dan 2.207,
sehingga:
𝐷𝑏 = 𝑑0(𝑁𝑡
𝐾𝑡)
1𝑛𝑡 = 0,033(
34
𝐾𝑡0.249)
12,207
𝐷𝑏 = 0,306 𝑚
pt = 1.25 x do = 1.25 x 0.033 = 0.041 m
b. Shell
Dari gambar 2 diperoleh nilai koreksi C = 12 mm, sehingga:
𝐷𝑠 = 𝐷𝑏 + 𝐶= 0,306 + 0,012 = 0,318 m
Gambar 2 Koreksi Bundel Shell
Page 6
Lb (baffle spacing) = Ds x 0,2 = 0.0636 m
𝐴𝑠 = 𝑝𝑡−𝑑𝑜 𝐷𝑠 𝑙𝑏
𝑝𝑡
𝐴𝑠 = 0.041−0.033 0,318𝑥0.0636
0.041 = 0.00405 m2
𝐴𝑏 = 𝑙𝑏 𝐷𝑠 − 𝐷𝑏 = 0.0636 0.318 − 0.306
𝐴𝑏 = 0.000764 𝑚2
Ab/As = 0.189
5. Menghitung koefisien individu perpindahan panas
a. Tube
Tube per pass = 59/2 = 29.5
𝐴 𝑐𝑟𝑜𝑠𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑝𝑒𝑟 𝑡𝑢𝑏𝑒 = 0.25𝜋𝑑𝑖2
= 0.000697 𝑚2
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐹𝑙𝑜𝑤 𝐴𝑟𝑒𝑎 = 0.000697 𝑥 17 𝑡𝑢𝑏𝑒 𝑝𝑒𝑟 𝑝𝑎𝑠𝑠
= 0.01186 𝑚2
𝐺𝑡 = 1.050 𝑥 0.01186 = 88.556 kg/m2 s
𝑁𝑅𝑒 = 𝐺𝑡 𝑑𝑖
µ
𝑁𝑅𝑒 = 88.556 𝑥 0.0298
0.00001177= 224212 (𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛)
𝑁𝑃𝑟 = 𝐶𝑝. µ
𝑘
𝑁𝑃𝑟 = 1869𝑥0.00001177
0.02853 = 0.771
L/di = 61.409
Page 7
Gambar 3 Faktor perpindahan panas bagian tube
Dari gambar 3, dengan menggunakan data L/di dan bilangan Reynolds,