BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Penulisan Tugas Akhir

Seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi serta era

perdagangan bebas menyebabkan dunia kerja menuntut para tenaga kerja yang

ahli dan berkompotensi menghadapi dunia kerja yang nyata. Oleh karena itu

setiap institusi khususnya STT Migas Balikpapan mengharuskan mahasiswa dan

mahasiswinya agar dapat menyelesaikan Tugas Akhir sebagai syarat untuk

mendapatkan gelar “Ahli Madya”.

Dengan adanya program mata kuliah Tugas Akhir ini diharapkan

mahasiswa STT Migas Balikpapan dapat mengembangkan karyanya yang hanya

berupa teori di perkuliahan untuk dunia minyak dan gas bumi pada khususnya.

Berdasarkan pemikiran tersebut maka judul dalam penyusunan tugas akhir ini

adalah “ Design Lean-Rich Amine Exchanger pada CO2 Removal Plant”.

1.2. Batasan Masalah Tugas Akhir

Saat ini pada CO2 Removal Plant Lean-Rich Amine Exchanger yang

digunakan adalah Heat Exchanger dengan tipe Plate Heat Exchanger. Pada

penulisan Tugas Akhir kali ini, penulis akan mencoba melakukan perhitungan

thermal design Lean-Rich Amine Exchanger dengan tugas yang sama tetapi

dengan tipe Shell and Tube.

1.3. Tujuan Penulisan Tugas Akhir

Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah:

1. Untuk mendapatkan design Lean-Rich Amine Exchanger dengan tipe Shell

and Tube.

2. Untuk mendapatkan gelar Ahli Madya pada Jurusan Teknik Pengolahan

Migas.

NIM 0703028 1

1.4. Manfaat Penulisan Tugas Akhir

Bagi Mahasiswa dan Mahasiswi

1. Mengetahui prinsip dasar tentang perpindahan panas dan contoh

peralatannya, khususnya heat exchanger.

2. Memahami proses dan langkah-langkah dalam melakukan perhitungan

design thermal pada shell and tube heat exchanger.

3. Dapat melakukan perhitungan design thermal pada Shell and Tube Heat

Exchanger.

4. Dapat mendesign heat exchanger yang sesuai dengan kebutuhan suatu

proses.

Bagi Akademik

1. Sebagai pandangan akademik terhadap suatu standar kesuksesan yang

dicapai oleh mahasiswadan mahasiswi yang diwujudkan ke dalam

bentuk visual.

2. Sebagai bahan penilaian untuk memberikan gelar Ahli Madya kepada

mahasiswa dan mahasiswi.

NIM 0703028 2

BAB II

TEORI DASAR

2.1. Perpindahan Panas

2.1.1. Perpindahan Panas Secara Konduksi

Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas antara

molekul-molekul yang saling berdekatan antara satu dengan yang lain dan tidak

diikuti oleh perpindahan molekul-molekul tersebut secara fisis.

2.1.2. Perpindahan Panas Secara Konveksi

Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas dimana

panas berpindah dari suatu tempat ke tempat yang lain dengan disertai gerakan

partikel secara fisis.

2.1.3. Perpindahan Panas Secara Radiasi.

Perpindahan panas secara radiasi adalah pancaran yang berbentuk

gelombang elektromagnetik dari semua permukaan benda panas ke benda dingin

melalui suatu media udara ataupun hampa udara.

2.2. Pengertian Heat Exchanger

Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu

tempat ke tempat yang lain, tetapi tidak dapat dimusnahkan sama sekali. Akibat-

akibat yang ditimbulkan oleh panas didalam suatu proses antara lain, kenaikan

temperatur benda, perubahan dimensi, perubahan tekanan, perubahan fase, dan

lain-lain. Heat Exchanger (alat penukar panas) atau alat perpindahan panas adalah

salah satu alat yang dapat dipakai untuk memindahkan panas antara dua fluida,

yaitu fluida panas yang akan didinginkan dan fluida dingin yang akan dipanaskan

dengan memanfaatkan panas tersebut sebagai pemanas awal di dalam suatu

industri, terutama di dalam pengolahan minyak dan gas bumi.

Mekanisme perpindahan panas dapat berlangsung dengan berbagai macam

cara, yaitu :

NIM 0703028 3

- Perpindahan panas secara konduksi.

- Perpindahan panas secara konveksi.

- Perpindahan panas secara radiasi.

Dalam banyak hal untuk menentukan pemilihan alat penukar panas yang

optimum adalah dengan melakukan perancangan secara utuh dengan

memperhitungkan berbagai alternatif pilihan bentuk bangun (geometric). Namun

sebelum perancangan secara utuh tersebut dilakukan, ada beberapa hal yang

harus ditentukan terlebih dahulu dengan menggunakan standard TEMA (Tubular

Exchanger Manufacturers Association) yaitu :

Front end stationary head types “A” : dipilih karena pada saat

pembersihan (cleaning tube) lebih praktis (simple) tidak perlu

melepaskan semua bagian seperti pada type “B”(Bonnet) cukup hanya

melepas cover saja.

Shell types “H” : dipilih karena lebih ekonomis, Faktor koreksi (F)

LMTD lebih besar bila dibandingkan dengan type “E”, dikarenakan

mempunyai Faktor koreksi (F) > 0,7 sehingga kerugian panasnya lebih

kecil, demikian juga tidak dipilihnya type “K” Kettle karena tidak

memerlukan ruangan (volume) penguapan pada shell yang terlalu besar

sehingga tidak perlu dibuat bentuk yang khusus.

Rear end head types “S” : dipilih karena kemampuan ekspansi yang

berbeda dapat diatasi dengan adanya floating head, sedangkan pada type

“L”,”M” dan “N” digunakan expantion joint pada shell sehingga kurang

ekonomis.

NIM 0703028 4

Gambar 2.1 Bagian-bagian Heat Exchanger Standard TEMA

Tabel 2.1 Karakteristik Bagian-bagian Heat Exchanger

TYPE FRONT END STATIONARY HEAD

A

Digunakan sebagai standard pada Petroleum Refinery karena

dilengkapai dengan Channel Cover untuk mempermudah test

kebocoran, pemeriksaan atau saat pembersihan Tube Side

B Tidak dilengkapi dengan Channel Cover sehingga pada saat test

kebocoran, pemeriksaan atau saat pembersihan Tube Side

NIM 0703028 5

seluruh bagian (Bonnet) harus dilepas

CTube sheet menyatu dengan Front end sehingga pada saat

pemeriksaan harus melepas Tube Bundle tidak praktis

DTube sheet menyatu dengan Front end sehingga pada saat

pemeriksaan harus melepas Tube Bundle tidak praktis

TYPE SHELL

ELebih ekonomis tetapi untuk pertimbangan Pressure drop tipe

“J” lebih baik

FAda kekuawatiran terjadi kebocoran antara Longitudinal Baffle

dan Shell

G Faktor Koreksi F untuk LMTD lebih rendah dari tipe “J”

H

Faktor Koreksi F untuk LMTD lebih rendah dari tipe “J”, tetapi

tipe “H” ini dispesifikasikan untuk Thermosyphone Reboiler

(Literatur Gama Spektra Mandiri , Consultan and Training

Specialist & Heat Exchanger)

J Pressure drop lebih besar bila dibandingkan tipe “G” dan “H”

K

● Shell dibentuk khusus tidak mempunyai Shell Cover sehingga

pada saat mengeluarkan Tube Bundle hanya melalui satu sisi.

● Kurang ekonomis bila digunakan untuk proses penguapan

fluida yang kecil karena ruangan (volume) penguapan terlalu

besar.

TYPE REAR END HEAD

L Mengatasi Ekspansi pada Shell menggunakan Expantion joint

M Mengatasi Ekspansi pada Shell menggunakan Expantion joint

N Mengatasi Ekspansi pada Shell menggunakan Expantion joint

P Mengatasi Ekspansi menggunakan Floating Head

S Mengatasi Ekspansi menggunakan Floating Head

T Mengatasi Ekspansi menggunakan Floating Head

U Setiap Tube bebas berekspansi

W Mengatasi Ekspansi menggunakan Floating Head

2.3. Bagian – Bagian dari Heat Exchanger

NIM 0703028 6

2.3.1. Tube

Tube adalah komponen utama yang memegang peranan penting dalam

perpindahan panas yang terjadi dalam shell side dan tube side. Tube berfungsi

untuk pembatas sekaligus penghantar panas dalam exchanger. Tube yang

digunakan dalam exchanger dan condenser berbeda dengan pipa pada umumnya.

Diameter dari tube merupakan diameter luarnya, sedangkan ketebalan tube

tergantung nomor BWG (Birmingham Wire Gage). Bahan tube terbuat dari baja,

tembaga, admiralty, logam muth, 70 – 30 tembaga – nichel, alumunium –

perunggu, dan stainless steel. Diameter tube banyak digunakan dari 3/8 – 1 inchi.

Untuk fluida yag kotor dapat digunakan tube dengan diameter 1 ¼ inchi. Panjang

tube berkisar antara 8 – 20 ft, tetapi yang paling banyak digunakan adalah 16 ft.

macam - macam tube yang digunakan pada heat exchanger meliputi:

- Tube polos ( Bare Tube atau Plain Tube )

Tube yang paling banyak digunakan dalam exchanger.

- Tube bersirip ( Finned Tube )

Tube yang pada bagian luarnya diberi sirip dengan tujuan auntuk

menambah luas perpindahan panas. Tube tipe ini terbagi menjadi dua

macam yaitu: Circular dan Longitudinal type.

Gambar 2.2. Longitudinal Tube

Tube – tube dalam exchanger diatur dengan jarak dan jenis susunan

tertentu. Jarak terdekat antara pusat tube dengan pusat tube lainnya disebut tube

pitch. Tube yang dipasang pada tube sheet mempunyai susunan tertentu,

diantaranya:

- Square pitch (bujur sangkar), baik untuk pressure drop yang rendah tetapi

mempunyai koefisien perpindahan panas yang kecil.

NIM 0703028 7

- Triangular pitch “non fouling atau fouling service”, mempunyai pressure

drop sedang sampai tinggi dengan koefisien perpindahan panas yang lebih

baik dibandingkan square pitch.

- Triangular pitch horizontal (segitiga horizontal), mempunyai koefisien

perpindahan panas yang tidak begitu besar, tetapi lebih baik daripada

square pitch, baik untuk kondisi fouling dan mempunyai pressure drop

sedang sampai tinggi.

- Diamond square pitch (belah ketupat), mempunyai koefisien perpindahan

panas yang lebih baik dan pressure dropnya rendah, tetapi tidah serendah

square picth.

Untuk square picth biasanya digunakan diameter tube (OD) ¾ inchi dengan

jarak 1 inchi, dan diameter tube (OD) 1 inchi dengan jarak 1 ¼ inchi. Sedang

untuk triangular pitch diameter tube (OD) ¾ inchi dengan jarak 15/16 inchi,

diameter tube (OD) ¾ inchi dengan jarak 1 inchi dengan jarak 1 ¼ inchi.

Gambar 2.3. Tata letak Tube Heat Exchanger

2.3.2. Shell

Shell berfungsi sebagai tempat mengalirnya salah satu fluida pada suatu

heat exchanger, yang juga merupakan tempat terjadinya transfer panas serta untuk

menahan tekanan kerja suatu fluida. Disamping itu juga untuk menempatkan dan

mengikat tube sheet dan shell side baffle sehingga kokoh dalam shell. Sebagai

penyangga, shell harus mempunyai ketebalan yang cukup, agar kuat menerima

NIM 0703028 8

beban karena bebannya sendiri, getaran akibat getaran fluida, dan tekanan serta

korosifitas dari aliran fluida.

Shell dibuat dari pipa baja dengan diameter nominal IPS (Iron Pipe

Standart) minimum 12 ft. Pipa diameter 12 -24 ft sebenarnya mempunyai

diameter luar sama dengan diameter nominalnya, dengan tebal pipa 3/8 ft yang

mampu menahan tekanan operasi diatas 300 psi. shell yang lebih tebal digunakan

untuk exchanger yang mempunyai tekanan operasi yang lebih tinggi. Shell yang

diameter lebih dari 24 ft dibuat dengan mengerol plat baja. Pada bagian shell ini

terdapat lubang masukan dan keluaran guna mengalirnya fluida dalam shell.

Gambar 2.4. Shell Type

2.3.3. Baffle

Baffle berfungsi sebagai penyangga terhadap tube, menjaga jarak antara

masing-masing tube, menahan vibrasi yang ditimbulkan oleh aliran fluida.

Disamping itu pengaturan arah aliran fluida pada shell side, karena jika aliran

semakin turbulen berarti penyerapan panas akan semakin sempurna atau

NIM 0703028 9

perpindahan panas akan semakin relative. Untuk membuat aliran yang turbulen

tersebut dapat dengan cara memasang perinting (baffle) di sebelah luar tube atau

di dalam “return head” dan “return end” dari exchanger. Sehingga aliran fluida

berbelok – belok searah dengan tube.

Gambar 2.5. Baffle Arrangement

Jarak antara baffle satu dengan baffle lainnya disebut baffle pitch atau

baffle spacing. Baffle spacing biasanya relative lebih kecil dari diameter dalam

shell dan lebih besar dari setengah diameter dalam shell. Kelonggaran (clerance)

antara tube pada baffle adalah 1/32 ft untuk jarak antar baffle lebih kecil dari 36 ft

dan 1/64 ft untuk jarak antar baffle lebih besar dari 36 ft.

Macam-macam baffle yang digunakan dalam heat exchanger, diantaranya:

- Segmental Baffle

NIM 0703028 10

Baffle ini paling banyak digunakan dan sangat popular, karena

dapat berupa vertical segmental cut, horizontal segmental cut, dan rorated

segmental cut. Baffle ini dibuat dari plat baja yang dilubangi dan

mempunyai tinggi 75% dari diameter shell.

Baffle ini juga disebut 25% cut baffle, karena yang terpotong 25%

dari diameter shell. Horizontal segmental cut baffle biasanya hanya

digunakan untuk fluida gas atau cairan saja, karena jika campuran antara

gas dan cairan akan memberikan akumulasi gas dan cairan yang akan

menghambat perpindahan panas. Demikian juga kotoran – kotorang akan

mengendap pada bagian bawah yang akan menutup bagian luar tube dan

bagian dalam shell. Untuk fluida – fluida yang membawa kotoran atau

mudah membentuk fouling lebih baik digunakan vertical cut segmental cut

baffle.

- Disc & Doughnuts Baffle

Aliran dalam shell untuk jenis baffle ini adalah seragam di

sepanjang peralatan exchanger. Walaupun aliran satu fase, baffle tipe ini

dapat sama efektifnya dengan baffle segmental, akan tetapi pada

kenyataannya tidak banyak digunakan karena fluida yang digunakan harus

bersih, jika tidak maka akan terbentuk sedimen disekitar doughnut.

Kotoran akan cenderung mengumpul di bagian belakang baffle dan akan

mengurangi laju perpindahan panas.

- Orifice Baffle

Baffle jenis ini hanya untuk keperluan atau rancangan khusus,

dimana fluida harus benar – benar bersih. Pressure drop yang terjadi lebih

besar dibandingkan dengan baffle jenis lain. Aliran turbulen dicapai lewat

annulus yang diameternya ± 1/16 ft lebih besar dari tubenya.

- Longitudinal Baffle

Baffle jenis ini digunakan untuk membagi aliran dalam shell

menjadi dua bagian atau lebih, yang akan memberikan kecepatan lebih

tinggi untuk perpindahan panas yang lebih baik. Baffle ini harus dipasang

cukup rapat menempel pada shell.

NIM 0703028 11

- Impingment Baffle

Adalah Plate yang ditempatkan di depan Inlet Shell Side, gunanya

untuk melindungi tube dari aliran fluida yang masuk dengan kecepatan

tinggi, sehingga vibrasi dan erosi pada tube dapat dihindari.

2.3.4. Tie Rod dan Spacer

Tie rod dan spacer dipergunakan untuk mengikat system baffle plate

menjadi satu dan tetap pada posisinya. Material untuk tie rod dan spacer harus

sama dengan material baffle plate. Jumlah dan besarnya tie rod ditentukan dengan

standar. Secara umum fungsi daripada tie rod yaitu:

- Mempertahankan panjang tube antara kedua tube sheet

- Mempertahankan jarak antar baffle plate

- Menjaga dan mempertahankan sambungan tube, agar tidak mengalami

perubahan bentuk sewaktu diadakan pengangkatan atau pengeluaran tube

bundle untuk perbaikan.

Gambar 2.6. Tie Rod

NIM 0703028 12

Tabel 2.2

2.3.5. Tube Sheet

Berfungsi sebagai dudukan Tube Bundle pada Shell.

Gambar 2.7. Tube Sheet

2.3.6. Channel

Berfungsi sebagai tempat masuk atau keluarnya fluida pada bagian tube.

2.3.7. Pass

Pass dalam shell dan tube exchanger berfungsi menentukan atau mengatur

arah aliran dan kecepatan fluida. Dengan dipasangnya pass dan channel, maka

arah aliran dalam tube tidak melewati seluruh lubang tube, tetapi akan melewati

sebagian tergantung jumlah pass yang ada. Disamping banyaknya pass yang

dipasang pada heat exchanger semakin tinggi kecepatannya dan akan semakin

NIM 0703028 13

besar pula pressure dropnya dan semakin jauh penyimpangan aliran counter

current, sehingga semakin kecil koreksi temperaturnya.

Dengan semakin banyaknya pass berarti semakin berat tube bundle, dan

apabila terjadi kebocoran sulit untuk memindahkannya. Untuk mendapatkan aliran

counter current yang sempurna, dibutuhkan single pass exchanger. Bila beban

panas yang dibutuhkan besar dilakukan pemasangan secara parallel, tetapi hal ini

kurang menguntungkan. Ditinjau dari segi operainya, single pass exchanger

mempunyai keuntungan sebagai berikut:

- Terjadi aliran berlawanan arah.

- Pembersihan atau perbaikan dapat dikerjakan sewaktu – waktu dengan

menghentikan operasi, tanpa banyak berpengaruh pada kondisi operasi di

plant, karena beban terbagi merata pada exchanger lainnya.

- Tube bundle mudah diambil dan dibersihkan, karena tidak terlalu besar.

Ketebalan plate pass pada channel atau bonnet pada diameter kurang dari

24 ft, tebalnya 3/8 ft untuk carbon steel dan ¼ ft untuk alloy material. Untuk

diameter lebih dari 24 ft, tebal ½ ft untuk carbon steel dan 3/8 ft untuk alloy

material.

2.3.8. Shell Cover dan Channel Cover

Berfungsi sebagai penutup Shell dan Channel, yang dapat dibuka pada

waktu dilakukan perbaikan atau pembersihan Tube dan dinding dalam Shell.

Gambar 2.8. Cover Heat Exchanger

NIM 0703028 14

2.4. Korelasi antara Tugas dan Kemampuan pada Heat Exchanger

Tugas HE adalah, berapa panas yang harus dipindahkan (cal/jam, btu/jam)

untuk merubah temperatur suatu fluida. Misalnya untuk mendinginkan kerosin

200 ton / jam dari suhu 300- 150 °F. Sedangkan kemampuan HE adalah keadaan

nyata dari panas yang berhasil dipindahkan.

Grafik 2.1. Korelasi antara Tugas dan Kemampuan pada Heat Exchanger

Tugas suatu HE selalu sama dalam suatu sistem yang tetap, tetapi

kemampuan suatu HE selalu menurun dari waktu kewaktu karena disebabkan oleh

adanya deposit pada HE.

2.5. Deposit atau Penurunan Kemampuan pada Heat Exchanger

Deposit yang terbentuk akan memperbesar tahanan daya hantar panas

(Resistance) yang akan mengakibatkan penurunan kemampuan Heat Exchanger.

Kecepatan terbentuknya endapan / kerak pada Heat Exchanger dipengaruhi oleh :

- Jenis fluida

- Kecepatan aliran fluida

- Suhu fluida

NIM 0703028 15

Agar perpindahan panas dapat berlangsung dengan baik seperti semula,

maka pada interval waktu tertentu atau secara periodik Heat Exchanger tersebut

perlu dibersihkan. Adapun berbagai macam deposit itu adalah sebagai berikut :

- Hard Deposit

Yang termasuk hard deposit misalnya : Corrosion Scale, karat, dan coke.Cara

pembersihannya :

Dry Sand Blasting

Chemicals Methods of Cleaning

Brushes

- Porous Deposit

Deposit-deposit ini sering terdapat material-material yang sama yang dapat

membentuk hard deposit, endapan biasanya porous. Cara pembersihannya :

Wet Sand Blasting

Chemicals Methods of Cleaning

Thermal Shock Treatments

- Loose Deposit

Yang termasuk loose deposit seperti: Endapan lumpur, ganggang, daun-

daunan. Cara pembersihannya:

Wet Sand Blasting

Blowing dengan Steam Flushing dengan Hot Water

2.6. Meningkatkan Kemampuan Heat Exchanger

Untuk meningkatkan/menambah kemampuan Heat Exchanger ada

beberapa cara, antara lain :

Memperluas perpindahan panas.

Mengatur arah aliran dari kedua fluida.

Membuat aliran dari kedua fluida turbulen.

NIM 0703028 16

2.6.1. Memperluas Permukaan Perpindahan Panas

Untuk memperluas permukaan perpindahan panas dapat dilakukan dengan

cara memilih jenis plate yang digunakan sesuai dengan fluida yang akan

didinginkan ataupun dipanaskan, selain itu material penyusun plate juga harus

dipilih sesuai dengan kondisi operasi.

2.6.2. Mengatur Arah Aliran Dari Kedua Fluida

Ada beberapa macam arah aliran dalam Heat Exchanger antara lain:

- Counter Flow (aliran berlawanan arah).

Bila dua fluida bergerak dalam arah berlawanan sepanjang alat penukar panas

- Paralel Flow (aliran searah).

Bila dua fluida bergerak dalam arah yang sama sepanjang alat penukar panas

- Cross Flow (aliran silang)

Untuk mengatur arah aliran maka pemilihan plate yang sesuai untuk fluida

yang digunakan sangatlah penting. Aliran berlawanan arah memberikan

perpindahan panas yang lebih baik dibandingkan dengan aliran searah. Di dalam

kenyataannya tidak mungkin membuat aliran berlawanan arah murni, yang ada

adalah aliran campuran, tetapi dalam perhitungan kemampuan Heat Exchanger

selalu dianggap aliran berlawanan arah, kemudian dikoreksi.

1.1. Langkah-langkah Perhitungan Thermal Design Shell and Tube Heat

Exchanger

Adapun langkah-langkah perhitungan thermal design pada shell and tube

heat exchanger adalah sebagai berikut :

A. Heat Balance

Dalam setiap heat exchanger diharapkan tidak terjadi heat loss atau hilangnya

panas. Sehingga pada setiap heat exchanger diharapkan jumlah panas yang

dilepas oleh fluida panas akan sama dengan jumlah panas yang diserap oleh

fluida dingin, atau jika dituangkan dalam sebuah persamaan :

NIM 0703028 17

Qhot=Q cold

Dimana :

Qhot = Panas yang dilepaskan oleh fluida panas, Btu/hr

Qcold= Panas yang diserap oleh fluida dingin, Btu/hr

B. True Temperaturte Difference (∆Tm), °F

True temperature difference ini menyatakan nilai perbedaan temperatur

sebenarnya antara fluida panas dengan fluida dingin. Dalam nilai ∆Tm, ada

beberapa langkah yang harus dilakukan seperti yang dijelaskan dibawah ini :

Menentukan nilai Log Mean Temperature Difference (LMTD), °F

Adapun persamaan yang dapat digunakan dalam menentukan LMTD

adalah sebagai berikut :

LMTD=(T 1−t 2 )−(T2−t1)

¿(T1−t2)(T2−t1)

Dimana :

T1 = Temperatur inlet fluida panas, °F

T2 = Temperatur outlet fluida panas, °F

t1 = Temperatur inlet fluida dingin, °F

t2 = Temperatur outlet fluida dingin, °F

Menentukan nilai Temperature Difference Factor (FT)

Factor perbedaan temperatur didapat dari penarikan grafik pada lampiran 4

(sesuai jumlah pass), dimana sebelumnya harus dicari terlebih dahulu nilai

R dan S. Adapun persamaan yang digunakan untuk menentukan nilai R

dan S adalah sebagai berikut :

R=(T 1−T 2 )(t 2−t 1 )

S=(t2−t1 )(T 1−t 1 )

Setelah nilai LMTD dan FT telah diketahui, maka nilai True Temperature

Difference adalah :

NIM 0703028 18

∆ Tm=LMTD × FT

C. Temperature Caloric, °F

Temperatur kalorik pada fluida panas dan fluida dingin didapatkan dengan

mengikuti langkah-langkah dibawah ini :

Menentukan nilai ∆tc/∆Th

Untuk menentukan nilai ∆tc/∆Th dapat menggunakan persamaan seperti

dibawah ini :

∆ tc

∆ T h

=( t2−t1 )

(T1−T 2)

Menentukan nilai KC

Nilai KC didapatkan dari penarikkan garis pada lampiran 5, dimana nilai

°API suatu fluida ditarik garis lurus sehingga berpotongan dengan garis (T1-

T2).

Menentukan nilai FC

Nilai FC dapat diketahui dengan menarik garis lurus nilai ∆tc/∆Th pada

lampiran 5, sehingga berpotongan dengan garis yang menunjukan nilai KC

yang didapat dari langkah sebelumnya.

Setelah didapatkan nilai ∆tc/∆Th dan FC menggunakan langkah-langkah diatas,

barulah dapat diketahui nilai temperatur kalorik kedua fluida dengan

menggunakan persamaan dibawah ini :

- Temperature kalorik fluida panas (Th)

T h=T 2+FC (T1−T2 ) ° F

- Temperature kalorik fluida dingin (tc)

t c=t1+FC ( t2−t 1 ) ° F

Dimana :

Th = Temperatur kalorik fluida panas, °F

tc = Temperatur kalorik fluida dingin, °F

D. Menentukan total area heat transfer (A) berdasarkan UD asumsi

NIM 0703028 19

Untuk mengetahui nilai A, maka di asumsikan nilai UD berdasarkan data tabel

UD asumsi yang mencantumkan nilai UD asumsi untuk setiap jenis fluida

seperti tabel dibawah ini :

Tabel 2.3. Asumsi UD untuk Setiap Jenis Fluida

Setelah ditentukan nilai asumsi UD berdasarkan jenis fluida yang akan

mengaliri kedua sisi Heat Exchanger maka dapat diketahui besar area heat

transfer dengan menggunakan persamaan :

A= QU D × ∆ Tm

Dimana :

A = Total area heat transfer berdasarkan asumsi UD, ft2

Q = Panas yang ditransferkan pada heat exchanger, Btu/hr

UD = Koefisien perpindahan panas design asumsi (dari tabel 2.3), Btu/°F ft2 hr

E. Jumlah Tube (NT) yang dibutuhkan

NIM 0703028 20

Data-data yang diperlukan untuk menentukan jumlah tube yang dibutuhkan

dapat diambil dari lampiran 6 antara lain sebagai berikut :

- BWG = Birmingham Wire Gage

- OD = Outside diameter tube, inch

- ID = Inside diameter tube, inch

- L = Panjang tube, ft

- a" = Surface per lin, ft2/lin ft

- at” = Flow area per tube, in2

Dari data-data diatas dapat dicari jumlah tube (NT) yang dibutuhkan dengan

menggunakan persamaan :

NT=A

(L−0.5 ) ×a ¿

Nilai NT yang didapat, kemudian dicocokkan dengan lampiran 7 sesuai ukuran

tube yang digunakan dengan mengambil jumlah tube yang paling mendekati

dengan jumlah tube yang dibutuhkan.

F. Flow area

Menentukan flow area pada tube (at), ft2

Flow area pada tube dapat dicari menggunakan persamaan seperti dibawah

ini :

a t=N t× at } over {144 n ¿

Dimana :

n = Jumlah pass

144 = Konversi dari in2 ke ft2

Menentukan flow area pada shell (as), ft2

Data yang diperlukan untuk mencari flow area pada shell dapat dilihat dari

lampiran 7, yaitu :

IDS = Inside diameter shell, inch

C = Baffle cuts/clearance, inchi

PT = Tube pitch, inchi

NIM 0703028 21

B = Jarak antar baffle, inchi

Flow area pada shell dapat dicari menggunakan persamaan seperti dibawah

ini :

as=IDs xC x B

144 x PT

G. Linear Velocity (V), ft/sec

Linear velocity atau kecepatan aliran perdetik pada tube dan shell didapatkan

dari persamaan dibawah ini :

V= Wρ a

Dimana :

W = Kecepatan massa fluida, lb/hr

ρ = Densitas fluida, lb/ft3

a = Flow area, ft2

H. Mass Velocity (G), lb/hr ft2

Mass velocity pada tube dan shell dapat dicari menggunakan persamaan :

G=Wa

I. Reynold Number (Re)

Reynold number merupakan nilai yang menyatakan jenis aliran suatu fluida.

Adapun persamaan untuk menentukan nilai Re suatu fluida adalah dengan

menggunakan persamaan dibawah ini :

- Reynold Number pada Tube Side (Ret)

ℜt=Di×Gt

μ

Dimana :

Di = Diameter inside tube, ft

Gt = Mass velocity tube side, lb/hr ft2

µ = Viscositas fluida pada temperatur kalorik, lb/ ft hr

NIM 0703028 22

- Reynold Number pada Shell Side (Res)

ℜs=De× Gs

μ

Dimana :

De = Diameter eqivalen, ft

Gs = Mass velocity shell side, lb/hr ft2

J. Koefisien Perpindahan Panas, Btu/hr ft2 ℉Untuk menghitung koefisien perpindahan panas dilakukan dengan beberapa

langkah seperti dibawah ini :

- Mencari Faktor Perpindahan Panas (JH) pada Tube dan Shell

Nilai JH dapat diambil dari lampiran 10 untuk tube side dan lampiran 9

untuk shell side, dimana nilai JH untuk tube side diambil dari penarikan

garis lurus pada nilai Reynold number yang berpotongan dengan garis

yang menyatakan nilai L/Di.

- Menghitung nilai ( Cp× μk )

1 /3

pada Tube dan Shell

Dimana :

Cp = Specific heat fluida pada temperatur kalorik masing-masing fluida,

Btu/lb °F

µ = Viscositas fluida pada temperatur kalorik masing-masing fluida,

lb/ft hr

k = Thermal Conductivity masing-masing fluida, Btu/hr ft °F

- Menghitung nilai hi/Φt, Btu/hr ft2 ℉hi

Φt

=JH ( kDi )(Cp × μ

k )13

- Menghitung nilai hio/Φt, Btu/hr ft2 ℉hioΦt

= hiΦt

×DiDo

NIM 0703028 23

- Menghitung nilai ho/Φs, Btu/hr ft2 ℉ho

Φs

=JH ( kDe )(Cp × μ

k )13

Dimana :

hi = Koefisien heat transfer inside tube, Btu/hr ft2 °F

hio = Koefisien heat transfer outside tube, Btu/ hr ft2 °F

ho = Koefisien heat transfer shell, Btu/ hr ft2 °F

Di = Inside diameter tube, in

Do = Outside diameter tube, in

- Menghitung Temperatur Wall (TW), °F

Adapun cara menentukan temperatur wall adalah sebagai berikut :

T W=t c+hio /Φt

hio /Φt+ho /Φs(T h−tc ) ° F

- Menentukan Nilai Φt

ɸΦt=( μμw )

0.14

Dimana :

µw = Viscositas fluida pada temperatur kalorik masing-masing fluida, cP

- Menentukan nilai koefisien perpindahan panas pada tube (hio), Btu/ hr ft2

°F

hio= hioɸΦt

× ɸΦt

- Menentukan nilai Φs

ɸΦs=( μμw )

0.14

Dimana :

Φs = Viscositas rasio zat alir didalam shell

µ = Viscositas fluida didalam tube pada temperatur Tc, (cP)

NIM 0703028 24

µw = Viscositas fluida didalam tube pada suhu dinding tube, (cP)

- Menentukan nilai koefisien perpindahan panas pada shell (ho), Btu/ hr ft2

°F

ho= hoɸΦs

× Φs

K. Clean Overall Coefficient Heat Transfer (UC), Btu/hr ft2 °F

UC menunjukan nilai koefisien perpindahan panas tiap satuan luas dan tiap °F

pada setiap jam pada saat HE masih bersih. Dimana nilai UC adalah sebagai

berikut :

U c=hio ×hohio+ho

Dimana :

ho = Koefisien transfer panas pada shell, Btu/jam ft2 °F/ft

hio = Koefisien transfer panas pada tube, Btu/jam ft2 °F/ft

L. Dirty Overall Coefficient Heat Transfer (UD), Btu/hr ft2 °F

UD menunjukan nilai koefisien perpindahan panas suatu HE saat kondisi HE

kotor. Dimana nilai UD ini dipengaruhi oleh dirt factor atau fouiling resisitance

suatu fluida. Dari lampiran 12 didapatkan nilai dirt factor untuk masing-masing

jenis fluida.

Maka nilai UD dapat dicari menggunakan persamaan dibawah ini :

1UD

= 1UC

+Rdi+Rdo

Dimana :

Rdi = Dirt factor / Fouling resistence untuk fluida pada inside diameter tube,

hr ft2 °F/Btu

Rdo = Dirt factor / Fouling resistence untuk fluida pada outside diameter tube,

hr ft2 °F/Btu

Uc = Koefisien clean overall, Btu/hr ft2 °F

NIM 0703028 25

M.Ketahanan Terhadap Kotoran (Rd), hr ft2℉/Btu

Biasanya dalam merancang HE kita harus menentukan dulu Rd min yang

dimiliki oleh suatu bahan (data ini bisa dilihat di buku Heat Transfer, karangan

D.Q KERN). Rd min ini adalah suatu batasan minimum yang ditetapkan pada

rancangan HE kita, jika Rd hasil perhitungan lebih kecil dari Rd min maka

laju pembentukan pengotor akan cepat sehingga alat akan cepat kotor dan

mengakibatkan biaya maintenance besar, sedangkan jika Rd perhitungan

terlalu besar maka alatnya akan berukuran sangat besar mengakibatkan biaya

investasi untuk satu alat tersebut besar/mahal.

Pada dasarnya fouling factor/Rd itu tidak ada batasan maksimal yang

pasti, yang ada dibuku buku dan literatur yang ada hanya menyatakan mininum

fouling factor/Rd ketika kita design awal sebuah heat exchanger. Karena pada

prinsipnya fouling factor hampir sama dengan factor design terhadap suatu

rancangan alat, jika kita ambil fouling factor yang besar maka ukuran HE yang

kita rancang pun juga semakin besar atau dengan kata lain safety factor nya

besar. Jadi ketika kita mengambil faouling factor yang mendekati harga

minimal maka itu merupakan ukuran HE terkecil yg paling diijinkan.

Untuk menentukan jumlah maksimal kotoran yang diijinkan dibutuhkan

simulasi antara ukuran HE (mengacu pada efek harga) dengan harga / biaya

design suatu HE. Fluida yang banyak kotorannya tentunya akan menyebabkan

fouling factor bertambah maka harga HE akan naik karena akan butuh A yg

makin besar. Jadi bebas mau berapa fouling factor itu karena memang tidak

ada batasan yang baku dan mutlak.

Jadi, jika dibuat suatu korelasi Rd itu akan berhubungan dengan Ud dan

Luas Permukaan Transfer Panas, jika Rd semakin besar maka Ud nya kecil

dan luas permukaan akan besar begitu pula sebaliknya. Sehingga nilai Rd pada

design Lean-Rich Amine Exchanger ini adalah sebagai berikut :

Rd=UC−U D

UC× U D

NIM 0703028 26

N. Surface Area (A)

Luas area perpindahan panas (surface area) yang tersedia pada HE haruslah

lebih besar dari pada luas area yang dibutuhkan. Hal ini dilakukan agar pada

saat HE telah mencapai nilai Rd 0.004, perpindahan panas yang terjadi tertap

dapat memenuhi tugasnya. Sehingga tidak mengganggu jalannya proses secara

keseluruhan, namun pada saat Rd telah mencapai 0.004 maka harus segera

dilakukan cleaning.

- Surface Area yang Dibutuhkan

A= QU D × ∆ Tm

- Surface Area yang Tersedia

AAviable=NT × L ×a

Dimana :

NT = Jumlah Tube

L = Panjang Tube, ft

a" = Surface per lin, ft/lin ft2

Nilai surface area yang tersedia diijinkan jika nilai perbandingan antara surface

area yang tersedia dengan surface area yangdibutuhkan lebih dari 100%.

O. Menghitung Pressure Drop (ΔP)

Menghitung Number of courses (N+1)

N+1 = 12 L/B

Keterangan :

N = Jumlah baffle

L = Panjang tube, ft

B = Jarak baffle, in

NIM 0703028 27

Pressure Drop Shell side (ΔPs)

Untuk menentukan nilai pressure drop pada shell side dapat menggunakan

persamaan dibawah ini :

ΔPs=f × GS2 × DS × {(N+1)×2 }5,22 x 1010× De × s× ɸs

Nilai Pressure Drop yang diijinkan pada shell dapat dilihat dari viscositas suatu

fluida, ataupun mengacu pada kondisi design suatu proses.

Pressure Drop Tube Side (ΔPT)

Adapun nilai pressure drop pada tube side dapat diketahui dengan cara :

- Menghitung ΔPt, psi

ΔPt=f × Gt2 × L × (n ×2 )

5,22 ×1010× Di× s ×Φt

- Menghitung Return Loss (ΔPr), psi

∆ Pr= 4 ns

×V 22g '

Dimana dari lampiran 15 didapatkan nilai V 2

2g ' = 0.058

- ∆ P Tube Total, psi

∆ PT = ∆Pt + ∆Pr

Dimana :

Gs = Kecepatan mass flow melalui shell, Ib / hr ft2

Gt = Kecepatan mass flow melalui tube, lb/hr ft2

De = Diameter equivalent untuk perpindahan panas dan pressure drop, ft

Ds = Inside diameter untuk perpindahan panas dan pressure drop, ft

s = Specific gravity fluida pada shell

f = Faktor friksi dapat dicari dari lampiran 13 untuk tube side dan pada

lampiran 14 pada shell side

NIM 0703028 28

BAB III

Design Lean-Rich Amine Exchanger

3.1. Sistem Pengambilan Data

Metode yang digunakan dalam hal pengambilan data sehubungan dengan

perhitungan pada laporan tugas khusus ini antara lain:

Data-data yang digunakan dalam perhitungan Design Lean-Rich Amine

Exchanger ini didapatkan dari berbagai sumber, salah satunya adalah juga

menyesuaikan dengan kondisi proses pada CO2 Removal Plant, dan data

design Lean-Rich Amine Exchanger E-3000.

Studi literatur dari buku-buku yang berhubungan dengan Perpindahan

Panas dan Heat Exchanger

3.2. Uraian Proses CO2 Removal Plant

CO2 Removal Plant merupakan unit yang mengolah acid gas dari off-shore

untuk mengurangi kadar CO2 yang terkandung dalam gas sehingga sesuai dengan

spesifikasi yang diminta oleh pembeli (custumer). Penurunan kadar CO2

menggunakan larutan DEA (Diethanol Amine) untuk menyerap CO2 hingga

mencapai komposisi yang dipersyaratkan pembeli, yaitu kurang dari 8%wt. Unit

CO2 removal merupakan unit yang baru beroperasi. Sebagian umpan gas yang

datang dari sumur ke unit ini dan sebagaian di by-pass langsung ke dehydration

unit. Karena DEA yang digunakan berupa larutan dalam air, maka gas yang keluar

dari unit CO2 removal memiliki kadar air yang lebih tinggi daripada gas umpan.

Fasilitas utama dari CO2 Removal Plant terdiri dari :

Inlet Gas filter Separator

Berfungsi untuk menyaring 99% droplet solid dan cairan Hidrokarbon dengan

ukuran >5 mikron yang terkandung pada gas yang masuk dari offshore.

Amine Contactor

Berfungsi untuk mengontakkan gas dengan larutan DEA agar terjadi proses

absorbsi CO2.

Outlet Gas Scrubber

NIM 0703028 29

Berfungsi untuk meminimalisir terjadinya loss Amine.

Amine Regeneration unit

Berfungsi untuk meregenerasi larutan DEA agar bisa digunakan kembali

untuk menyerap CO2.

Amine Regeneration Unit terdiri dari :

Amine Flash Tank

Berfungsi untuk memisahkan cairan hidrokarbon yang terbawa oleh larutan

DEA yang akan diregenerasi.

Still Striping Colomn

Berfungsi untuk melucuti CO2 yang terkandung pada larutan DEA.

Still Amine Reboiler

Berfungsi untuk memanaskan larutan DEA agar terpisah dari CO2.

Still Overhead Condensing/Reflux System

Berfungsi untuk mengkondensasikan steam yang tadinya telah digunakan

untuk memanaskan larutan DEA, yang nantinya akan dijadikan sebagai

reflux.

Lean-Rich Amine Exchanger

Berfungsi untuk meringankan beban Lean Amine Cooler, dengan

mendinginkan lean amine yang keluar dari Still Striping Coloumn. Dan juga

berfungsi untuk memanaskan rich amine yang menuju ke Still Striping

Coloumn. Serta sebagai alat konservasi energi pada CO2 Removal Plant.

Amine Booster Pumps

Berfungsi untuk memompakan lean amine dari Lean-Rich Amine Exchanger

menuju ke Lean Amine Cooler.

Amine Filters

Berfungsi untuk menyaring arang dan droplet solid yang terkandung pada

lean amine dari Lean Amine Cooler yang nantinya akan menuju Amine

Contactor.

Amine Circulation Pumps

Berfungsi untuk memompakan Lean Amine dari Amine Filters menuju ke

Amine Contactor.

NIM 0703028 30

Sedangkan untuk fasilitas baru yang tersedia saat ini terdiri dari :

Amine Recovery System

Chemical Injection System

Flare Header System

Steam Generation System

Untuk steam generation system terdiri dari fasilitas berikut :

Steam Boiler

Boiler Feedwater pumps

Condensate Surge / Deaerator Drum

Untuk itu ada beberapa hal-hal yang menyakut tentang spesifikasi yang harus

diperhatikan, antara lain adalah sebagai berikut :

Tabel 3.1. Spesifikasi Feed Gas pada CO2 Removal Plant

ContentTotal Gas minimum Total Gas maximum Gas Specific gravity Operating PressureOperating Temperature Kandungan CO2

% mol CO2 % mol N2 % mol C1 % mol C2 % mol C3 % mol C4 % mol nC4 % mol iC5 % mol nC5 % mol C5+

Instrumen Air Supply Jenis gas yang masukTekanan

30 MMSCFD50 MMSCFD0.806300-500 psig65 oF15 %mol12.4800.03276.3965.2403.5410.6540.7800.2250.1400.51280-100 psigGas Alam180 psig

Seperti yang telah disebutkan pada penjelasan diatas, pada CO2 Removal

Plant berlangsung juga proses regenerasi Diethanol Amine (DEA). DEA

merupakan larutan yang digunakan untuk menyerap CO2 yang terkandung dalam

gas. Dalam unit regenarasi amine ini, salah satu alat yang digunakan adalah Lean-

NIM 0703028 31

Rich Amine Exchanger. Lean-Rich Amine Exchanger ini berfungsi sebagai

berikut:

a. Pemanas awal Rich Amine dari Amine Contactor yang akan masuk ke Still

Striping Coloumn, dari 151.7°F menjadi 210°F sehingga terjadi penguapan

awal untuk memisahkan larutan amine dengan CO2 yang sebelumnya terserap

oleh larutan Amine tersebut.

b. Mendinginkan Lean Amine dari Still Striping Coloumn yang akan masuk ke

Amine Cooler, dari 248.5°F menjadi 183.3°F sehingga meringankan beban

Amine Cooler tersebut.

c. Menyesuaikan temperature fluida yang mengalir melewati alat ini, sehingga

temperaturnya sesuai dengan batasan temperature pada kondisi operasi alat

yang akan dituju oleh fluida tersebut selanjutnya.

d. Sebagai Alat konservasi energi pada CO2 Removal Plant.

Lean-Rich Amine Exchanger ini merupakan heat exchanger dengan tipe

Plate and Frame Gasketed Heat Exchanger dengan data-data seperti yang

tercantum pada table 3.2. Sedangkan pada Tugas Akhir ini penulis akan

mendesign Lean-Rich Amine Exchanger dengan tugas yang sama namun

menggunakan tipe Shell and Tube.

NIM 0703028 32

Tabel 3.2. Data Sheet PHE E-3000 (Lean-Rich Amine Exchanger)

Data SheetTag No. : E-3000No. of Exchanger : 1

Performance of Unit

ContentHot Side Cold Side

IN OUT IN OUTFluid Name Lean Amine Rich AmineFluid Quantity, Total (lb/hr) 505525 533794Vapor (lb/hr)     0 2382

Liquid (lb/hr) 505525 50552553379

4531412

Liquid Evaporated (lb/hr)   2382Vapor Condesed (lb/hr)    Noncondesable (lb/hr)    Temperature (°F) 248.5 183.3 151.7 210Density, Vapor (lb/ft3)       0.368Density, Liquid (lb/ft3) 60.4 62.2 65.5 63.7Viscosity, Vapor (cP)       0.017Viscosity, Liquid (cP) 0.388 0.687 0.863 0.483Molecular Weight, Vapor       38.376Molecular Weight, Liquid 24.0 24.0 24.6 24.6Spec. Heat, Vapor (Btu/lb °F)       0.248Spec. Heat, Liquid (Btu/lb °F) 0.931 0.912 0.928 0.941Thermal Cond, Vapor (Btu/hr ft °F)       0.013Thermal Cond, Liquid (Btu/hr ft °F) 0.28 0.275 0.254 0.259Latent Heat (Btu/lb)     771.2 716.1Inlet Pressure (psig) 12.25 60.3Velocity (ft/sec)    Pressure Drop, Allow/Calc (psi) 5.00/5.00 7.00/6.00Fouling Factor (hr ft2 °F/Btu) - -Design/Test Pressure (psig) 175/225 175/225Design Temperature (°F) 300 300Heat Exchanged (Btu/hr) 30347143 30347143LMTD (°F) 34.9Transfer Rate, Serv/Clean/Calc (Btu/hr ft2 °F)

829/-/-

Flow Configuration Plate Information

Flow in First Group in 

Type No. 1

Type No. 2

No. of Channels

Pass No.Plate Type

Plate Type LS LDHot Cold Chevron Angel    

55 11 44 LSPlate Thickness (in)

0.020 0.020

123 78 45 LD No. of Plates 55 123        Materials        Plate Type No. 1 SS 316        Plate Type No. 2 SS 316        Gaskets EPDM

       Nozzles : 316 L

Frame

A516 Grade 60

        Bolts : SA 193 Gr.B7 Tie  

NIM 0703028 33

Bars

NIM 0703028 34

3.3. Data Fluida

Data fluida sangat penting dalam perhitungan design Lean- Rich Amine

Exchanger, karena dengan data fluida yang lengkap dan akurat maka perhitungan

design yang didapatkan juga akan lebih akurat dan sesuai dengan yang diinginkan.

Data mengenai fluida ini didapat dari data design Lean-Rich Amine Exchanger E-

3000 pada table 3.2, karena kondisi operasi untuk Lean-Rich Amine Exchanger

dengan type Shell and Tube Heat Exchanger ini diinginkan sama dengan kondisi

operasi pada design awal Lean-Rich Amine Exchanger dengan type Plate Heat

Exchanger.

Hot fluid atau Lean Amine, ditempatkan pada tube side agar transfer panas

antara kedua fluida berlangsung optimal, selain itu hal ini disebabkan oleh nilai

specific gravity kedua fluida yang tidak terlalu berbeada jauh.

3.3.1. Fluida Panas pada Tube Side (Lean Amine)

Pada tube side dialiri oleh fluida panas yang berupa Lean Amine yang

akan didinginkan. Adapun data-data Lean Amine yang dibutuhkan dalam

perhitungan design Lean-Rich Amine Exchanger adalah sebagai berikut :

a. Flow Rate (Wh), lb/hr

Wh = 505,525 lb/hr

b. Temperatur (T), °F

- Temperatur Inlet, T1 = 248.5 °F

- Temperatur Outlet, T2 = 183.3 °F

c. Specific Heat (Cp), Btu/lb °F

Dari data design E-3000 Plate Heat Exchanger pada table 3.2. dan

mengacu pada lampiran 2 diperoleh nilai specific heat :

- Specific Heat Inlet Lean Amine pada temperatur 248.5 °F = 0.931

Btu/lb °F

- Specific Heat Outlet Lean Amine pada temperatur 183.3 °F = 0.912

Btu/lb °F

d. Viscositas (µh), lb/ft hr

- Viscositas inlet Lean Amine :

NIM 0703028 35

Dari table 3.2. dan mengacu pada lampiran 1 didapat nilai viscositas

inlet Lean Amine pada konsentrasi 30% wt pada temperatur 248.5 °F =

0.388 cP

- Viscositas outlet Lean Amine :

Dari table 3.2. dan mengacu pada lampiran 1 didapat nilai viscositas

outlet Lean Amine pada konsentrasi 30% wt pada temperatur 183.3 °F

= 0.687 cP

e. Densitas (ρ), lb/ft3

Densitas Inlet Lean Amine = 60.4 lb/ft3.

Densitas Outlet Lean Amine = 62.2 lb/ft3.

f. Specific Gravity (s)

Specific Gravity Lean Rich Amine Exchanger :

s=ρLean Amine

ρWater

=60.4 lb / ft3

62.4 lb / ft3 =0.9679

3.3.2. Fluida Dingin pada Shell Side (Rich Amine)

Pada shell side dialiri oleh fluida dingin yang berupa Rich Amine, yang

akan dipanaskan. Adapun data-data Rich Amine yang dibutuhkan dalam

perhitungan design Lean-Rich Amine Exchanger adalah sebagai berikut :

a. Flow Rate (Wc), lb/hr

Wc = 533,794 lb/hr

b. Temperatur (t), °F

- Temperatur Inlet, t1 = 151.7 °F

- Temperatur Outlet, t2 = 210 °F

c. Specific Heat (Cp), Btu/lb °F

Dari tabel 3.2. dan mengacu pada lampiran 2 diperoleh nilai :

- Specific Heat Rich Amine pada temperatur 151.7 °F = 0.928 Btu/lb °F

- Specific Heat Rich Amine pada temperatur 210 °F = 0.941 Btu/lb °F

d. Viscositas (µc), lb/ft H

Dari table 3.2. dan mengacu pada lampiran 1 diperoleh nilai :

NIM 0703028 36

- Viscositas Rich Amine pada temperatur 151.7 °F = 0.863 cP

- Viscositas Rich Amine pada temperatur 210 °F = 0.483 cP

e. Densitas (ρ), lb/ft3

- Densitas Inlet Rich Amine = 65.5 lb/ft3.

- Densitas Outlet Rich Amine = 63.7 lb/ft3.

f. Specific Gravity (s)

Specific Gravity Lean Rich Amine Exchanger :

s=ρRich Amine

ρWater

=65.5 lb / ft3

62.4 lb / ft3 =1.0497

Tabel 3.3. Data Fluida

Content Lean Amine Rich AmineoAPI 15.8344 19.6106Mass flow (lb/hr) total 505,525 533,794Mass flow (lb/hr) liquid in 505,525 533,794Mass flow (lb/hr) liquid out 505,525 531,271.395Mass flow (lb/hr) vapor in - 0Mass flow (lb/hr) vapor out - 2,522.60526

T in (oF) 248.5 151.7

T out (oF) 183.3 210Densitas (lb/ft3) 60.4 65.5µ (cP) in 0.388 0.863µ (cP) out 0.687 0.483

Cp (Btu/lb oF) Inlet 0.931 0.928

Cp (Btu/lb oF) Outlet 0.912 0.941Spec. Gravity 0.9679 1.0497dT 65.2 58.3Enthalpy @ T in (Btu/lb) - 771.2Enthalpy @ T out (Btu/lb) - 716.1k 0.28 0.254

NIM 0703028 37

3.4. Perhitungan Design Lean-Rich Amine Exchanger

Perhitungan design Lean-Rich Amine Exchanger ini dilakukan

berdasarkan Metode Trial Error dari literature dan data-data penunjang yang ada.

Sehingga diharapkan hasil yang didapatkan ini dapat mencapai titik optimal.

Selain itu didalam pemilihan material, baik untuk tube maupun shell

mengacu pada ketersediaan material tersebut dipasaran, dan juga sesuai dengan

data yang ada pada literature yang digunakan. Adapun perhitungan design Lean-

Rich Amine Exchanger adalah sebagai berikut.

3.4.1. Heat Balance

Pada setiap alat pertukaran panas (Heat Exchanger), diharapkan tidak

terjadi heat loss. Sehingga bila dituliskan kedalam suatu persamaan, maka :

QHot Fluid = QCold Fluid

Qsensibel = W × Cp × ∆T

Qlaten = W × enthalpy

Dimana :

QHot Fluid = Panas yang dilepaskan oleh fluida

QCold Fluid = Panas yang diserap oleh fluida

Qsensibel = Panas yang digunakan untuk merubah temperatur suatu fluida

Qlaten = Panas yang digunakan untuk merubah fase suatu fluida

a. Hot Side (Lean Amine)

Pada hot side, panas yang dilepas adalah panas sensible. Sehingga nilai

panas yang dilepas oleh Lean Amine adalah sebagai berikut :

Diketahui : Wh = 505,525 lb/hr

Cp = 0.931 Btu/lb oF

T1 = 248.5 oF

T2 = 183.3 oF

Maka didapatkan :

NIM 0703028 38

Qh = Wh × Cp × (T1-T2)

= 505,525 lb/hr × 0.931 Btu/lb oF × (248.5-183.3) oF

= 30,685,974.13 Btu/hr

Jadi, panas yang dilepaskan oleh Lean Amine untuk menurunkan

temperatur dari 248.5 oF menjadi 183.3 oF adalah sebesar 30,685,974.13 Btu/hr.

b. Cold Side (Rich Amine)

Pada cold side terdapat 2 jenis panas, yaitu panas sensible dan panas laten.

Karena, setelah melalui Lean-Rich Amine Exchanger ini diharapkan 2,382 lb/hr

CO2 yang terkandung pada Rich Amine akan menguap.

Diketahui : Wc = 533,794 lb/hr

Cp = 0.928 Btu/lb oF

t1 = 151.7 oF

t2 = 210 oF

Enthalpy = 716.1 Btu/lb (Rich Amine @ 210 °F

Maka didapatkan panas yang diserap untuk menaikan temperatur dari 151.7 oF

menjadi 210 oF sebagai berikut :

Qsensibel = Wc × Cp × (t2-t1)

= 533.794 lb/hr × 0.928 Btu/lb °F × (210-151.7) °F

= 28,879,536.51 Btu/hr

Sedangkan panas laten pada Lean-Rich Amine Exchanger adalah sebagai

berikut :

Qlaten = Qtotal - Qsensibel

= 30,685,974.13 Btu/hr - 28,879,536.51 Btu/hr

= 1,806,437.62 Btu/hr

Dari nilai panas laten ini, maka dapat diketahui massa vapor yang terbentuk

seperti pada perhitungan dibawah ini :

Qlaten = Wvapor × Enthalpi

1,806,437.62 Btu/hr = Wvapor × 716.1 Btu/lb

Wvapor = 1,806,437.62 Btu/hr / 716.1 Btu/lb

= 2,522.61 lb

NIM 0703028 39

Jadi, panas total yang diserap pada cold side adalah sebagai berikut :

Qc = Qsensibel + Qlaten

= 28,879,536.51 Btu/hr + 1,806,437.62 Btu/hr

= 30,685,974.13 Btu/hr

3.4.2. True Temperature Difference (ΔTm)

Lean-Rich Amine Exchanger secara garis besar bertugas untuk

memanaskan Rich Amine dan mendinginkan Lean Amine sebagai berikut :

Tabel 3.4. Temperatur Fluida

TemperaturLean Amine (Tube Side),

°FRich Amine (Shell Side), °F

Inlet (T1) 248.5 151.7

Outlet (T2) 183.3 210.0

T1 T2120

140

160

180

200

220

240

Grafik 3.1. Perbedaan Temperatur

Lean Amine

Rich Amine

Tem

per

atu

r °F

a. Log Mean Temperature Difference (LMTD)

LMTD=(T 1−t 2 )−(T2−t1)

¿(T1−t2)(T2−t1)

¿(248.5° F – 210° F ) – (183.3° F – 151.7 ° F )

¿(248.5 ° F−210 ° F)

(183.3 ° F−151.7 ° F)¿34.9365 ° F

NIM 0703028 40

NIM 0703028 41

b. Temperature Difference Factor (Factor Perbedaan Suhu), FT

R=(T 1−T 2 )(t 2−t 1 )

=(248.5 ° F−183.3° F )

(210 ° F−151.7 ° F )=1.1184° F

S=(t 2−t 1)(T1−t1)

=(210° F−151.7 ° F )

(248.5° F−151.7 ° F )=0.6023° F

Didapatkan harga R = 1.1184 dan harga S = 0,6023 maka :

- Dari fig. 18 tidak ditemukan nilai FT.

- Dari fig. 19 (lampiran 4) diperoleh harga FT = 0.8426.

Karena FT = 0.8426 > 0.8 maka didapatkan jenis Lean-Rich Amine

Exchanger yaitu dengan 2 pass pada shell dan 4 pass atau lebih pada tube. Jadi

nilai true temperature difference adalah :

Gambar 3.1. HE 2-4 pass.

Jadi, nilai ΔTm adalah :

ΔTm = LMTD × FT

∆Tm = 34.9365 °F × 0.8426 = 29.4389 °F

3.4.3. Temperatur kalorik fluida panas (Th) dan fluida dingin (tc)

Adapun langkah-langkah untuk menentukan temperatur kalorik fluida

adalah sebagai berikut :

Menentukan nilai ∆tc/∆Th.

Nilai ∆tc/∆Th dapat dicari menggunakan persamaan dibawah ini

∆ tc

∆ T h

=( t2−t1 )

(T1−T 2)=

(210° F−151.7 ° F )(248.5° F−183.3 ° F)

=0.8942

NIM 0703028 42

Menentukan nilai Fc.

Dari lampiran 5 pada °API = 15.8344, diperoleh harga Kc = 0.5118. Setelah

didapatkan nilai Kc, maka didapatkan juga nilai Fc = 0.4543

Setelah itu barulah dapat ditemukan nilai temperatur kalorik masing-masing

fluida, seperti dibawah ini :

- Temperature kalorik fluida panas (Th)

T h=T 2+FC (T1−T2 ) ° F

¿183.3 ° F+0.4543 (248.5−183.3 )° F

¿212.9204 ° F

- Temperature kalorik fluida dingin (tc)

t c=t1+FC ( t2−t 1 ) ° F

¿151.7 ° F+0.4543 (210−151.7 ) ° F

¿178.1857 ° F

Tabel 3.5. Hasil Perhitungan Temperatur Kalorik Lean-Rich Amine

Exchanger

Calorific Temperature∆tc/∆th 0.8942Kc (Lampiran 5) 0.5118Fc (Lampiran 5) 0.4543Th (oF) 212.9204tc (oF) 178.1857

3.4.4. Total Area (A)

Untuk mengetahui nilai A, maka di asumsikan nilai UD dari lampiran 11

adalah 150 Btu/hr ft2 °F. Karena pada data tube layout yang digunakan tidak ada

data tentang jumlah tube pada shell dengan diameter inside yang melebihi 39 in

(lampiran 7). maka Lean-Rich Amine ini akan diubah menjadi 2 buah HE 1-2

yang disusun seri (E-3000 A/B). Sehingga nilai A adalah :

UD = 150 Btu/hr ft2 °F (asumsi dari lampiran 11)

NIM 0703028 43

Gambar 3.2. HE 1-2 yang Disusun Seri

A= QU D × ∆ Tm

¿ 30,685,974.13 Btu / H

150 Btu /H ft2℉ ×29.4389℉

¿6,949.0759 ft 2

Karena nilai A terlalu besar dikhawatirkan ukuran HE menjadi besar, maka :

A2

=6,949.0759 ft2

2=3,474.5380 ft2

Jadi, total area perpindahan panas yang dibutuhkan (menggunakan asumsi UD)

untuk 1 buah HE 1-2 pass = 3,474.5380 ft2.

3.4.5. Tube Side

a. Jumlah Tube

Setelah melakukan beberapa kali trial error, maka dari lampiran 6

didapatkan dimensi HE yang paling optimal, yaitu sebagai berikut :

Tabel 3.6. Data Tube

Content CountOD tube, inBWGPanjang tube (L), ftSurface per lin (a”) ft2/lin ftFlow area per tube (at”), in2

ID tube, inPitch (Triangular), in

3/41320

0.19030.24700.56015/16

NIM 0703028 44

Maka jumlah tube yang akan digunakan adalah :

NT=A

(L−0.5 ) ×a ¿

¿ 3,474.5380 ft2

(20 ft−0.5 )× 0.1903 ft 2/ lin ft

¿936.3186=936

Nilai jumlah tube yang dibutuhkan sejumlah 936, dari lampiran 7 diambil jumlah

tube yang paling mendekati, jadi jumlah tube yang digunakan adalah :

NT = 938

Jumlah pass tube (n) = 2

Gambar 3.3. Jumlah Tube

Tabel 3.7. Hasil Perhitungan Heating Surface Berdasrkan UD Asumsi

Overall Desaign Coefisient AsumsiUD (Btu/hr ft2 oF) 150Heating Surface (A) ft2 3474.537972Jumlah Tube (yang dibutuhkan) 936.3186256

b. Flow area tube (at)

Flow area pada tube, dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai

berikut :

a t=N t× at } over {144 n ¿

NIM 0703028 45

¿ 938 ×0.2470¿2

144 ×2

¿0.8045 ft2

Jadi, didapatkan nilai flow area tube untuk sebuah buah HE 1-2 adalah sebesar

0.8045 ft2.

c. Linear Velocity (Vt)

Linear velocity atau kecepatan aliran perdetik pada tube side didapatkan

dari persamaan dibawah ini :

V t=W t

ρ at

¿ 505.525lb /hr

60.4 lb / ft3 ×3600 ×0.8045 ft2=2.8900 ft / s

d. Mass Velocity (Gt)

Mass Velocity didapatkan dari persamaan :

Gt=W t

at

¿ 505,525lb /hr

0.8045 ft2=628,398.7811 lb /hr ft2

Dari persamaan diatas didapatkan nilai Gt = 628,398.7811 lb/hr ft2. Setelah

itu dapat dilanjutkan ke langkah selanjutnya yaitu menghitung nilai Reynold

number fluida pada tube side (Ret).

e. Reynold Number (Ret)

Untuk menghitung Re pada tube, terlebih dahulu dicari viscositas pada

temperature Th = 212.9204 °F. Dari table 3.3. telah didapatkan nilai viscositas

Lean Amine pada temperatur 183.3 °F = 0.687 cP dan pada temperatur 248.5 °F =

0.388 cP. Maka dapat diketahui nilai viscositas Lean Amine pada Th dengan cara

melakukan interpolasi seperti dibawah ini :

NIM 0703028 46

μ@Th=

(0.388−0.687 )cP × (212.9204−183.3 )℉(248.5−183.3 )℉

+0.687 cP=0.5512 cP

ID = 0.56 in = 0.0467 ft

Jadi, dapat dihitung nilai Re dengan menggunakan persamaan berikut :

ℜt=Di×Gt

μ

¿ 0.0467 ft ×628,398.7811 lb /hr ft2

(0.5512cP × 2.42 )lb / ft hr=53,202.6060

f. Koefisien Perpindahan Panas

Untuk menghitung koefisien perpindahan panas dilakukan dengan

beberapa langkah seperti dibawah ini :

- Mencari Faktor Perpindahan Panas (JH)

Dengan nilai L/Di = 428.5714, diperoleh nilai JH dari lampiran 10 adalah 150

- Menghitung nilai ( Cp× μk )

1 /3

Dari data sebelumnya didapatkan nilai Cp Lean Amine pada temperatur 183.3 °F

= 0.912 Btu/lb °F, dan Cp Lean Amine pada temperatur 248.5 °F = 0.931 Btu/lb

°F. Maka dapat diketahui nilai Cp Lean Amine pada th (212.9204 °F) dengan cara

interpolasi seperti dibawah ini :

Cp@Th=

(0.931−0.912 ) Btu /lb℉× (212.9204−183.3 )℉(248.5−183.3 )℉

+0.912 Btu/ lb℉

¿0.9206 Btu/ lb℉

Dan nilai k = 0.280 Btu/hr ft °F (dari table 3.1.) Maka :

(Cp× μk )

1 /3

=( 0.9206 Btu / lb℉ × (0.5512 cP ×2.42 ) lb / ft hr0.280 Btu /hr ft℉ )

1/3

=1.6361

- Koefisien Perpindahan Panas Inside Tube (hi)

hi

Φt

=JH ( kDi )(Cp × μ

k )13

NIM 0703028 47

¿150 ×( 0.280 Btu /hr ft℉0.0467 ft )× 1.6361=1,472.4515 Btu/hr ft 2℉

- Koefisien Perpindahan Panas Outside Tube (hio)

hioΦt

=hiΦt

×DiDo

=1,472.4515 Btu/hr ft2 ×℉ 0.56 in0.75 in

=1,099.4305 Btu/hr ft2 ℉

Dimana :

hio = Koefisien heat transfer outside tube, Btu/ H ft2 °F

Di = Inside diameter tube, in

Do = Outside diameter tube, in

Selanjutnya untuk menentukan koefisien perpindahan panas pada tube

side, harus diketahui dulu nilai temperatur wall. Dimana untuk mendapatkan nilai

temperatur wall, perhitungan harus dilanjutkan terlebih dahulu dengan

menghitung keadaan pada shell side.

Tabel 3.8. Hasil Perhitungan Tube Side Lean-Rich Amine Exchanger

Tube Sideat (flow area) ft2 0.80447Linier velocity (ft/sec) 2.88999Mass Velocity ( lb/H ft2) 628398.78111Reynold Number 53202.60604Di (ft) 0.04667L/Di 428.57143(Cp µ /k)1/3 1.63606hi/Φt 1472.45151hio/Φt 1099.43046Di (in) 0.56000Do (in) 0.75000Φt 0.98476Hio 1082.67636

3.4.6. Shell Side

a. Flow Area Shell

NIM 0703028 48

Dari lampiran 6 dan 7, didapatkan :

Tabel 3.9. Data Shell

Content Count (inchi)

IDS/Inside diameter shell

C/baffle cuts/clearance

PT/Tube pitch

B/Jarak antar baffle

33

0.25

0.9375

24.75

Maka nilai flow area pada shell side adalah :

as=IDs xC x B

144 x PT

¿ 33inchi x 0.25 inch x24.75 inch

144 ft2 x0.9375 inch=1.5125 ft2

b. Mass Velocity (Gs)

Gs=W s

as

¿ 533,794 lb /hr

1.5125 ft2=352,921.65 lb /hr ft2

Dimana :

Gs = Kecepatan aliran masa, (lb/jam ft2)

Ws = Kecepatan masa pada shell side, (lb/jam)

as = Luas penampang shell side, (ft2)

144 = Konversi dari in2 ke ft2

NIM 0703028 49

c. Reynold Number (Res)

Dari table 3.3. didapatkan nilai viscositas Rich Amine pada temperatur

151.7 °F = 0.863 cP sedangkan pada temperatur 210 °F viscositas Rich Amine =

0.483. Jadi, untuk nilai viscositas Rich Amine pada tc = 178.1857 °F dapat dicari

dengan melakukan interpolasi sebagai berikut :

µ@tc=

(0.483−0.863 ) cP × (178.1857−151.7 )℉(210−151.7 )℉

+0.863 cP

¿0.6904 cP

Dari lampiran 9 didapat De untuk tube dengan OD = 0.75 in, PT = 0.9375 adalah

0.55 in

De = 0.55 in = 0.0458 ft

ℜs=De× Gs

μ

¿ 0.0458 ft ×352,921.65 lb /hr ft2

(0.6904 cP ×2.42 )lb / ft hr=9,681.5212

d. Koefisien Perpindahan Panas (ho)

Adapun langkah-langkah untuk menentukan koefisien perpindahan panas

pada shell side adalah sebagai berikut :

- Mencari Parameter Perpindahan Panas (JH)

Diperoleh nilai JH dari lampiran 10 = 55

- Menghitung ( Cp× μk )

1 /3

Dari table 3.3. diketahui nilai Cp (specific heat) Rich Amine pada

temperatur 151.7 °F = 0.928 Btu/lb °F hr dan Cp Rich Amine pada temperatur

210 °F = 0.941 Btu/lb °F hr. Maka Cp Rich Amine pada temperatur tc = 178.1857

°F dapat diketahui dengan melakukan interpolasi seperti dibawah ini :

Cp@tc=(0.941−0.928 ) Btu / lb℉ × (178.1857−151.7 )℉

(210−151.7 )℉+0.928 Btu/ lb℉

¿0.9339 Btu/ lb℉

NIM 0703028 50

(Cp× μk )

1 /3

=( 0.9339 Btu / lb℉× (0.6904 cP× 2.42 )lb / ft H0.254 lb / ft hr )

1/3

¿1.8303

Jadi, koefisien perpindahan panas pada shell side adalah :

ho

Φs

=JH ( kDe )(Cp × μ

k )13

¿55 ×( 0.254 Btu /hr ft2℉0.0458 ft )×1.8303

¿557.8873 Btu /hr ft2℉

Tabel 3.10. Hasil Perhitungan Shell Side Lean-Rich Amine Exchanger

Shell Side

Flow area, as (ft2) 1.5125

linier Velocity 1.4967

Mass Velosity (lb/H ft2) 352921.6529

Reynolt Number 9681.5212

De (ft)= 0.55 (fig. 28) 0.0458(Cp µ /k)1/3 1.8303ho/Φs 557.8873Φs 1.0311Correted coeficient (ho) 575.2299

3.4.7. Temperatur Wall (TW)

Adapun cara menentukan temperatur wall adalah sebagai berikut :

T W=t c+hio /Φt

hio /Φt+ho /Φs(T h−tc ) ° F

¿178.1857℉+( 1,099.43051,099.4305+557.8873 )× (212.9204−178.1857 )℉

¿198.9849℉

Dari table 3.3. dapat diketahui nilai viscositas Lean Amine pada temperatur

wall 198.9849 °F dengan melakukan interpolasi seperti dibawah ini :

µwLean Amine=(0.388−0.687 ) cP × (198.9849−183.3 )℉

(248.5−183.3 )℉+0.687 cP

NIM 0703028 51

¿0.6151 cP

Jadi, nilai dari Φt dapat dicari melalui persamaan berikut :

ɸΦt=( μμw )

0.14

¿( 0.55120.6151 )

0.14

¿0.9848

Setelah temperatur wall diketahui, maka dapat diketahui nilai hio atau

koefisien perpindahan panas pada tube side dengan menggunakan perhitungan

sebagai berikut :

hio= hioɸΦt

× ɸΦt

¿1,099.4305 Btu /hr ft2℉× 0.9848

¿1,082.6764 Btu/hr ft2℉

Dari table 3.3. dapat diketahui viscositas Rich Amine pada tw = 198.9849 °F

dengan melakukan interpolasi seperti dibawah ini :

µwRich Amine=(0.483−0.863 ) cP × (198.9849−151.7 )℉

(210−151.7 )℉+0.863 cP

¿0.5548cP

Dari nilai viscositas diatas didapatkan :

ɸΦs=( μμw )

0.14

¿( 0.69040.5548 )

0.14

¿1.0311

NIM 0703028 52

Keterangan :

Φs = Viscositas rasio zat alir didalam shell

µ = Viscositas fluida didalam tube pada temperatur Tc, (cP)

µw = Viscositas fluida didalam tube pada suhu dinding tube, (cP)

Jadi, nilai koefisien perpindahan panas pada shell adalah :

ho= hoɸΦs

× Φs

¿557.8873 Btu /hr ft2℉× 1.0311

¿575.2299 Btu /hr ft2℉

3.4.8. Clean Overall Coefficient Heat Transfer (UC)

UC menunjukan nilai koefisien perpindahan panas tiap satuan luas dan tiap

°F pada setiap jam pada saat HE masih bersih. Dimana nilai UC adalah sebagai

berikut :

U c=hio ×hohio+ho

¿ 1,082.6764 Btu /hr ft2℉× 575.2299 Btu /hr ft2℉1,082.6764 Btu /hr ft2℉+575.2299 Btu/hr ft2℉

¿375.6472 Btu /hr ft2℉

Keterangan :

ho = Koefisien transfer panas bagian luar tube (dlm shell), (Btu/jam ft2 °F/ft)

hio = Koefisien transfer panas bagian dalam tube (dlm shell), (Btu/jam ft2 °F/ft)

3.4.9. Dirty Overall Coefficient Heat Transfer (UD)

UD menunjukan nilai koefisien perpindahan panas suatu HE saat kondisi HE

kotor. Dimana nilai UD ini dipengaruhi oleh dirt factor atau fouiling resisitance

suatu fluida. Dari lampiran 12 didapatkan nilai dirt factor untuk Lean-Rich Amine

adalah :

NIM 0703028 53

Rdi = 0.002 hr ft2 °F/Btu

Rdo = 0.002 hr ft2 °F/Btu

Maka nilai UD adalah :

1UD

= 1UC

+Rdi+Rdo= 1

375.6472 Btu/hr ft 2℉+0.002+0.002

U D=150.1034 Btu /hr ft2℉

Dimana :

Rdi = Dirt factor / Fouling resistence untuk fluida pada inside diameter tube, hr

ft2 °F/Btu

Rdo = Dirt factor / Fouling resistence untuk fluida pada outside diameter tube, hr

ft2 °F/Btu

Uc = Koefisien clean overall, Btu/hr ft2 °F

3.4.10. Ketahanan Terhadap Kotoran (Rd)

Nilai Rd, merupakan acuan yang sangat akurat untuk menentukan suatu HE

sudah perlu untuk dilakukan cleaning atau tidak. Karena nilai Rd ini berdasarkan

jenis dan kondisi fluida yang mengaliri HE tersebut. Untuk menghitung Rd

digunakan persamaan seperti dibawah ini :

Rd=UC−U D

UC× U D

¿ 375.6472 Btu /hr ft2℉−150.1034 Btu/hr ft2℉375.6472 Btu/hr ft2℉ ×150.1034 Btu /hr ft2℉

¿0.004 hr ft2℉ /Btu

3.4.11. Surface Area (A)

Luas area perpindahan panas (surface area) yang tersedia pada HE

haruslah lebih besar dari pada luas area yang dibutuhkan. Hal ini dilakukan agar

pada saat HE telah mencapai nilai Rd 0.004, perpindahan panas yang terjadi tertap

dapat memenuhi tugasnya. Sehingga tidak mengganggu jalannya proses secara

keseluruhan, namun pada saat Rd telah mencapai 0.004 maka harus segera

dilakukan cleaning.

NIM 0703028 54

- Surface Area yang Dibutuhkan

A= QU D × ∆ Tm

¿ 30,685,974.13 Btu /hr

150.1034 Btu /hr ft2℉× 29.4389℉

¿6,944.2871 ft2

Karena Lean-Rich Amine Exchanger ini merupakan 2 buah HE 1-2 yang disusun

seri, maka luas area yang dibutuhkan adalah :

A = 6,944.2871 ft2/2

= 3,472.1436 ft2

- Surface Area yang Tersedia

AAviable=NT × L ×a

¿938 ×20 ft ×0.1903 ft /lin ft2

¿3,480.7773 ft 2

Keterangan :

NT = Jumlah Tube

L = Panjang Tube

a" = Surface per lin

Jadi, A yang tersedia jika dibandingkan dengan A yang dibutuhkan =

3,480.7773 ft2/3,472.1436 ft2 × 100% = 100.2487 % (lebih besar 100% maka

dinyatakan allowable).

Tabel 3.11. Hasil Hitungan Heat Transfered

Heat Transfered

Clean Overall Coeficient Heat Transfer (Uc) 375.6471766

Desain/Dirty Overall Coefisient Heat Transfer (UD) 150.1034411

Rdi 0.002

Rdo 0.002

RD 0.004Surface Area Yang Dibutuhkan,A (ft2) 3472.143555Surface Area Yang Tersedia 3480.7773% A 100.2487 (OK > 100%)

3.4.12. Menghitung Pressure Drop (ΔP)

NIM 0703028 55

Menghitung Number of courses (N+1)

N+1 = 12 L/B= 12 × 20/24.75= 9.6970 = 10

N = 9

Dimana :

N = Jumlah baffle

L = Panjang tube, ft

B = Jarak baffle, in

Pressure Drop Shell side (ΔPs)

Jadi, nilai pressure drop pada Lean-Rich Amine Exchanger ini dapat

dihitung menggunakan persamaan seperti dibawah ini :

ΔPs=f × GS2 × DS × {(N+1)×2 }5,22 x 1010× De × s× ɸs

¿0.0021× (352,921.65 lb /hr ft2 )2× 2.750 ft × (10 × 2 )

5,22 x1010×0.0458 ft ×1.0497 ×1.0311

¿5.3873 psi

Kondisi operasi pada CO2 Removal Plant menyatakan nilai Pressure Drop

yang diijinkan pada shell side tidak boleh lebih dari 7 psi. Maka nilai Pressure

Drop dari hasil perhitungan diatas memenuhi ketentuan.

Tabel 3.12. Hasil Perhitungan Shell Side’s Pressure Drop

Shell Side Pressure DropF 0.0021(N+1) = 10 9.6970N 9Ds (ft) 2.7500∆Ps (Psi) 5.3873

NIM 0703028 56

Pressure Drop Tube Side (ΔPT)

Adapun nilai pressure drop pada tube side dapat diketahui dengan cara :

- Menghitung ΔPt

ΔPt=f × Gt2 × L × (n ×2 )

5,22 ×1010× Di× s ×Φt

¿0.00017 × (628,398.7811 lb /hr ft2)2

×20 ft ×2 ×2

5,22 x 1010× 0.0467 ft ×0.9679 × 0.9848=0.1927 psi

- Menghitung Return Loss (ΔPr)

∆ Pr=2× ( 4 n )

s×

V 22g '

¿ 2× 4 × 20.9679

× (0.058 )=0.9587 psi

Dimana dari lampiran 15 didapatkan nilai V 2

2g ' = 0.058

- ∆ P Tube Total

∆ PT = ∆Pt + ∆Pr = (0.1927 +0.9587) psi = 1.1515 psi

Kondisi operasi pada CO2 Removal Plant menyatakan nilai Pressure Drop

yang diijinkan pada tube side tidak boleh lebih dari 5 psi. Maka nilai Pressure

Drop dari hasil perhitungan diatas memenuhi ketentuan.

Tabel 3.13. Hasil Perhitungan Tube Side’s Pressure Drop

Tube Pressure Dropf (ft2/in2) 0.0002∆Pt (Psi) 0.1927V2/2g' 0.0580∆Pr (Psi) 0.9587∆P tube (psi) 1.1515

NIM 0703028 57

3.5. Lean-Rich Amine Exchanger Data Sheet

Tabel 3.14. Data Sheet Lean-Rich Amine Exchanger E-3000 A/B

Data SheetTag No. : E-3000 A/BNo. of Exchanger : 2 (connection in series)

Performance of Unit

ContentHot Side (Tube) Cold Side (Shell)IN OUT IN OUT

Fluid Name Lean Amine Rich AmineFluid Quantity, Total (lb/hr) 505,525.00 533,794.00Vapor (lb/hr) - - 0 2,522.61Liquid (lb/hr) 505,525 505,525 533,794 531,271.4Liquid Evaporated (lb/hr) - 2,522.61Vapor Condesed (lb/hr) - -Noncondesable (lb/hr) - -Temperature (°F) 248.5 183.3 151.7 210Density, Vapor (lb/ft3) - - - 0.368Density, Liquid (lb/ft3) 60.4 62.2 65.5 63.7Viscosity, Vapor (cP) - - - 0.017Viscosity, Liquid (cP) 0.388 0.687 0.863 0.483Molecular Weight, Vapor - - - 38.376Molecular Weight, Liquid 24.0 24.0 24.6 24.6Spec. Heat, Vapor (Btu/lb °F) - - - 0.248Spec. Heat, Liquid (Btu/lb °F) 0.931 0.912 0.928 0.941Thermal Cond, Vapor (Btu/hr ft °F) - - - 0.013Thermal Cond, Liquid (Btu/hr ft °F) 0.28 0.275 0.254 0.259Latent Heat (Btu/lb) - - 771.2 716.1Inlet Pressure (psig) 12.25 60.3Velocity (ft/sec) 2.8900 1.4967Pressure Drop, Allow/Calc (psi) 5.00 / 1.1515 7.00 / 5.3873Fouling Factor (hr ft2 °F/Btu) 0.002 0.002Design/Test Pressure (psig) 175 / 225 175 / 225Design Temperature (°F) 300 300Heat Exchanged (Btu/hr) 30,685,974.13 30,685,974.13LMTD (°F) 34.9365Transfer Rate, Serv/Clean/Dirt (Btu/hr ft2 °F) 829 / 906.027 / 322.181Resistance of Dirty (hr ft2 °F/Btu) 0.004

Construction Pitch, Triangular (in) 0.9375 -OD (in) 0.75 -BWG 13 -Length (ft) 20 -No. of Pass 2 1Baffle Space (in) - 24.75Baffle cut (in) - 0.25ID (in) 0.56 33No. of Tube 938 -at" (in) 0.247 -Surface per lin ft/ft2 0.1903 -No. of Baffle 9

NIM 0703028 58

Dari perhitungan design Lean-Rich Amine Exchanger pada pembahasan

sebelumnya didapatkan hasil design seperti yang tertera pada table 3.14. seperti

data fluida dan konfigurasi Heat Exchanger. Lean-Rich Amine Exchanger ini

berupa 2 buah HE 1-2 yang disusun secara seri. Dimana seluruh spec yang

digunakan pada konfigurasinya menyesuaikan dengan kebutuhan agar dapat

melakukan tugasnya. Namun design ini juga mengacu pada sisi keekonomisan,

sehingga didapatkan HE dengan dimensi yang tidak terlalu besar namun dapat

menjalankan tugasnya dengan maksimal.

NIM 0703028 59

BAB IV

PENUTUP

4.1. Kesimpulan

Dari perhitungan design Lean-Rich Amine Exchanger yang telah dibahas

pada Bab sebelumnya, maka dapat disimpulkan bahwa :

1. Lean-Rich Amine Exchanger dengan tipe shell and tube Heat Exchanger yang

dapat digunakan untuk keperluan pada CO2 Removal Plant adalah HE 2-4

pass, namun setelah dilakukan perhitungan, maka didapatkan design yang

paling optimal yaitu 2 buah HE 1-2 pass yang disusun seri dengan konfigurasi

seperti pada tabel 3.3.

2. Lean-Rich Amine Exchanger dapat bekerja maksimal pada flowrate fluida

panas (Lean Amine) maksimal sebesar 505,525 lb/hr dan fluida dingin (Rich

Amine) maksimal sebesar 533,794 lb/hr. Dan dapat bertugas sesuai

fungsinya, yaitu sebagai pemanasan awal Rich Amine. Sehingga kandungan

CO2 pada Rich Amine bias distrip secara optimal.

3. Lean-Rich Amine Exchanger dapat bekerja secara maksimal asalkan saat

dilakukan evaluasi nila Rd tidak lebih dari 0.004 hr ft °F/Btu, apabila saat

dilakukan evaluasi didapatkan nilai Rd telah melampaui batasan maka harus

dilakukan pembersihan agar Lean-Rich Amine Exchanger E-3000 A/B dapat

bekerja secara optimal lagi.

4.2. Saran

Pemilihan material untuk Lean-Rich Amine Exchanger ini harus

memperhatikan nilai ekonomis dan kebutuhan pada proses. Sehingga Lean-Rich

Amine Exchanger yang didesign ini dapat memenuhi tugasnya secara optimal

dengan biaya maintanace dan biaya pembuatan yang ekonomis.

NIM 0703028 60