Makalah Reboiler
-
Upload
aulia-rahman -
Category
Documents
-
view
1.130 -
download
120
description
Transcript of Makalah Reboiler
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
1/17
PERPINDAHAN PANAS
REBOILER
KELOMPOK 4
AULIA RAHMAN
ARI RIDHA AMRIL
FADLI RISFIANDI
MUHAMMAD IQBAL
RESTIKA RAHAYU
TRI HADI WASTYA
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S1
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS RIAU
2014
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
2/17
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangReboiler merupakan suatu alat yang digunakan untuk merubah fasa
cair menjadi fasa uap, dimana uap tersebut berfungsi sebagai media untuk
proses pemisahan. Reboiler identik dengan heat Exchanger Shell and
Tube. Reboiler ialah Heat exchanger yang secara tipikal dipasang pada
kolom distilasi. Rebolier menghasilkan uap untuk separasi distilasi
fraksional seperti condenser menghasilkan refluks liquid yang mana
dikembalikan ke kolom distilasi.
Secara umum reboiler merupakan alat penukar panas yang
digunakan untuk menyediakan aliran panas untuk destilasi dan proses-
proses lainnya yang serupa. Reboiler adalah salah satu bagian integral
proses produksi, tetapi bukan merupakan bagian dari system steam, karena
reboiler terletak jauh terpisah dari boiler utama. Konsekuensinya,
umumnya perhatian yang ditujukan pada reboiler lebih kecil dibandingkan
dengan boiler utama hingga sebuah kegagalan terjadi.
Prinsip kerja reboiler pada dasarnya sama dengan heat exchanger
secara umum, namun reboiler sebagai suatu system memerlukan peralatan
tambahan lebih daripada sekedar Heat Exchanger sebagai instrument,
sehingga reboiler tidak dapat berdiri sendiri. Reboiler terdiri atas beberapa
system yang berhubungan, misalnya system heat exchanger dan system
kolom (destilasi, evaporasi, dan yang sejenisnya). Kedua system ituterhubung menjadi sebuah system reboiler dengan adanya pengembalian
fluida (panas) ke dalam kolom dari reboiler
1.2 TujuanTujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut:
1) Mengetahui tipe-tipe reboiler2) Mengetahui sistem kerja reboiler3) Merancang Reboiler
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
3/17
BAB II
REBOILER
2.1 Tipe dan bagian-bagian reboiler
Reboiler adalah salah satu exchanger panas atau satu perlengkapan
destilasi kolom yang memberikan perpindahan panas. Reboiler digunakan untuk
menguapkan cairan yang masuk sehingga uap yang dihasilkan masuk kembali dan
naik ke kolom, dan cairan sisanya akan tertinggal dibagian bawah kolom sebagai
resiud. Tangki reboiler vertical dan horizontal bekerja dengan sirkulasi natural,
dimana aliran yang mengalir ke reboiler disebabkan oleh ketidakseimbangan
tekanan hidrostatik antara cairan didalam tower dan campuran didalam tube
reboiler.
Jenis reboiler:
1. Kettle reboilers2. Thermosyphon reboilers3. Fired reboilers4. Forced sirkulasi reboilers
a) Kettle reboiler
Gambar 1. Kettle Reboiler
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
4/17
Kettle reboilers merupakan alat yang sederhana dan sangat
bermanfaat. Prinsip kerja dari kettle reboiler ini yaitu cairan dari kolom
minum (cairan pada bagian bawah menara) masuk kedalam kettle melalui
shell samping. Didalam kettle terjadi kontak antara cairan tersebut dengan
steam sehingga terjadi pertukaran panas yang menyebabkan cairan
tersebut menguap, kemudian uap akan mengalir melalui tabung dan keluar
sebagai bundle condensate.
b. Thermosyphon Reboiler
Gambar 2. Typical reboiler horizontal thermosyphon
Reboiler jenis ini tidak memerlukan pemompaan dari kolom minum cairan
kedalam reboiler. Sirkulasi alami diperoleh dengan menggunakan kepadatan
perbedaan antara reboiler kolom suak minum cair dan reboiler outlet cair-uap
campuran untuk menyediakan cukup cairan kepala untuk menyampaikan
menara minum ke reboiler. Thermosyphon reboiler lebih kompleks daripada
reboilers ketel dan memerlukan lebih banyak perhatian tanaman dari operator.
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
5/17
c. Fired reboiler
Gambar 3. Recirculating fired heater reboiler
Fired heaters(furnaces) dapar digunakan sebagai penyulingan
reboiler kolom. Pompa diperlukan untuk mengedarkan kolom minum
melalui transfer panas tabung dalam tanur dari bagian konveksi dan panas.
Gambar 3 menggambarkan fired heater yang digunakan dalam konfigurasi
yang menyediakan recirculation pada kolom minum cair. Namun, dengan
beberapa perubahan yang relatif kecil dibagian bawah kolom penyulingan.
Heat sumber untuk fired heater reboiler mungkin salah satu bahan bakar
gas atau bahan bakar minyak. Batu bara akan jarang, jika pernah
digunakan sebagai bahan bakar untuk fired heater reboiler.
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
6/17
d. Forced sirkulasi reboiler
Gambar 4. Typical-uap air panas sirkulasi reboiler untuk penyulingan
Jenis reboiler ini menggunakan pompa berkunjung ke kolom
minum cairan melalui reboilers. Gambar 4 menggambarkan yang khas uap-air
panas terpaksa sirkulasi reboiler.
2.2 Sistem Kerja
Dua fluida mengalir dengan temperatur awal yang berbeda mengalir
sepanjang heat exchangers. Satu aliran mengalir sepanjang tabung sedangkan
arus lain pada bagian luar tabung tetapi masih di dalam shell. Panas ditransfer
dari satu fluida ke fluida lainnya melalui dinding tabung, baik dari sisi tabung
menuju shell atau sebaliknya. Fluida bisa merupakan cairan atau gas pada sisi
shell maupun pada sisi tabung. Dalam tujuan memindahkan panas secara
efisien, suatu area perpindahan kalor yang besar harus digunakan, oleh karena
itu terdapat banyak tabung. Dengan cara ini, panas yang dibuang dapat
disimpan untuk digunakan. Hal ini adalah suatu jalan yang baik untuk
memelihara energi.
Heat exchanger yang berfasa tunggal (cairan atau gas) pada setiap sisi
dapat disebut heat exchanger berfasa satu atau berfasa tunggal. Heat exchanger
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
7/17
berfasa dua dapat digunakan untuk memanaskan cairan dan mendidihkannya
sehingga menjadi gas (uap air), terkadang disebut boiler, atau mendinginkan
uap air untuk dikondensasikan menjadi bentuk cairan (condenser), pada
umumnya perubahan fase yang terjadi berada pada sisi shell. Boiler didalam
mesin uap lokomotif biasanya cukup besar, yang pada umumnya shell and tube
heat exchanger terbentuk silinder. Pada pembangkit tenaga listrik yang besar
dengan steam-driven turbin, shell and tube condenser digunakan untuk
mengkondensasikan uap air yang keluar turbin ke dalam bentuk air yang dapat
didaur ulang kembali menjadi uap air, yang mungkin pada shell and tube tipe
boiler.
2.3 Merancang Reboiler
a) Reboiler distilasi
Nama Alat : Reboiler Distilasi
Fungsi : Menaikkan suhu komponen bottom dikolom destilasi
Data perancangan:
Fluida pemanas yang digunakan adalah steam Fluida yang akan diuapkan adalah light organics (gasoline) Untuk fluida panassteam dan fluida dingin gas dengan rentang UD= 100
200 Btu/hr ft2Fmaka diambil harga UDmaksimum = 200 Btu/hr ft2F (
Kern, 1965).
Alat penukar panas yang digunakan adalah jenisshell and tube exchanger Beban panas (Q) = 22400000Btu/jam
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
8/17
Keterangan
Steam
(Fluida Panas)
L ight organics
(Fluida dingin)
Laju alir (lb/jam)
T masuk (oF)
T keluar (oF)
6500
320
240
300000
200
160
1. t (Perbedaan Temperatur)
fluida panas, F fluida dingin, F Selisih
320 temperatur tinggi 200 120 t2
240 temperatur rendah 160 80 t1
80 Selisih 40 40 t2-t1
(T1-T2) (t2-t1)
12
12
/ln tt
ttLMTD
= F98,652
)80/120ln(
40
R = 240
80
12
21
tt
TT
S = 0,25160320
40
11
12
tT
tt
Ft = 0,945 (fig.18)
Maka t = LMTDx ft = 98,652 x 0,945 = 93,23 F
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
9/17
2. Temperatur kalorik,F280
2240320
2TTa o21
T
F1802
200160
2
tta o21
t
3. Luas Perpindahan Panas (A)a. Asumsi harga UD= 200 Btu/hr ft2.
2
2378,1201
23,39../200
/22400000ft
FxFftjamBtu
jamBtu
txU
QA
D
untuk luas perpindahan panas (A) > 200 ft2, maka digunakan jenis alat
penukar panas jenisshell and tube heat exchanger(Kern, 1965).
Dipilih diameter luar (OD) pipa 1 in :
a = 0.2618 ft2/ft
panjang tube (L) = 16 ft
8072,286
2618.016
378,1201
''Nt
2
2
f tf t
xf t
f t
axL
A
Pada Tabel 9 Kern, 1965 digunakan Nt = 288 dengan pass pada tube = 2 dan
ID = 27 in
b. Koreksi koefisien UD:
FfthrBtu
Fxft
hrBtu
TxA
QU
ftft
ftxftxaxLxNtA
D ..1717,199
23,39374,1206
/22400000
374,12062618.016288''
22
22
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
10/17
Hot Fluid: Shell side,Steam
Steam sebagai fluida pemanas
dialirkan padashell.
Data desain yang digunakan untuk shell
berdasarkan Kern (1965) yaitu:
Keterangan Nilai
ID (in)
Baffle space, B (in)
Pitch (square)
27
5
1,25
4. Flow area (as)
C= PtOD = 0,25 in
21875,0
25,1144
525,027
144
'ft
x
inxxin
Px
BxCxIDa
T
s
(Pers 7.1 Kern, 1965)
5. Kecepatan perpindahan massa (Gs)
22 .34667
1875,0
/6500
fthrlb
ft
jamlb
a
WG
s
s
6. Bilangan Reynold (Res)
Pada Ta = 280 F
De = 0,99 in = 0,0825 ft untuk OD 1 in
dan 1,25 square pitch(Fig. 28, Kern)
Cold Fluid : Tube side, L ight Organic
Data desain yang digunakan untuk
tube sideberdasarkan Kern (1965) yaitu:
Keterangan Nilai
Panjang (ft)
OD (in)
BWG
Pitch
Nt
Passes
16
1
8
1,25
288
2
4. Flow area (at)
2355,02144
355,0.288
.144
'.ft
xn
taNa tt
(Pers 7.48 Kern, 1965)
5. Kecepatan perpindahan massa (Gt)
2
2
)(845070
355,0
/300000
f thrlb
f t
jamlb
a
wG
t
t
(Pers 7.2 Kern, 1965)
6. Bilangan Reynold (Ret)
Pada ta = 180oF
= 0,17 x 2,42 = 0,4114 lb/(ft)(hr)
(fig.14)
D = 0,67 in = 0,0558 ft (tabel.10)
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
11/17
= 0,01818 x 2,42 = 0,0438 lb/ft.hr
65006
)).((0438,0
)).((34667).0825,0(
Re
2
hrf tlb
fthrlbf t
GD aes
8. Kondensasi steam
h0= 1500 Btu/(hr)(ft2)(oF)
Sesuai pernyataan pada Kern di
halaman 164, yang menyatakan bahwa
untuk steam digunakan nilai h0= 1500.
114689
4114,0
8450700558,0
Re2
hrftlb
fthrlbft
GD tet
7. Dari Gambar 24 (Kern, 1965)
diperoleh JH = 270
8. Pada ta = 180 oF, nilai
c = 0,592 Btu/(lb)(F) (fig.4)
k = 0,086 Btu/hr ft2 (F/ft) (fig.1)
36577,1. 3
1
k
c
9.31
...
k
c
D
kj
h
e
H
t
i
4,6311.36577,1.0558,0
0956,0.270 ih
10.
1
67,04,6310 xhi
OD
IDx
hh
t
i
t
io
))()(/(038,423 2 FfthrBtuhio
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
12/17
Berdasarkan nilai hodan hioyang diperoleh dari hasil perhitungan pada shell sidedan tube
side, maka:
11. Clean Overall Coefficient, Uc:
12. Design Overall Coefficient, UD:
(Pers 6.13 Kern, 1965)
PENURUNAN TEKANAN (P)
Fluida Panas
1. Untuk Re = 65006f = 0,0015 ft2/in2(Fig. 29, Kern)
S = 1/(8,645 x 62,5) = 0,00185
2. Number of cross, ftN 4,381 ft2,2527/12De
3.
= 9,77 psi
Fluida Dingin
1.Untuk Re = 114689f = 0,0008 ft2/in2(Fig. 26, Kern)
2. s= 0,753.
= 8,363 psi
g= 0,01 (Gambar 27 Kern)
=n
g= pi
T = t + = 9,5067 psi
P untuk shell dan tube
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
13/17
b) Reboiler distilasi
Data perancangan:
Fluida pemanas yang digunakan adalahsteam Fluida yang akan diuapkan adalah komponen masuk heavy organics Untuk fluida panassteam dan fluida dingin light organic dengan rentang UD=
100200 Btu/hr ft2F maka diambil harga UD= 160 Btu/hr ft2F ( Kern, 1965).
Alat penukar panas yang digunakan adalah jenis double pipe exchangerBeban panas (Q) = 1720000 Btu/jam
Keterangan Steam light organics
Jenis Fluida
Laju alir (lb/jam)
T masuk (oF)
T keluar (oF)
Fluida panas
110
320
240
Fluida dingin
40000
160
200
Anulus : 4 (IPS)
OD : 4,50 in ; ID : 4,026 in
Inner pipe : 3 (IPS)
OD : 3,50 in ; ID : 3,068 in
Surface per lin ft : 0,917 ft2/ft
1. LMTD (Log Mean Temperature Difference)
fluida panas, F fluida dingin, F selisih
320 temperatur tinggi 200 120 t2
240 temperatur rendah 160 80 t1
40 t2-t1
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
14/17
12
12
/ln tt
ttLMTD
)80/120ln(
40
= 98,65F
2. Temperatur kalorik,F280
2
240320
2
TTa o21
T
F1802
200160
2
tta o21
t
3. Luas Perpindahan Panas (A)a. Asumsi harga UD= 100 Btu/hr ft2.
2
2109
65,89../160
/1720000ft
FxFftjamBtu
jamBtu
txU
QA
D
untuk luas perpindahan panas (A) < 200 ft2, maka digunakan jenis alat penukar panas
jenisdouble tube heat exchanger(Kern, 1965).
Inner pipe :light organics
4. D = 3,08/12 =0,2557 ftFlow area, ap=
= 0,0517 ft2
5. Mass velocityGp=
= l
jam
ft
= 773484 lb/jam.ft2
6. Pada tc= 180 0F = .6cp x 2,42 = 1,6214
De = 0,99/12 = 0,0825 ft
Rep =
= 39356
Anulus :Steam
. Flow aea
D2= 4,026/12 = 0,3355 ft
D1= 3,5/12 = 0,2917 ft
aa= (- )= 0,02158 ft2
De=
(pers. 6.3, Kern)
= 0,09425 ft
. Ma elocity
Ga=
=
= 5097,3 lb/jam.ft
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
15/17
7. jH = 1158. pada tc=180
c = 0,592 Btu/lb.F
k = 0,0956 Btu/jam.ft2(F/ft)
( )= 2,157
9. hi = jH x x ( )= 287,488 Btu/ft2.jam.F
10. hi0= hi x = 253
11. clean overall coefficient, UC:UC=
= 241,25 Btu/jam.ft2.F
6. ada Tc 280F
= .88 x 2,42 = 0,0438 lb/ft.jam
Rea=
= 10920
9 ho = Btu/ft
2
.jam.F
12. Requi red length= (digunakan 3 buah 20 ft hairpins)13. Surface supl ied= 120 ft x 0,917 ft = 110,04 ft2
UD aktual = 158,44 Btu/jam.ft2.F
14.Rd= (pers.6.13, Kern)
Pressure drop
Inner pipe
1. Rep= 39356f = 0,0035 +
(pers. 3.47b, Kern)
= 0,0066
s = 0.75
= 46,875 lb/ft3 (tabel 6, Kern)
2. Fp= = 12,5 ft
Anulus
. De = D2D1(pers. 6.4, Kern)
= 0,04383 ft
Rea=
= 10920
f = 0,0035 +
(pers. 3,47b)
= 0,0088
s = 0,001851
D=
t tjam 986
Btu
Ffthr
x
2
0021,004,11025,241
04,11025,241
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
16/17
Pp= 12,5 x 46,875 /144 = 4,06 psi = 0,1156 lb/ft
. Fa=
= 224 ft
3. V=
= 12,24 fps
Ft= 3()= 6,98 ft
Pa=
= 0,185 psi
P untuk double pipe
-
5/25/2018 Makalah Reboiler
17/17
BAB III
KESIMPULAN
1. Reboiler adalah suatu alat yang digunakan untuk mengubah fasa cair menjadi fasa uapdimana uap tersebut berfungsi sebagai media untuk proses pemisahan. Reboiler ialah
heat exchanger yang secara tipikal dipasang pada kolom destilasi. Reboiler
menghasilkan uap untuk separasi distilasi fraksional seperti condenser menghasilkan
refluks liquid yang mana dikembalikan kekolom.
2. Secara umum jenis reboiler yaitu kettle reboiler, thermosyphon reboiler, fired reboilerdan forced sirkulasi reboiler.
3. Reboiler sebagai suatu sistem memerlukan peralatan tambahan lebih daripada sekedarHeat Exchanger sebgai instrument, sehingga reboiler tidak dapat berdiri sendiri.