Heater 3.docx

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

SPESIFIKASI ALAT Nama Alat Heater 3 Kode Alat E-201 Fungsi Menaikkan suhu natural gas sebelum masuk ke Reaktor PreReforming Jenis Shell and Tube Heat Exchanger Tube Side Shell Side Fluida Steam Fluida Natural Gas Laju Alir Fluida 4281,11 Laju Alir Fluida 16687,36 (lb/hr) (lb/hr) Suhu Masuk (°F) 1381,73 Suhu Masuk (°F) 571,876871 Suhu Keluar (°F) 166,73 Suhu Keluar (°F) 895,73 Kalor Umpan, Qumpan (Btu/hr) 17446645,88 444,3481156 ∆T LMTD Koreksi (°F) 2 Luas Perpindahan Panas (A), ft 1549,178156 2 Clean Overall Coefficient, UC (Btu/(hr)(ft )(°F) 43 2 Design Overall Coefficient, UD (Btu/(hr)(ft )( °F) 37,27162484 Dirt factor, RD (hr)(ft2)(°F)/Btu 0,006209677 Tube Side Shell Side Tube OD (in) 0,75 Shell ID (in) 25 Tube ID (in) 0,62 Number Of Baffle (in) 7,5 Number of Tube, Nt 230 Passes 4 Tube Length, L (ft) 25,74 Equivalent Diameter, De (ft) 0,0825 BWG 16 Diameter Nozzle (in) 3 Pitch (Triangular) 1,25 Pressure Drop, ∆P (Psi) 0,121 0,0599 Pressure Drop, ∆P (Psi) Design Alat

Shell and Tube Exchangers

Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

Nama Alat Fungsi

Heater 3 Menaikkan suhu natural gas sebelum masuk ke Reaktor Pre-Reforming

Kode Alat E-201

Steam T = 75°C

Natural gas T = 300,0816°C

Natural gas T = 480°C

Steam T = 750°C

a) Energy Balance Q heater = Q steam = 2726572,361 kj/jam 𝑄 = 𝑚 . 𝐶𝑝 . ∆𝑇 𝑚=

𝑄 𝐶𝑝 . ∆𝑇

𝑚=

2726572,361 kj/jam 25273,62

Maka, Laju alir steam = 1941,878299 kg/jam = 4281,109561 lb/hr

Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

b) LMTD

Hot Fluid

Cold Fluid

Diff

T1 (°F)

1381,73

t1 (°F)

571,877

Δt2

486

T2 (°F)

166,73

t2 (°F)

895,73

Δt1

405,1469

T1-T2 (°F)

1215

t2-t1 (°F)

323,853

Δt2 – Δt1

80,85313

ΔTln(cf) (°F)

444,3481156 (𝑇𝑎 − 𝑡𝑏 ) − (𝑇𝑏 − 𝑡𝑎 ) 486℉ − 405,1469℉ = 𝑙𝑛(𝑇𝑎 − 𝑡𝑏 ) − (𝑇𝑏 − 𝑡𝑎 ) ln(486℉⁄405,1469℉)

∆Tln(cf) =

∆Tln(cf) = 𝟒𝟒𝟒, 𝟑𝟒𝟖𝟏𝟏𝟓𝟔℉ = 𝟐𝟐𝟗, 𝟎𝟖𝟐𝟐𝟖𝟔𝟓℃

c) LMTD Correction Factor R= P=

(𝑇𝑎 −𝑇𝑏 ) (𝑡𝑏 −𝑡𝑎 )

=

(𝑡𝑏 )−(𝑡𝑎 ) (𝑇𝑎 −𝑡𝑎 )

571,877℉−895,73℉ 166,73℉−1381,73℉

= 𝟎, 𝟐𝟔𝟔𝟓𝟒𝟔

166,73℉−1381,73℉

= 571,877℉−1381,73℉ = 𝟎, 𝟗𝟕𝟐𝟔𝟔

Sehingga, F = 0,68 (Appendix Kern)

d) Estimate UD Dari Tabel 3.5 (Kern) pada peralatan Heat Exchanger, dengan menggunakan cold fluid berupanatural gas dan hot fluid berupa steam maka diambil rentang UD adalah sebesar 5-50. Perancangan ini menggunakan UD sebesar 35 Btu/h. ft2. oF

e) Calculate heat transfer area and number of tubes A = 𝑛𝑡 =

Q 17446645,88 btu/h = = 𝟒𝟒𝟒, 𝟑𝟒𝟖𝟏𝟏𝟓𝟔 𝐟𝐭 𝟐 UD. ∆t 35 btu/h ft 2 ℉

A 444,3481156 ft 2 = = 225,1672 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑠 ≅ 𝟐𝟐𝟓 𝒕𝒖𝒃𝒆𝒔 π𝐷0 L π . 0,0833 ft . 28 ft

Dari Tabel C.5 dengan Tema P or S dan np = 4, maka : Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

f)

IDshell

= 25 in.

Nt

= 230 tubes (mendekati 225 tubes)

Number of tube passes Re = Re =

4 𝑚̇(𝑛𝑝 ⁄𝑛𝑡 ) 𝜋 𝐷𝑖 𝜇 ̇ 4 . 4281,109561 lb/hr (4⁄230) π 0,05167 ft . 1,024341186 lb/ft h

𝐑𝐞 = 𝟒𝟑𝟑𝟓, 𝟐𝟔𝟓𝟏𝟐𝟗 Dari Tabel B.1, diasumsikan for water service pada tubing selection, hal. 158 (Serth dan Lestina, 2014) : ODtubes

= 0,75 in

= 0,0625 ft

IDtubes

= 0,62 in

= 0,05167 ft

BWG

= 16

Np

=4

Maka, kecepatan volume gas: (Hal 190, Serth dan Lestina, 2014) 𝑉𝑚𝑎𝑥 =

1800 (𝑃𝑀)0,5

𝑉𝑚𝑎𝑥 =

1800 (635,2752 𝑝𝑠𝑖 . 396)0,5

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 3,58876 ft/s Dari Vmax, diasumsukan tube material adalan plain carbon steel, sehingga kecepatan volume gas menjadi: 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 0,6 x 3,58876 ft/s 𝑽𝒎𝒂𝒙 = 𝟐, 𝟏𝟓𝟑𝟐𝟓 𝐟𝐭/𝐬 g) Determine shell size and actual tube count Dari Tabel C.5 untuk ukuran tube 1 in. tubes on 1.25-in square pitch dengan jumlah tube passes yaitu 4 pada P atau S, jumlah tubes yang mendekati

Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

225 tubes yaitu 230 tubes dengan ID shell yaitu 25-in. Sehingga, jumlah tubes yaitu 230 tubes dengan ID shell yaitu 25-in.

h) Calculate the required overall coefficient 𝑞 𝑈𝑟𝑒𝑞 = 𝑛𝑡 𝜋𝐷𝑜 𝐿𝐹(∆𝑇𝑙𝑛 )𝑐𝑓 𝑈𝑟𝑒𝑞 =

17446645,88 𝑏𝑡𝑢/ℎ 230 𝜋 0,0625 𝑓𝑡 . 28 𝑓𝑡 . 0,68 . 444,3481156 ℉

𝑼𝒓𝒆𝒒 = 𝟑𝟒, 𝟓𝟓𝟐𝟖 𝑩𝒕𝒖/𝒉 𝒇𝒕𝟐 ℉

i) Calculate hi 𝑃𝑟 =

𝐶𝑝 . 𝜇 𝑘

𝑃𝑟 =

874,46

𝑏𝑡𝑢 .0,423441 𝑙𝑏/𝑓𝑡.ℎ 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙

1,138 𝑏𝑡𝑢/ℎ 𝑓𝑡℉

= 325,4953205

ℎ𝑖 = (𝑘 ⁄𝐷𝑖 ) 𝑥 0,023 𝑥 𝑅𝑒 0,8 𝑥 𝑃𝑟 1⁄3 (𝜇 ⁄𝜇𝑤 )0,14 ℎ𝑖 = (1,138

𝑏𝑡𝑢 𝑓𝑡℉⁄0,0517 𝑓𝑡) 𝑥 0,023 𝑥 4335,2651290,8 ℎ

𝑥 325,49532051⁄3 𝑥 (1)0,14 𝒉𝒊 = 828,997366 j) Calculate ho 𝐵 = 0,3 𝑥 𝑑𝑠 𝐵 = 0,3 𝑥 25 𝑖𝑛 𝑩 = 𝟕, 𝟓 𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟔𝟐𝟓 𝒇𝒕 𝑑𝑠 𝐶 ′ 𝐵 𝑎𝑠 = 144𝑃𝑇 𝑎𝑠 =

25 𝑖𝑛 𝑥 0,25 𝑥 7,5 𝑖𝑛 144 𝑥 1,25 𝑖𝑛

𝒂𝒔 = 𝟎, 𝟐𝟔𝟎𝟒𝟐 𝒇𝒕𝟐 Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

𝐺 = 𝑚̇⁄𝑎𝑠 𝐺=

4281,109561 𝑙𝑏/ℎ𝑟 0,26042 𝑓𝑡 2

𝑮 = 𝟏𝟔𝟒𝟑𝟗, 𝟒𝟔𝟎𝟕𝟏 𝒍𝒃/𝒉𝒇𝒕𝟐

De = (0,99/12) = 0,0825 ft 𝑅𝑒 = 𝑅𝑒 =

𝐷𝑒 𝐺 𝜇

0,0825 𝑓𝑡 𝑥 16439,46071 𝑙𝑏/ℎ𝑓𝑡 2 0,4136 𝑙𝑏/ℎ 𝑓𝑡

𝑹𝒆 = 𝟏𝟑𝟐𝟕𝟗, 𝟓𝟕𝟎𝟑𝟕

Calculate the Colburn factor, JH 𝑗𝐻 = 0,5 (1 + 𝐵⁄𝑑𝑠 )(0,08 𝑅𝑒 0,6821 + 0,7 𝑅𝑒 0,1772 ) 𝑗𝐻 = 0,5 (1 + 0,3) (0,08 𝑥 13279,570370,6821 + 0,7 . 13279,570370,1772 ) 𝒋𝑯 = 𝟑𝟔, 𝟐𝟏 ℎ𝑜 = 𝑗𝐻 (𝑘⁄𝐷𝑒 )𝑃𝑟 1⁄3 (𝜇 ⁄𝜇𝑤 )0,14 ℎ𝑜 = 36,21 (1,138⁄0,0825)325,49532051⁄3 (1)0,14 𝒉𝒐 = 𝟒𝟑𝟒, 𝟓𝟏

k) Tentukan Clean Overall Coefficient 𝐷𝑖 𝐷𝑜 ln(𝐷𝑜 ⁄𝐷𝑖 ) 1 𝑈𝐶 = ⌈ + + ⌉ ℎ𝑖 𝐷𝑖 2𝑘𝑡𝑢𝑏𝑒 ℎ𝑜

−1

0,62 0,75 ln(0,75⁄0,62) 1 𝑈𝐶 = ⌈ + + ⌉ 828,997366𝑥 0,62 2 𝑥 26 434,51

−1

𝑼𝑪 = 𝟒𝟒 𝑩𝒕𝒖/𝒉 𝒇𝒕𝟐 ℉ Karena Uc>Ureq maka desain dapat dilanjutkan.

Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

l) Tentukan Fouling factor Nilai fouling factor dapat dilihat pada Tabel 3.3 dimana nilai fouling factor untuk steam adalah 0-0,0005 h ft2oF/Btu sedangkan natural gas adalah 0,001 h ft2oF/Btu, maka diambil nilai fouling factor untuk steam yaitu 0,005 h ft2oF/Btu dan natural gas yaitu 0,001 h ft2oF/Btu. 𝑅𝐷 =

𝑅𝐷𝑖 𝐷𝑜 + 𝑅𝐷𝑜 𝐷𝑖

𝑅𝐷 =

0,001 . 0,75 + 0,005 0,62

𝑹𝑫 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟔𝟐𝟏 𝑩𝒕𝒖/𝒉 𝒇𝒕𝟐 ℉ m) Hitung Design Overall Coefficient 𝑈𝐷 = (1⁄44 + 0,00621 )−1 𝑼𝑫 = 𝟑𝟕, 𝟐𝟕𝟏𝟔 𝑩𝒕𝒖⁄𝒉 𝒇𝒕𝟐 ℉ n) Hitung Over surface dan Over design 𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 = 𝑈𝑐 ⁄𝑈𝑟𝑒𝑞 − 1 𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 = 44⁄34,5528 − 1 𝒐𝒗𝒆𝒓 𝒔𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 = 𝟐𝟔, 𝟒𝟕𝟓𝟒 % 𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 = 𝑈𝐷 ⁄𝑈𝑟𝑒𝑞 − 1 𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 = 37,2716⁄34,5528 − 1 𝒐𝒗𝒆𝒓 𝒅𝒆𝒔𝒊𝒈𝒏 = 𝟕, 𝟖𝟔𝟖𝟔 %

o) Hitung pressure drop pada tube f = 0,4137 𝑅𝑒 −0,2585 f = 0,4137 (13279,57037−0,2585 ) 𝐟 = 𝟎, 𝟎𝟑𝟓𝟓𝟓

Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

G= G=

𝑚̇(𝑛𝑝 ⁄𝑛𝑡 ) 𝜋 𝐷𝑖 2 ⁄4 4281,109561 (4⁄230) 𝜋 0,622 ⁄4

𝐆 = 𝟐𝟏𝟐𝟑𝟒𝟏, 𝟏𝟖𝟕𝟓 𝐥𝐛𝐦/𝐡 𝐟𝐭 𝟐

Friction loss, 𝑓 𝑛𝑝 𝐿 𝐺 2 ∆𝑃𝑓 = 7,5 × 1012 𝐷𝑖 𝑠∅ ∆𝑃𝑓 =

0,03555 . 4 . 28 . 212341,18752 7,5 × 1012 . 0,62 . 0,4657 . 1

∆𝑷𝒇 = 𝟎, 𝟎𝟒𝟓𝟒𝟐 𝒑𝒔𝒊 Karena aliran tube turbulen maka𝛼𝑟 = (2𝑛𝑝 − 1,5) ∆𝑃𝑟 = 1,334 × 10−13 (2𝑛𝑝 − 1,5) 𝐺 2 ⁄𝑠 ∆𝑃𝑟 = 1,334 × 10−13 (2 . 4 − 1,5) 212341,18752 ⁄0,4657 ∆𝑷𝒓 = 𝟎, 𝟎𝟖𝟑𝟗𝟓 𝒑𝒔𝒊 p) Hitung pressure drop pada shell 𝑓1 = (0,0076 + 0,000166 𝑑𝑠 )𝑅𝑒 −0,125 𝑓1 = (0,0076 + 0,000166 . 25 𝑖𝑛) 13279,57037−0,125 𝒇𝟏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟓𝟖𝟔 𝑓2 = (0,0016 + 0,000166 𝑑𝑠 )𝑅𝑒 −0,125 𝑓2 = (0,0016 + 0,000166 . 25 𝑖𝑛)13279,57037−0,125 𝒇𝟐 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟔𝟖𝟕

𝑓 = 144 {𝑓1 − 1,25(1 − 𝐵⁄𝑑𝑠)(𝑓1 − 𝑓2 )} 𝑓 = 144 {0,003586 − 1,25(1 − 0,3)(0,003586 − 0,000687)} 𝒇 = 𝟎, 𝟏𝟓𝟏𝟏𝟏 Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

𝑓𝐺 2 𝑛𝑠 (𝑛𝑏 + 1) ∆𝑃𝑓 = 7,5 × 1012 𝐷𝑖 𝑠∅ ∆𝑃𝑓 =

0,15111 . 212341,18752 . 1. (3,733) 7,5 × 1012 𝑥 0,62 𝑥 0,785 1

∆𝑷𝒇 = 𝟎, 𝟏𝟎𝟗𝟏 𝒑𝒔𝒊

q) Nozzle Diameter nozzle diambil dari Tabel 5.3 (Serth dan Lestina, 2014), dengan id shell = 25-in, berada pada rentang 23-29-in, maka diameter nozzle yaitu 3-in. 𝑅𝑒𝑛 =

4 𝑚̇ 𝜋 𝐷𝑛 𝜇

𝑅𝑒𝑛 =

4 . 4281,109561 𝜋 𝑥 8 𝑥 0,41355

𝑹𝒆𝒏 = 𝟒𝟑𝟗𝟓, 𝟖𝟐𝟗𝟖

𝐺𝑛 = 𝐺𝑛 =

𝑚̇ (𝜋 𝐷𝑛 2 )/4 4281,109561 (𝜋 82 )/4

𝑮𝒏 = 𝟐𝟒𝟑𝟓𝟓, 𝟎𝟕𝟔𝟔𝟕 𝒍𝒃𝒎/𝒉𝒇𝒕𝟐 ∆𝑃𝑛 = 2,0 𝑥 10−13 𝑁𝑠 𝐺𝑛2 / 𝑠 ∆𝑃𝑛 = 2,0 𝑥 10−13 𝑥 1 𝑥 24355,076672 / 0,4657 ∆𝑷𝒏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟐𝟓𝟒𝟕 𝒑𝒔𝒊 Maka, ∆𝑃𝑜 = 0,0834 𝑝𝑠𝑖 + 0,1091055 𝑝𝑠𝑖 + 0,0002547 𝑝𝑠𝑖 ∆𝑷𝒐 = 𝟎, 𝟏𝟗𝟑𝟑𝟏𝟐 𝒑𝒔𝒊

Perhitungan Kedua menggunakan UD Aktual 𝑼𝑫 (𝒂𝒌𝒕𝒖𝒂𝒍) = 𝟑𝟕, 𝟐𝟕𝟏𝟔 𝑩𝒕𝒖⁄𝒉 𝒇𝒕𝟐 ℉

Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

a. Calculate heat transfer area and number of tubes A =

𝑛𝑡 =

Q 17446645,88 btu/h = = 𝟏𝟓𝟒𝟗, 𝟏𝟕𝟖𝐟𝐭 𝟐 btu 2 UD. ∆t 37,2716 h ft ℉ . 444,348 ℉ A 1549,178 ft 2 = = 211,44 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑠 ≅ 𝟐𝟏𝟏 𝒕𝒖𝒃𝒆𝒔 π𝐷0 L π . 0,0833 ft . 28 ft

Dari Tabel C.5 dengan Tema P or S dan np = 4, maka : IDshell

= 25 in.

Nt

= 230 tubes (mendekati 211 tubes)

b. Calculate Tube Length 𝐿= 𝐿=

𝑄 𝑈𝐷 𝑛𝑡 𝜋𝐷𝑜 𝐹 (∆𝑇𝑙𝑛(𝑐𝑓) )

17446645,88 37,272 . 230 𝜋 0,0833 . 0,68. 444,348 𝐿 = 25,741 𝑓𝑡

c. Number of tube passes 𝑅𝑒 = 𝑅𝑒 =

4 𝑚̇(𝑛𝑝 ⁄𝑛𝑡 ) 𝜋 𝐷𝑖 𝜇 ̇ 4 . 4281,109561 lb/hr (4⁄230) π 0,05167 ft . 0,42344 lb/ft h

𝑹𝒆 = 𝟒𝟑𝟑𝟓, 𝟐𝟔𝟓 Dari Tabel B.1, diasumsikan for water service pada tubing selection, hal. 158 (Serth dan Lestina, 2014) : ODtubes

= 0,75 in

= 0,0625 ft

IDtubes

= 0,62 in

= 0,05167 ft

BWG

= 16

Np

=6

Maka, kecepatan volume gas: (Hal 190, Serth dan Lestina, 2014) 𝑉𝑚𝑎𝑥 =

1800 (𝑃𝑀)0,5

Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

𝑉𝑚𝑎𝑥 =

1800 (635,2752 . 396)0,5

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 3,588756 ft/s Dari Vmax, diasumsukan tube material adalan plain carbon steel, sehingga kecepatan volume gas menjadi: 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 0,6 x 3,588756 ft/s 𝑽𝒎𝒂𝒙 = 𝟐, 𝟏𝟓𝟑𝟐𝟓 𝐟𝐭/𝐬 d. Determine shell size and actual tube count Dari Tabel C.5 untuk ukuran tube 1 in. tubes on 1.25-in square pitch dengan jumlah tube passes yaitu 4 pada P atau S, jumlah tubes yang mendekati 211 tubes yaitu 230 tubes dengan ID shell yaitu 25-in. Sehingga, jumlah tubes yaitu 230 tubes dengan ID shell yaitu 25-in.

e. Calculate the required overall coefficient 𝑞 𝑈𝑟𝑒𝑞 = 𝑛𝑡 𝜋𝐷𝑜 𝐿𝐹(∆𝑇𝑙𝑛 )𝑐𝑓 𝑈𝑟𝑒𝑞 =

17446645,88 𝑏𝑡𝑢/ℎ 230 𝜋 0,0625 𝑓𝑡 . 28 𝑓𝑡 . 0,65 . 444,348 ℉

𝑼𝒓𝒆𝒒 = 𝟑𝟏, 𝟒𝟔𝟕 𝑩𝒕𝒖/𝒉 𝒇𝒕𝟐 ℉

f.

Calculate hi 𝑃𝑟 = 𝑃𝑟 =

𝐶𝑝 . 𝜇 𝑘 𝑏𝑡𝑢 .14,504 𝑙𝑏/𝑓𝑡.ℎ 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙

874,46

1,138 𝑏𝑡𝑢/ℎ 𝑓𝑡℉

= 11149,0954

ℎ𝑖 = (𝑘 ⁄𝐷𝑖 ) 𝑥 0,023 𝑥 𝑅𝑒 0,8 𝑥 𝑃𝑟 1⁄3 (𝜇 ⁄𝜇𝑤 )0,14 ℎ𝑖 = (1,138

𝑏𝑡𝑢 𝑓𝑡℉⁄0,0517 𝑓𝑡) 𝑥 0,023 𝑥 4335,2650,8 𝑥 11149,09541⁄3 𝑥 1 ℎ

𝒉𝒊 = 770,696 Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019 g.

Calculate ho 𝐵 = 0,3 𝑥 𝑑𝑠 𝐵 = 0,3 𝑥 25 𝑖𝑛 𝑩 = 𝟕, 𝟓 𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟔𝟐𝟓 𝒇𝒕 𝑑𝑠 𝐶 ′ 𝐵 𝑎𝑠 = 144𝑃𝑇 25 𝑖𝑛 𝑥 0,25 𝑥 7,5 𝑖𝑛 144 𝑥 1,25 𝑖𝑛

𝑎𝑠 =

𝒂𝒔 = 𝟎, 𝟐𝟔𝟎𝟒 𝒇𝒕𝟐 𝐺 = 𝑚̇⁄𝑎𝑠 𝐺=

4281,109561 𝑙𝑏/ℎ𝑟 0,2604 𝑓𝑡 2

𝑮 = 𝟏𝟔𝟒𝟑𝟗, 𝟒𝟔𝟎𝟕𝟏 𝒍𝒃/𝒉𝒇𝒕𝟐

De = (0,99/12) = 0,0825 ft 𝑅𝑒 = 𝑅𝑒 =

𝐷𝑒 𝐺 𝜇

0,0825 𝑓𝑡 𝑥 16439,46071 𝑙𝑏/ℎ𝑓𝑡 2 0,4136 𝑙𝑏/ℎ 𝑓𝑡

𝑹𝒆 = 𝟑𝟐𝟕𝟗, 𝟓𝟕𝟎𝟑𝟔𝟖

Calculate the Colburn factor, JH 𝑗𝐻 = 0,5 (1 + 𝐵⁄𝑑𝑠 )(0,08 𝑅𝑒 0,6821 + 0,7 𝑅𝑒 0,1772 ) 𝑗𝐻 = 0,5 (1 + 0,3) (0,08 𝑥 3279,5703680,6821 + 0,7 . 3279,5703680,1772 ) 𝒋𝑯 = 𝟏𝟒, 𝟗𝟏𝟓𝟖 ℎ𝑜 = 𝑗𝐻 (𝑘⁄𝐷𝑒 )𝑃𝑟 1⁄3 (𝜇 ⁄𝜇𝑤 )0,14 ℎ𝑜 = 𝟏𝟒, 𝟗𝟏𝟓𝟖 (1,138⁄0,0825) 𝑥 11149,09541⁄3 (1)0,14 𝒉𝒐 = 𝟔𝟕𝟓, 𝟒𝟐 Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

h. Tentukan Clean Overall Coefficient 𝐷𝑖 𝐷𝑜 ln(𝐷𝑜 ⁄𝐷𝑖 ) 1 𝑈𝐶 = ⌈ + + ⌉ ℎ𝑖 𝐷𝑖 2𝑘𝑡𝑢𝑏𝑒 ℎ𝑜

−1

−1

0,62 0,75 ln(0,75⁄0,62) 1 UC = ⌈ + + ⌉ 770,696x 0,62 2 x 26 675,42 𝑼𝑪 = 𝟒𝟑 𝑩𝒕𝒖/𝒉 𝒇𝒕𝟐 ℉ Karena Uc>Ureq maka desain dapat dilanjutkan.

i. Tentukan Fouling factor Nilai fouling factor dapat dilihat pada Tabel 3.3 dimana nilai fouling factor untuk steam adalah 0-0,0005 h ft2oF/Btu sedangkan natural gas adalah 0,001 h ft2oF/Btu, maka diambil nilai fouling factor untuk steam yaitu 0,003 h ft2oF/Btu dan natural gas yaitu 0,001 h ft2oF/Btu. 𝑅𝐷 =

𝑅𝐷𝑖 𝐷𝑜 + 𝑅𝐷𝑜 𝐷𝑖

𝑅𝐷 =

0,001 . 0,75 + 0,005 0,62

𝑹𝑫 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟔𝟐𝟏 𝑩𝒕𝒖/𝒉 𝒇𝒕𝟐 ℉ j. Hitung Design Overall Coefficient 𝑈𝐷 = (1⁄43 + 0,00621 )−1 𝑼𝑫 = 𝟑𝟑, 𝟔𝟓𝟑 𝑩𝒕𝒖⁄𝒉 𝒇𝒕𝟐 ℉ k. HitungOver surface danOver design 𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 = 𝑈𝑐 ⁄𝑈𝑟𝑒𝑞 − 1 𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 = 43⁄31,4667 − 1 𝒐𝒗𝒆𝒓 𝒔𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 = 𝟑𝟓, 𝟐𝟎𝟏 % 𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 = 𝑈𝐷 ⁄𝑈𝑟𝑒𝑞 − 1 𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 = 33,653⁄31,4667 − 1 Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

𝒐𝒗𝒆𝒓 𝒅𝒆𝒔𝒊𝒈𝒏 = 𝟔, 𝟗𝟒𝟖 %

l. Hitung pressure drop pada tube f = 0,4137 𝑅𝑒 −0,2585 f = 0,4137 3279,570368−0,2585 𝐟 = 𝟎, 𝟎𝟓𝟓𝟏𝟎𝟑

G= G=

𝑚̇(𝑛𝑝 ⁄𝑛𝑡 ) 𝜋 𝐷𝑖 2 ⁄4 4281,109561 (4⁄230) 𝜋 0,622 ⁄4

𝐆 = 𝟐𝟏𝟐𝟑𝟒𝟏, 𝟏𝟖𝟕𝟓 𝐥𝐛𝐦/𝐡 𝐟𝐭 𝟐

Friction loss, 𝑓 𝑛𝑝 𝐿 𝐺 2 ∆𝑃𝑓 = 7,5 × 1012 𝐷𝑖 𝑠∅ ∆𝑃𝑓 =

0,055103 . 4 . 28 . 212341,18752 7,5 × 1012 . 0,62 . 0,4567 . 1

∆𝑷𝒇 = 𝟎, 𝟎𝟓𝟗𝟗𝟒 𝒑𝒔𝒊 Karena aliran tube turbulen maka𝛼𝑟 = (2𝑛𝑝 − 1,5) ∆𝑃𝑟 = 1,334 × 10−13 (2𝑛𝑝 − 1,5) 𝐺 2 ⁄𝑠 ∆𝑃𝑟 = 1,334 × 10−13 (2 . 4 − 1,5) 212341,18752 ⁄0,4657 ∆𝑷𝒓 = 𝟎, 𝟎𝟖𝟑𝟒 𝒑𝒔𝒊 m. Hitung pressure drop pada shell 𝑓1 = (0,0076 + 0,000166 𝑑𝑠 )𝑅𝑒 −0,125 𝑓1 = (0,0076 + 0,000166 . 27 𝑖𝑛) 3279,570368−0,125 𝒇𝟏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟒𝟒𝟐𝟕𝟏

Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

𝑓2 = (0,0016 + 0,000166 𝑑𝑠 )𝑅𝑒 −0,125 𝑓2 = (0,0016 + 0,000166 . 27 𝑖𝑛) 3279,570368−0,125 𝒇𝟐 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟖𝟓𝟓𝟔𝟗

𝑓 = 144{𝑓1 − 1,25(1 − 𝐵⁄𝑑𝑠)(𝑓1 − 𝑓2 )} 𝑓 = 144{0,0044271 − 1,25(1 − 0,3)(0,0044271 − 0,00085569)} 𝒇 = 𝟎, 𝟏𝟖𝟒𝟕

∆𝑃𝑓 =

𝑓𝐺 2 𝑛𝑠 (𝑛𝑏 + 1) 7,5 × 1012 𝐷𝑖 𝑠∅

0,1847𝑥 212341,18752 𝑥1𝑥 (3,457) ∆𝑃𝑓 = 7,5 × 1012 0,62 𝑥 0,785𝑥 1 ∆𝑷𝒇 = 𝟎, 𝟎𝟑𝟔𝟕𝟖 𝒑𝒔𝒊

n. Nozzle Diameter nozzle diambil dari Tabel 5.3 (Serth dan Lestina, 2014), dengan id shell = 25-in, berada pada rentang 23-29-in, maka diameter nozzle yaitu 3-in. 𝑅𝑒𝑛 =

4 𝑚̇ 𝜋 𝐷𝑛 𝜇

𝑅𝑒𝑛 =

4 . 4281,109561 𝜋 . 3 . 0,41355

𝑹𝒆𝒏 = 𝟒𝟑𝟗𝟓, 𝟖𝟐𝟗𝟖𝟎𝟔

𝐺𝑛 = 𝐺𝑛 =

𝑚̇ (𝜋 𝐷𝑛 2 )/4 4281,109561 (𝜋 32 )/4 𝑮𝒏 = 𝟑𝟕, 𝟖𝟕𝟐𝟓 𝒍𝒃𝒎/𝒉𝒇𝒕𝟐

Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

∆𝑃𝑛 = 2,0 𝑥 10−13 𝑁𝑠 𝐺𝑛2 / 𝑠 ∆𝑃𝑛 = 2,0 𝑥 10−13 1 37,87252 / 0,4657 ∆𝑷𝒏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟐𝟕𝟕𝟗 𝒑𝒔𝒊 Maka, ∆𝑃𝑜 = 0,0834 𝑝𝑠𝑖 + 0,03678 𝑝𝑠𝑖 + 0,0002779 𝑝𝑠𝑖 ∆𝑷𝒐 = 𝟎, 𝟏𝟐𝟏 𝒑𝒔𝒊

Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

Kondensor 1

Nama Alat

Kode Alat

Fungsi

Energy Balance q = (mCpΔT) = 1135477,93 Btu/h

Mean temperature difference 1584 − 53,28 = 451,254 °𝐹 ln (1584⁄53,28)

(∆𝑇𝑙𝑛)𝑐𝑓 = (𝑇 −𝑇 )

R = (𝑡𝑎−𝑡 𝑎) = 0,018770227 𝑏

P=

𝑎

(𝑡𝑏 )−(𝑡𝑎 ) (𝑇𝑎 −𝑡𝑎 )

= 19,73240426

Karena 𝑅 ≠ 1 , maka: 𝛼= (

1 − 𝑅𝑃 1⁄𝑁 ) 1−𝑃

𝛼 = 0,4283 𝑆=

𝛼−1 𝛼−𝑅

𝑆 = 0,3575 1−𝑆

𝐹=

√𝑅 2 + 1 𝑙𝑛 (1−𝑅𝑆) (𝑅 − 1) ln [

2−𝑆(𝑅+1− √𝑅 2 +1

]

2−𝑆(𝑅+1+ √𝑅 2 +1

𝐹 = 0,09474 Sehingga, ΔT𝑚 = 0,0974 𝑥 451,254 = 42,75 °𝐹 Estimate UD Dari Tabel 3.5 (Kern), rentang UD yaitu 2 – 50 Btu/h.ft2.F, maka diambil UD yaitu 40 Btu/h.ft2.F Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui

Kelompok IV/Semester Ganjil/2018-2019

Heat transfer area and number of tube passes A = 𝑛𝑡 =

Q = 531,22 𝑓𝑡 2 UD. ΔT𝑚

A = 101,51 ≅ 102 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑠 π𝐷0 L

Dari Tabel C.2, dengan Tema P atau S, maka nt yang mendekati 102 tubes adalah 106 tubes sebagai nt, dengan ID 13,25 in dan Np yaitu 4. Number of tube passes Dari Tabel B.1, dipilih tube untuk water service, ¾ in, 16-BWG tubes dengan panjang yaitu 16 ft. Maka, 𝑅𝑒 =

4 ̇ 𝑚̇(𝑛𝑝 ⁄𝑛𝑡 ) 𝜋 𝐷𝑖 𝜇

Pra-Rancangan PabrikMetanol dari Natural Gas Dibuat Diperiksa Emmilia Dannisa Pratiwi Nadhia Gasani Putri Rizkya Ramadhani

Kelompok 4. Ganjil/2018-2019 Disetujui