Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara S1 Reguler Teknik Kimia 1 Universitas Sebelas Maret BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah PT. Lotte Chemical Titan Nusantara merupakan penghasil polietilen dengan jenis High Density Polyethylene (HDPE) dan Linear Low Density Polyethylen (LLDPE). Reaksi pembuatan polietilen ini adalah reaksi polimerisasi adisi yang bersifat eksotermis. Di PT. Lotte Chemical Titan Nusantara, proses pembuatan polietilen pada Train 2 terdiri dari lima unit. Unit yang pertama yaitu unit persiapan bahan baku. Unit ini berfungsi untuk mempersiapkan bahan baku agar siap untuk diproses menjadi polietilen. Unit yang kedua yaitu unit prepolimerisasi. Unit prepolimerisasi merupakan unit pembuatan powder prepolimer aktif dalam suatu reaktor tangki berpengaduk dengan menggunakan katalis chromium. Unit yang ketiga yaitu unit polimerisasi. Pada unit polimerisasi ini terjadi reaksi antara prepolimer aktif, ethylene, hydrogen dan penambahan co-monomer (butene-1) yang berbentuk gas, yang terjadi di dalam fluidized bed reactor. Unit yang keempat yaitu unit additive dan pelletizing. Unit ini berfungsi untuk merubah polietilen powder menjadi bentuk pellet dengan penambahan additive. Sedangkan yang terakhir yaitu unit bagging dimana produk dikemas untuk dipasarkan. Proses polimerisasi terjadi pada suhu 80 ° C dan tekanan 20 barg di dalam fluidized bed reactor (2-R-400). Untuk mencapai kondisi optimum pada reaktor dilengkapi dengan peralatan pendukung, antara lain dua buah heat exchanger. Heat Exchanger yang digunakan yaitu primary gas cooler (2-E-400) dengan jenis shell and tube. Proses fluidisasi di dalam reaktor dijaga oleh fluidized gas compressor (2-C-400) dengan cara gas proses diinjeksikan melalui fluidisasi grid pada dasar reaktor. Komposisi komponen gas yang masuk ke dalam reaktor dikontrol secara hati-hati. Komposisi gas tersebut terdiri dari etilen, 1-butene,
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Laporan Tugas KhususPT. Lotte Chemical Titan Nusantara
S1 Reguler Teknik Kimia 1Universitas Sebelas Maret
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
PT. Lotte Chemical Titan Nusantara merupakan penghasil polietilen
dengan jenis High Density Polyethylene (HDPE) dan Linear Low Density
Polyethylen (LLDPE). Reaksi pembuatan polietilen ini adalah reaksi
polimerisasi adisi yang bersifat eksotermis. Di PT. Lotte Chemical Titan
Nusantara, proses pembuatan polietilen pada Train 2 terdiri dari lima unit.
Unit yang pertama yaitu unit persiapan bahan baku. Unit ini berfungsi untuk
mempersiapkan bahan baku agar siap untuk diproses menjadi polietilen. Unit
yang kedua yaitu unit prepolimerisasi. Unit prepolimerisasi merupakan unit
pembuatan powder prepolimer aktif dalam suatu reaktor tangki berpengaduk
dengan menggunakan katalis chromium. Unit yang ketiga yaitu unit
polimerisasi. Pada unit polimerisasi ini terjadi reaksi antara prepolimer aktif,
ethylene, hydrogen dan penambahan co-monomer (butene-1) yang berbentuk
gas, yang terjadi di dalam fluidized bed reactor. Unit yang keempat yaitu unit
additive dan pelletizing. Unit ini berfungsi untuk merubah polietilen powder
menjadi bentuk pellet dengan penambahan additive. Sedangkan yang terakhir
yaitu unit bagging dimana produk dikemas untuk dipasarkan.
Proses polimerisasi terjadi pada suhu 80° C dan tekanan 20 barg di
dalam fluidized bed reactor (2-R-400). Untuk mencapai kondisi optimum
pada reaktor dilengkapi dengan peralatan pendukung, antara lain dua buah
heat exchanger. Heat Exchanger yang digunakan yaitu primary gas cooler
(2-E-400) dengan jenis shell and tube.
Proses fluidisasi di dalam reaktor dijaga oleh fluidized gas compressor
(2-C-400) dengan cara gas proses diinjeksikan melalui fluidisasi grid pada
dasar reaktor. Komposisi komponen gas yang masuk ke dalam reaktor
dikontrol secara hati-hati. Komposisi gas tersebut terdiri dari etilen, 1-butene,
Laporan Tugas KhususPT. Lotte Chemical Titan Nusantara
S1 Reguler Teknik Kimia 2Universitas Sebelas Maret
hidrogen, dan nitrogen.
Gas proses yang terakumulasi di bagian atas reaktor masuk kedalam
overhead cyclon (2-S-400 A/B), dimana fines prepolimer powder dipisahkan
dari gas proses dan dikembalikan ke dalam reaktor dengan gas proses dari
discharge compressor (2-C-400). Fines polimer powder tersebut dimasukkan
kembali ke dalam reaktor melalui fines recycle ejector (2-J-400 A/B). Gas
yang keluar dari bagian atas cyclone kemudian didinginkan didalam primary
gas cooler (2–E-400) dengan menggunakan cooling water.
Untuk mengetahui kelayakan operasinya, heat exchanger harus
senantiasa dievaluasi. Evaluasi ini dapat dilakukan dengan menghitung nilai
Dirt Factor (Rd) dan efisiensi (η) dari primary gas cooler (2-E-400).
B. Perumusan Masalah
Mengetahui kelayakan operasi primary gas cooler (2-E-400) dengan
mengevaluasi kinerjanya.
C. Tujuan
Tujuan dari tugas khusus ini adalah mengevaluasi kinerja primary gas
cooler (2-E-400) dengan menghitung nilai Dirt Factor (Rd) dan efisiensi (η).
D. Manfaat
Hasil dari evaluasi kinerja primary gas cooler (2-E-400) dengan
menghitung nilai Dirt Factor (Rd) dan efisiensi (η) ini diharapkan dapat
digunakan sebagai pertimbangan dalam usaha untuk mengoptimalkan kinerja
dari gas cooler di PT. Lotte Chemical Titan Nusantara.
Laporan Tugas KhususPT. Lotte Chemical Titan Nusantara
S1 Reguler Teknik Kimia 3Universitas Sebelas Maret
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)
Dalam suatu alat penukar panas, perpindahan panas terjadi baik secara
konduksi, konveksi, maupun secara radiasi. Perpindahan panas jenis mana
yang paling berpengaruh tergantung pada keadaan sistem yang ditinjau.
Dalam alat penukar panas, perpindahan panas secara radiasi dapat diabaikan
(kecuali dalam boiler, furnace, dan alat lain yang berhubungan dengan
temperatur tinggi).
Perpindahan panas dalam suatu alat pemindah panas tergantung pada:
1. Perbedaan temperatur (T)
Semakin besar beda temperatur antara dua benda atau tempat
semakin besar pula jumlah energi panas yang akan dipindahkan.
2. Konduktivitas panas (k)
Setiap bahan memiliki harga k tertentu, semakin besar harga k
(logam >> kayu) semakin besar pula energi panas yang dikeluarkan.
3. Luas perpindahan panas (A)
Semakin besar nilai A, semakin besar juga energi panas yang
dipindahkan.
4. Laju alir fluida
Semakin tinggi laju alir maka besar juga energi panas yang
dipindahkan. Selain mempengaruhi perpindahan panas, laju alir juga
mempengaruhi faktor pergerakan (Fouling factor), semakin tinggi laju
alir, semakin rendah terbentuknya kerak atau endapan pada dinding alat.
Laju alir juga mempengaruhi pressure drop (P), semakin tinggi laju alir,
maka pressure dropnya semakin tinggi juga.
Laporan Tugas KhususPT. Lotte Chemical Titan Nusantara
S1 Reguler Teknik Kimia 4Universitas Sebelas Maret
B. Jenis Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)
Secara umum, dalam industri, dikenal dua jenis alat pemindah panas yaitu:
a. Alat pemindah secara langsung.
b. Alat pemindah tidak langsung.
Dalam alat pemindah panas secara langsung, fluida panas dan dingin
dicampurkan secara bersama – sama, sehingga diperoleh temperatur yang
dikehendaki, misalnya pada cooling tower dan kolom distilasi. Dalam alat
jenis ini selalu terjadi peristiwa perpindahan massa dan perpindahan panas.
Dalam alat pemindah panas secara tidak langsung, antara fluida panas
dan dingin dibatasi oleh suatu dinding pemisah. Alat ini terdiri dari dua
ruangan atau saluran, satu untuk aliran panas dan yang lain untuk aliran
dingin. Energi panas dipindahkan dari aliran panas ke aliran dingin melalui
dinding pemisah.
Berdasarkan kebutuhan alat pemindah panas, secara tidak langsung
dapat dikelompokkan sebagai berikut:
a. Heat exchanger
Heat exchanger di mana terjadi pertukaran energi panas antara dua
aliran proses, dengan tujuan utama untuk memanfaatkan energi panas yang
dikandung dalam aliran proses dengan T lebih tinggi.
b. Cooler (pendingin)
Di mana digunakan media pendingin air atau udara untuk
mendinginkan suatu aliran proses, karena energi panasnya tidak dapat
dimanfaatkan aliran proses lainnya.
c. Condenser (pengembun)
Alat pendingin yang berfungsi untuk mengambil panas laten maupun
panas sensible suatu aliran proses, sehingga terjadi perubahan fasa dari
uap menjadi cairan di bawah titik didihnya.
Laporan Tugas KhususPT. Lotte Chemical Titan Nusantara
S1 Reguler Teknik Kimia 5Universitas Sebelas Maret
d. Reboiler
Digunakan untuk memberikan energi panas dalam suatu proses
destilasi atau fraksionasi, untuk maksud tersebut dapat digunakan suatu
media pemanas, misalnya: uap air, minyak panas, dan atau aliran proses.
e. Furnace
Digunakan untuk memindahkan panas (hasil pembakaran suatu bahan
bakar) ke aliran proses.
f. Evaporator
Digunakan untuk memekatkan suatu larutan dengan cara menguapkan
airnya.
g. Vaporizer
Digunakan untuk memekatkan cairan selain dari air.
Adapun jenis dari alat penukar kalor (heat exchanger) yang sangat
dikenal dan sering digunakan adalah sebagai berikut:
a. Shell and Tube Heat Exchanger
Jenis alat penukar panas (heat exchanger) ini yang paling banyak
digunakan di industri. Di dalam alat penukar kalor itu, koefisien
perpindahan kalor shell dan koefisien tube sama – sama penting, dan
keduanya harus cukup besar agar koefisien menyeluruh yang memuaskan
dapat tercapai. Kecepatan dan keturbulenan zat cair shell juga tidak kalah
pentingnya dari kecepatan dan keturbulenan zat cair tube. Untuk
meningkatkan aliran silang dan menaikkan kecepatan rata – rata fluida
pada shell maka dipasang sekat – sekat.
Alat penukar panas jenis shell and tube lebih banyak digunakan,
dibandingkan alat penukar panas jenis lainnya. Hal ini karena beberapa
keunggulannya antara lain:
a. Mempunyai luas permukaan yang besar dengan bentuk atau volume
yang kecil sehingga dapat memindahkan panas pada jumlah yang
besar.
Laporan Tugas KhususPT. Lotte Chemical Titan Nusantara
S1 Reguler Teknik Kimia 6Universitas Sebelas Maret
b. Dapat dibuat dengan berbagai jenis material yang disesuaikan dengan
temperatur dan tekanan operasi.
c. Mudah dibersihkan dan prosedur pengoperasiannya mudah.
Gambar 2.1 Shell and Tube Heat Exchanger
Pada gambar terlihat bagan dari jenis penukar kalor ini. Seluruh
alat terdiri dari seberkas pipa yang dipasang diantara plat pipa. Kadang-
kadang medium yang akan didinginkan dibawa melalui pipa dan medium
yang akan dipanaskan dibawa sekeliling pipa. Adakalanya hal yang
sebaliknya berlaku. Pilihan ini bergantung berbagai sifat yaitu media (cair
atau gas), viskositas, terdapatnya kotoran padatan, dan sebagainya.
Pola penyusunan tube dalam rumpunnya yaitu:
1. Pola segitiga (triangular pattern)
Penyusun tube dalam pola ini dapat menghasilkan luas
permukaan yang terbesar (untuk suatu ukuran yang sama), akan tetapi
menghasilkan kesulitan dalam membersihkan bagian luar tube.
2. Pola segiempat (square pattern)
Penyusunan tube dengan pola ini memberi kemungkinan
termudah untuk membersihkan bagian luar tube.
3. Pola diagonal (diagonal square pattern)
Penyusunan sama dengan pola segiempat yang diputar 45° C.
Susunan seperti ini memberikan luas permukaan (jumlah tube) yang
paling sedikit.
Laporan Tugas KhususPT. Lotte Chemical Titan Nusantara
S1 Reguler Teknik Kimia 7Universitas Sebelas Maret
b. Double Pipe Heat Exchanger
Jenis alat penukar kalor (heat exchanger) ini sering digunakan
untuk laju aliran kecil, karena hanya memiliki beberapa tabung saja
sehingga tidak dapat menangani laju aliran yang besar. Jika menggunakan
banyak penukar kalor pipa rangkap secara paralel, bobot logam yang
digunakan sebagai pipa luar akan menjadi sedemikian tinggi sehingga
penggunaannya tidak efektif dan efisien.
Gambar 2.2 Jenis Double Pipe Heat Exchanger
c. Plate and Frame Heat Exchanger
Jenis alat penukar kalor (heat exchanger) ini sering digunakan
untuk perpindahan kalor antara dua fluida pada tekanan rendah dan
sedang, yaitu di bawah 20 atm. Penukar kalor jenis plate dapat bersaing
dengan penukar kalor jenis shell and tube, terutama dalam situasi yang
memerlukan penggunaan bahan tahan korosi. Plat – plat logam dengan
permukaan bergelombang, didukung oleh suatu kerangka fluida panas lalu
dialirkan melalui serangkaian plat dan terjadi perpindahan panas dengan
fluida dingin yang mengalir di sebelahnya. Plat – plat itu biasanya berjarak
2,5 – 5 mm satu sama lain (PHE design).
Laporan Tugas KhususPT. Lotte Chemical Titan Nusantara
S1 Reguler Teknik Kimia 8Universitas Sebelas Maret
Gambar 2.3 Jenis Plate and Frame Heat Exchanger
Keuntungan alat penukar kalor jenis plat and frame adalah
koefisien perpindahan panas tinggi dengan area permukaan rendah, disain
ringkas, tidak memerlukan banyak ruang, perbedaan temperatur antar
cairan kecil, cepat, mudah dibersihkan, biaya – biaya investasi rendah,
ketahanan terhadap korosi tinggi, dan mudah pemeliharaannya
(maintenance).
C. ANALISA KINERJA ALAT PENUKAR PANAS
Untuk menganalisa kinerja suatu heat exchanger, parameter-
parameter yang dipakai adalah:
1. (Tahanan Kotoran / Rd)
Tahanan kotoran adalah tahanan pada alat penukar panas untuk
menahan kotoran (kerak) yang terbentuk selama alat penukar panas
dioperasikan. Kotoran (kerak) yang terbentuk dapat menyebabkan
koefisien perpindahan panas menjadi berkurang.
Rumus : Rd(hitung) =DC
DC
U.UUU
Keterangan : Rd(hitung) = dirt factor
UC = koefisien perpindahan kalor dalam keadaan bersih
UD = koefisien perpindahan kalor dalam keadaan kotor
Laporan Tugas KhususPT. Lotte Chemical Titan Nusantara
S1 Reguler Teknik Kimia 9Universitas Sebelas Maret
Rd(ketentuan) = dirt faktor maksimum yang dihitung bila kedua
permukaan pipa tidak dibersihkan. Harga ini merupakan batas tahanan
yang maksimum, dimana setelah itu kalor yang diijinkan menjadi lebih
kecil dari yang dibutuhkan.
2. Efisiensi Panas (η)
Efisiensi panas adalah rasio dari kuantitas panas yang dipindahkan
oleh fluida terhadap nilai kuantitas panas maksimum yang dapat
dipindahkan oleh fluida tersebut. Efisiensi panas dapat didefinisikan pula
sebagai panas yang termanfaatkan secara maksimum.
Efisiensi panas berdasarkan neraca panas:
Rumus: %100Qshell
Qtube
Efisiensi panas berdasarkan nilai koefisien perpindahan panas:
Rumus:
Keterangan :
Ƞ = efisiensi panas
UC = koefisien perpindahan kalor dalam keadaan bersih
UD = koefisien perpindahan kalor dalam keadaan kotor
%100UU
C
D
Laporan Tugas KhususPT. Lotte Chemical Titan Nusantara
S1 Reguler Teknik Kimia 10Universitas Sebelas Maret
BAB III
METODOLOGI
A. Cara Memperoleh Data
Pengumpulan data-data yang diperlukan dalam perhitungan diperoleh
dari Heat Exchanger Specification Data Sheet dan data desain yang diperoleh
dari DCS (Distributed Control System). Data lain diperoleh dari studi
literatur. Adapun untuk mengevaluasi kinerja primary gas cooler (2-E-400)
dalam tugas khusus ini melalui perhitungan dirt factor (Rd) dan efisiensi
panas (η).
1. Data untuk desain
a. Spesifikasi Alat
Tabel 1 Spesifikasi Alat 2-E-400
Shell Side(Cooling Water)
Tube Side(Gas Process)
ID (in) 62,598 Number (buah) 2153Baffle space (in) 18,189 Panjang Tube (ft) 22,31