7/25/2019 Dpa Perfect
1/13
1
Diketahui :
Properties oil
= 200000 gph (gallon/hour) = 1201237,52 lb/h
tl1=100F dan tl2=230F. Theoilwillflowinsidethetubesintheheatexchanger.
Followingaredataonoil
whichhavebeenobtainedfromtheCriticalTablesandPerrys
ChemicalEngineersHandbook:(100-230F)
=6centistokes=14,5lb/ft.h
=0,85g/cm3
cp
=0,48Btu/lb.oF
k
=0,08Btu/(h/ft2)(oF/ft)
Pemanassaturatedsteamdi 50 psigdari Lampiran 1 didapat:
ts=298F,
= 912 /
Re> 5000
The tube : standard steel tubing, i-in.-diameter step, Tubing wall is 16 BWG.
Assumptions
You may base your calculations on a total of 100 tubes in the exchanger.
Following are recommended assumptions:
You may assume that the Fanning friction factor can be represented by
=0,04
,
You may assume that the oil-film heat-transfer coefficient is constant over the entirelength of the exchanger.
For simplification, assume that the oil-film heat-transfer coefficient may be represented
by (standard heat-transfer nomenclature)
h = 0,023 ( Re)o,8( Pr)o,4
where all variable values are at the average value between 100 and 230F
Cost Cost$60,00 persquarefootofinsideheatingarea:
Cost$60,00 / ft2of A
Thiscostincludesallinstallation.Youcanneglectanyresistanceduetothetubewallsor
steamfilm;soalltheheat-flowresistancewillbeintheoilfilm.
Thecostofpoweris7cents/kw,andpumpandmotor=60%.
Donotconsiderthecostofsteamorexchangerinsulationinyouranalysis.
7/25/2019 Dpa Perfect
2/13
2
Ditanya ID dan OD tubes
L tubes
The total cost In case the exchanger length is unreasonable for one unit, what would you recommend?
Formal report.
Short section outlining what further calculations would have been necessary if the
specification of 100 tubes in a one-pass exchanger had not been given.
Dijawab1. Heat Balance
Oil = =1201237,52 lb/h 0,48 / 230 100 = , /Steam = = =
= 74957221,25 /912 / = , /2. PerhitunganLMTD
= ln = 298100 298230ln 298100
298230
=,
Karena perpindahan panas menggunakan steam terjadi perubahan fase dari gas menjadi cair
maka nilai = karena Ft > 0.9 maka menggunakan tipe HE 2 4 atau lebih = =,
7/25/2019 Dpa Perfect
3/13
3
3.
UD,asumsi
Dari tabel 8 kern, ApproximateOverallDesignCoefficients. Dengan Hot Fluid Steam dan
Cold Fluid Heavy Organics (>1 , A = 6 centistokes) maka rentang UD = 660
Asumsi UD= 60 Btu/jam .ft2.oF
= = 74957221,2560 121,72 = , Desain menggunakan OD tubes = 1 in
Dari tabel 10 kern, HeatExchangerAndCOndenserTubeData:" = 0.2618 ^2 / Jika menggunakan Nt = 100.
= " = ,0.2618 100 = 392,04 Dengan menggunakan Nt = 100 didapat panjang L = 392,04 ft terlalu panjang untuk panjang
tiap tube, sehingga menggunakan Nt yang lebih dari 100 dengan L = 24 ft (maksimal).
Sehingga, =
"
= 10263,6130.2618 24=1633,5Dengan melihat Table 9 Kern, Tube-Sheet Layouts (Tube Count) tidak ada ID shell dengan
jumlah 1633,5, Jumlah terbanyak pada tabel adalah 1377 dengan 1-P tube atau 1258 dengan 4-P
tube triangular pitch 15/16 in, dan OD = in , namun akan menurunkan nilai a menjadi 0,1963
dan menaikan Nt = 2178.
Sedangkan OD = 1 in dengan nilai a=0,2618 memiliki jumlah terbanyak 700 untuk 5/4 in triangular
pitch, ID shell 39.
Untuk mendapatkan jumlah yang sesuai untuk Table 9 maka digunakan panjang 3 x 24 ft
(menyambung tube dengan panjang maksimal 24 ft sejumlah 3 menjadi 1)
OD = 1, a=0,2618 = 10263,6130.2618 3 24=544,5 545OD = in, a= 0,1963 = 10263,6130.2618 3 24 = 7 2 6
7/25/2019 Dpa Perfect
4/13
4
Sehingga pemilihan lebih ke OD = 1 in, 5/4 in Triangular Pitch karena lebih sedikit
menyambung yaitu 545 kali menyambung, sedangkan menggunakan OD = in menyambung
hingga 726 kali.
OD = in , 5/4 in Triangular Pitch dengan Nt = 562 sesuai tabel 9 kern, ID shell = 35 in, 4pass tube
UDKoreksi = " = 3 24 562 0,2618 = 10593, 475 = = 74957221,2510593,475 121,72=,Btu/jam ft2 oFKesimpulan Sementara
Menggunakan HE tipe 2-4
Bagian Shell
IDs = 35 in
n = 2
Bagian Tube
OD =1,ID=0,87
16 BWG, Nt = 562, n = 4
Triangular Pitch 5/4 in
a=0,594 in2
Menghitung Nilai ReOil
= 4 di = diameter ekuivalen dari IDdi = 0,87/12
= 4 10350,76 45623.14 0.8712 14,514=10350,76Sehingga Re > 5000.
Kecepatan minyak
= = 10350 14,5140,8712 53,063 =39051,45 =3,3
7/25/2019 Dpa Perfect
5/13
5
Menentukan Heat Transfer Coefficient
Menentukan estimasi koefisien perpindahan panas konveksi pada tube side.
=0,023 ,Pr, = 0,023 10350,760,8 3,60,4=62,55
Menentukan estimasi koefisien perpindahan panas konveksi pada shell side.
Asumsi:
25 % Cut Segmental Buffer
Buffer Spacity, = 0,5 , 35 = 17,5 Tube Clearence
C=Pt-DO = (5/4-1) = 0,25
= 0,5 144 = 0,5 35 0,24 17,5144 5/4
=0,425Mass Velocity
=
= 82189,9350,425 =193388,082
Triangle Pitch = , , , ,
= 4 0,5 0,86 x 54 0,4 3,144 112
0,5 3,14 112 = 0,0578
=0,01499 =0,0159
7/25/2019 Dpa Perfect
6/13
6
= = 0,0578 193388,08
0,01499
" = " = 82189,4353214,95 = 25,56 / ^2
Dari Figur 12.9 kern Dengan Nilai : =0,01499
=0,0159"=25,56Didapat Ho = 290 Btu/jam ft2 0,00472193
Bahan yang digunakan adalah stainless steel. Kw =9,25 Btu/h . ft. oF
Rsteam = 0,0005 h ft2oF Btu-1dan Roil = 0,001 darilampiran2
= 1 ++ 2 + 1 +
= 1
290 +0,0005+1
0,87
112 0,87122 9,25 +
10,87
1
62,55 + 1
0,87
0,001
= 38,46 100%
38,466060 100% = 35 % < 30% Menentukan Over Surface dan Over Design
Over Surface
% = 100% = =62,55 0,871 =54,4185
7/25/2019 Dpa Perfect
7/13
7
= + = 290 54,4185290+54,4185 =45,82 % = 45,8238,4645,82 100%=16,13%
Over Design
% = 100%Area desain untuk heat transfer (Nt = 562)
= = 3,14 112 3 24 562
= 10588,08
Area yang dibutuhkan untuk heat transfer (Nt = 545)
= =3,14 112 3 24 545
= 10267,8
% =10588,0810267,8
10267,8 100% = 3,1 %
7/25/2019 Dpa Perfect
8/13
8
Perhitungan Pressure Drop
Tube Side Pressure Drop
Friction factor = .. = 0.0410350.76.0.044.389 = 9.11 10 = [= 5623.14 14 0.874= 83.48
0.579 ^2
Tube side Mass velocity = /=
.. 2074676.2 ^2Frictional Pressure Drop
=
7.510
= . . . 7,5. 10. . . = 9,11.10.2074676,2.72.47,5. 10 . 0.8712 .0.8132.1 = 1,12 . 100,442. 10.
= 2,53 . 10 = 25,3
Return Loss = 1,334 10(2 1,5) = 1,334 102,41,5 2074676,20,8132 = 1,334 103,44 10
7/25/2019 Dpa Perfect
9/13
9
=4,58 Shell Side Pressure Drop
Diketahui :
= 0 , 2 5 = 1 7 , 5 =0,425 =193388,082 =787226,637 = = 7217,512 =49,37 50
= 0,04, = 0,04787226,637, = 0,048,7 = 4,6 .10
= . . + 17,5. 10. . . = 4,6.10.2074676,2. 351250 + 17,5. 10.0,0578.0,919.1 = 2,55.10. 100,398. 10 = 6,4 10 = 0,064
7/25/2019 Dpa Perfect
10/13
10
Biaya Instalasi Unit
Dengan Nt = 562, Luas Heating area adalah : = 10593,475 Cost per square ft adalah $ 60,00.
Total Biaya Instalasi Unit adalah 10593,47560,00=$635608,5Biaya untuk power untuk pompa dan motor
Property dari oil A
=6,7 . =50,12
=9,8 =32,74
= = 3512 = 2,91 =0,6 = 3333,33 = 26,740 Dari propertis yang ada dapat dicari :
= = 3333,33 32,174 2,91 50,12 = 1,47 = = 2.45
Property dari steam
= 0,054
=9,8 =32,174 = = 3512 = 2,91 =0,6
7/25/2019 Dpa Perfect
11/13
11
= 224140,92 = = 0.09
= = 0.16
Misalkan heat exchanger beroperasi selama 24 jam/ hari maka
= . = 2.45 . 24 = 58.8 / = . = 0.16 . 24 = 3.84 /Jika dalam pengoperasian heat exchanger menggunakan 2 buah pompa maka :
= 2 58.8 + 2 3.84
= 125.28 kWh/hari
Total penggunaan energy listrik pompa untuk HE dalam satu tahun :
1 = 125.28 kWhhari 365 = 45727.2 Biaya daya pompa motor dalam satu tahun adalah :
= 45727.2 7 =320090.4 = 3200.9 Kesimpulan
Menggunakan HE tipe 2-4
Bagian Shell
IDs = 35 in
n = 2
Bagian Tube
OD =1,ID=0,87
16 BWG, Nt = 562, n = 4
Triangular Pitch 5/4 in
a=0,594 in2
L= 3 x 24 ft
Cost
Instalasi = 635608,5dollar / =3200.9 Panjang tubes karena tidak bisa menggunakan 24 ft maka menggunakan 24 ft disambung 3 kali
sehingga Ltubes = 72 tubes
7/25/2019 Dpa Perfect
12/13
12
Nt = 100, tidak bias dilakukan karena akan mendapatkan panjang tube = 392,04 . Terlalupanjang (halaman3)
Gambar Heat Exchanger ada di Lampiran 3
Lampiran
Lampiran 1
Lampiran 2
7/25/2019 Dpa Perfect
13/13
13
Lampiran 3