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


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


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


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.


5/17

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.


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


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


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


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


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)


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


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


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


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


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


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


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.

Documents

Makalah Reboiler