LAPORAN TUGAS KHUSUS.pdf

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

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,

S1 Reguler Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret

1

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

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.

S1 Reguler Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret

2

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

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.

S1 Reguler Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret

3

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

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.

S1 Reguler Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret

4

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

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.

S1 Reguler Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret

5

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

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. Kadangkadang 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.

S1 Reguler Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret

6

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

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).

S1 Reguler Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret

7

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

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, parameterparameter 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) =

UC  U D UC . U D

Keterangan : Rd(hitung) = dirt factor UC = koefisien perpindahan kalor dalam keadaan bersih UD = koefisien perpindahan kalor dalam keadaan kotor

S1 Reguler Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret

8

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

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: 

Qtube  100% Qshell

 Efisiensi panas berdasarkan nilai koefisien perpindahan panas: U Rumus:   D  100 % UC Keterangan : Ƞ = efisiensi panas UC = koefisien perpindahan kalor dalam keadaan bersih UD = koefisien perpindahan kalor dalam keadaan kotor

S1 Reguler Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret

9

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

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) 2153 Baffle space (in) 18,189 Panjang Tube (ft) 22,31 OD (in) 1 %baffle cut, % 28 BWG 12 Pitch (in) 1,25 Passes 1 Passes 1 Design pressure (psi) 248,385 Design Pressure (psi) 357,135 (UBE INDUSTRIES. LTD. ” Heat Exchanger Specification Sheet ” ) Tabel 2 Data Fisik Fluida Dingin dan Fluida Panas 2-E-400 (Desain) Fluida Dingin, Cooling Water

Fluida Panas, Gas Process

W = 3.967.200 lb/jam

W = 1.151.229 lb/jam

t1 = 36,15° C

T1 = 94° C

t2 = 40,78° C

T2 = 61° C

(UBE INDUSTRIES. LTD. ” Heat Exchanger Specification Sheet ” )

S1 Reguler Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret

10

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

b. Pengamatan dan Pengukuran Besaran Operasi di DCS (Secara Langsung) diambil pada tanggal 12 Juli 2013 Tabel 3 Data Fisik Fluida Dingin dan Fluida Panas 2-E-400 (Aktual) Fluida Dingin, Cooling Water

Fluida Panas, Gas Process

W = 4.315.432 lb/jam

W = 1.843.029 lb/jam

t1 = 36,64° C

T1 = 106,83° C

t2 = 44,77° C

T2 = 48,19° C

2. Data dari studi literature Data lain didapat dari literatur yaitu dari buku ”Process Heat Transfer” (Donald Q.Kern) dan ”Chemical Engineering” (J. M. Coulson & J. F. Richardson). B. Cara Mengolah Data Tahapan perhitungan evaluasi kinerja primary gas cooler (2-E-400). 1. Menghitung physical properties fluida pada bagian shell dan tube (Cp, μ, k, s) Untuk mengevaluasi E-400, data yang diperlukan yaitu : - Fraksi mol (y)

- Kapasitas panas (Cp)

- Fraksi berat (w)

- Konduktivitas thermal (k)

- Viskositas ( μ)

- Spesifik gravity (s)

Data properti fisis fluida nonviscous (μ Rd min. Hal itu menunjukkan bahwa kinerja primary gas cooler (2-E-400) masih cukup baik dan alat masih dapat dibersihkan dari kerak yang terbentuk pada kedua permukaan shell dan tube.

S1 Reguler Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret

17

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

BAB V PENUTUP A. Kesimpulan 

Berdasarkan hasil perhitungan, efisiensi Primary Gas Cooler (2-E-400) ditunjukkan pada tabel berikut: Efisiensi Aktual Desain 98,81%



Berdasarkan Neraca

Berdasarkan Koefisien

Panas

Perpindahan Panas

83,52%

80,83%

Berdasarkan evaluasi yang dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai berikut: Spesifikasi primary gas cooler (2-E-400) yaitu : a. Fungsi

: mendinginkan gas proses dari reaktor polimerisasi untuk diumpankan ke kompresor

b. Tipe

: Shell and Tube

c. Hasil analisa : 

Nilai Rd perhitungan sebesar 0,00197 m2.K/W Nilai Rd minimum sebesar 0,00190 m2.K/W sehingga Rd perhitungan>> Rd minimum

Hal itu menunjukkan bahwa kinerja primary gas cooler (2-E-400) masih cukup baik dan layak digunakanserta alat masih dapat dibersihkan dari kerak yang terbentuk pada kedua permukaan shell and tube. B. Saran Untuk menjaga kinerja dari primary gas cooler (2-E-400) agar tetap baik maka yang harus diperhatikan adalah nilai dirt factor (Rd). Besarnya Rd tidak S1 Reguler Teknik Kimia 18

Universitas Sebelas Maret

Laporan Tugas Khusus PT. Lotte Chemical Titan Nusantara

boleh terlalu kecil dari Rd minimum karena hal itu menyebabkan tahanan alat tidak mampu menahan kerak yang terbentuk di dalam dinding tube. Sehingga dianjurkan Rd perancangan > Rd minimum agar tahanan alat mampu menahan kerak yang terbentuk. Usaha pembersihan Heat Exchanger harus dilakukan secara rutin agar kerak yang terbentuk tidak menumpuk terlalu banyak dan perpindahan panas dapat berjalan efektif.

S1 Reguler Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret

19