KAJIAN HEAT EXCHANGER BE-505 SEBAGAI FEED PREHEATER dari REAKTOR HIDROGENASI pada UNIT PURIFIKASI di PT AMOCO MITSUI PTA INDONESIA

Transkripsi

1 KAJIAN HEAT EXCHANGER BE-505 SEBAGAI FEED PREHEATER dari REAKTOR HIDROGENASI pada UNIT PURIFIKASI di PT AMOCO MITSUI PTA INDONESIA Study of BE-505 Heat Exchanger as Feed Preheater Hydrogenation Reactor in PT Amoco Mitsui PTA Indonesia TUGAS AKHIR Oleh HANI SRI HARYANI KIKA SUWARNO PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012

2 KAJIAN HEAT EXCHANGER BE-505 SEBAGAI FEED PREHEATER dari REAKTOR HIDROGENASI pada UNIT PURIFIKASI di PT AMOCO MITSUI PTA INDONESIA Study of BE-505 Heat Exchanger as Feed Preheater Hydrogenation Reactor in PT Amoco Mitsui PTA Indonesia TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Diploma III Teknik Kimia Oleh Hani Sri Haryani Kika Suwarno PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012

3

4 DAFTAR RIWAYAT HIDUP Nama : Hani Sri Haryani Tempat, Tanggal Lahir : Sukabumi, 06 Juli 1991 Alamat : Kp. Salagombong RT 003/004 Ds. Sukadamai Kec. Cicantayan Kab. Sukabumi Telepon / HP : hani.sriharyani@gmail.com Pendidikan : Tahun Sekolah Jurusan MI Nahdzatul Falah MTs Yasti 1 Cisaat SMAN 1 Cibadak IPA Politeknik Negeri Bandung Teknik Kimia Nama : Kika Suwarno Tempat, Tanggal Lahir : Tasikmalaya, 20 Desember 1991 Alamat : Kp. Rancapetir RT/RW 014/006 Ds. Karangmekar Kec. Karangnunggal Kab. Tasikmalaya Telepon / HP : kikasuwarno@gmail.com Pendidikan : Tahun Sekolah Jurusan SD N Karangnunggal SMP N 1 Karangnunggal SMA N 1 Karangnunggal IPA Politeknik negeri bandung Teknik Kimia

5 Bismillahirrahmanirrahim.. Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai (dari suatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain. Dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kaum berharap. (QS. Alam Nasyrah : 5-8) Ya Allah telah banyak karunia yang Engkau berikan kepadaku, begitu banyak Rizki-Mu yang telah Engkau limpahkan sampai tak terhingga nikmat yang telah ku rasakan. Engkau lah yang mewujudkan sesuatu yang tak mungkin menjadi mungkin. Alhamdulillahhirabbilalamin... Tugas AKhir ini ku persembahkan untuk: Keluarga Besar (kakek, nenek dan semuanya) yang selalu memberikan dukungan moriil dan materiil. Perhatian dan pengertianya serta kasih sayang mereka yang tak ternilai harganya. Khususnya saya persembahkan buat Ayah dan Mamah yang telah membesarkan, mendidik dengan segala kasih sayangnya, menyayangi dengan segenap kesabarannya. Dan buat adik-adik saya, Fajar, Rifani, Rafa yang menjadi penyemangat saya, yang selalu membuat saya tersenyum, dan selalu membuat saya kangen rumah. Teman-teman kosan Setia Laksana yang tetap setia menemani selama 3 tahun, Kika, Riska, Rina, Nadia dan leni. suasana kosan menjadi lebih hangat, rame dan penuh dengan suasana kekeluargaan karena adanya kalian. Kika Suwarno, my partner Tugas Akhir sekaligus Kerja Praktek. Terima kasih untuk semua pengorbanannya selama ini. Terima kasih untuk kerjasama dan kesabarannya. Begitu banyak waktu yang telah kita lewati bersama, susah dan senang kita tanggung bersama (inget kejadian di cilegon.. nangis+ketawa bareng). Finally.. kita berhasil melewatinya ka!!!! Teman-teman Teknik Kimia Angkatan 2009 khususnya buat BEBE REUS yang selalu memberikan perhatian dan pengertiannya. Dan tidak lupa juga buat anak-anak Chemista 09 yang selalu menambah keramaian kosan. Saya juga mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu saya yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Terima kasih semuanya. Kalian adalah bagian yang paling berharga dalam hidup.. Love U All Hani Sri Haryani

6 Dengan menyebut nama Allah Yang Maha Pemurah lagi Maha Penyayang. Segala puji bagi Allah, Tuhan semesta alam. Yang Maha Pemurah, lagi Maha Penyayang. Yang menguasai hari Pembalasan (hari akhirat). Hanya kepada Engkaulah kami menyembah dan hanya kepada Engkaulah kami memohon pertolongan. Tunjukilah kami jalan yang lurus. Yaitu jalan orangorang yang telah Engkau kurniakan nikmat kepada mereka, bukan (jalan) orang-orang yang Engkau murkai (Yahudi), dan bukan pula (jalan) orang-orang yang sesat (Nasrani). (Al-Fatihah : 1-7) Kupersembahkan karya sederhana ini untuk yang kusayangi dan kukasihi : Kedua orang tuaku yang sangat kusayangi. Mamah dan Bapak. Terimakasih mah, pak, terimakasih tiada tara ananda ucapkan atas semua curahan kasih sayang yang telah kalian berikan. Mudahmudahan melalui karya sederhana ini merupakan jalan awal untuk bisa membahagiakan kalian. Meskipun ini masih belum seberapa dibandingkan dengan semua jerih payah, cucuran keringat serta air mata dan pengorbanan yang telah kalian lakukan; semoga hal ini bisa sedikit membanggakan hati mamah (Warsini) dan bapak (Nono Suwarno). Kakakku (Cucu Suwarno) serta Adikku (Rizal R. Suwarno) yang senantiasa memberikan dukungan yang sangat luar biasa. Kita pasti bisa menjadi 3 bersaudara yang dahsyat. De, kamu harus jadi orang yang luar biasa... Serta semua keluarga dimana doanya tak henti mengiringiku... Kakek, Nenek (Alm), terimakasih atas semua kecerewetanmu Nek, anananda tau itu semua tanda kasih sayangmu, maaf ananda belum bisa membuatmu tersenyum sesungguhnya di dunia... Partner tugas akhirku, Hani Sri Haryani yang dengan sabarnya berada disampingku,, ahahaa... makasih dan maaf jika selalu merepotkan... hehee... ayooo,, kita gapai cita dan harapan!!! Penghuni kostan Setia Laksana yang SETIAAA bangeetttt : Ikok, Na, Lenong, Hani, Nadia.. yang telah menemani hari-hariku selama 3 tahun dalam suka maupun duka... ;) Bebereuuss yang menjadi pelipur di kala sedih,, serta teman-teman angkatan 2009, terimakasih atas rasa kekekuargaan dan semangat serta bantuannya... Serta semua pihak yang telah mengisi hari-hari di kehidupanku. Terima kasih... ^_^ ~Kika Suwarno ~

7 KATA PENGANTAR Dengan mengucap syukur alhamdulillah atas ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir yang berjudul Kajian Heat Exchanger BE-505 Sebagai Feed Preheater dari Reaktor Hidrogenasi pada Unit Purifikasi di PT Amoco Mitsui PTA Indonesia. Pelaksanaan Tugas Akhir merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Studi Diploma III Jurusan Teknik Kimia di Politeknik Negeri Bandung. Saran, bimbingan dan bantuan senantiasa datang baik langsung maupun tidak langsung selama pelaksanaan tugas akhir ini. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada : 1. Iwan Ridwan, ST. MT., sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir dari kampus yang telah memberikan bimbingan sehingga laporan tugas akhir ini dapat terselesaikan. 2. Diana Ekawati Fajrin, ST., sebagai pembimbing dari PT Amoco Mitsui PTA Indonesia. 3. Heru Sudaryadi, ST., dari Process Engineeering Section PT Amoco Mitsui PTA Indonesia. 4. Rispiandi, ST. MT., sebagai Koordinator Tugas Akhir. 5. Ir. Dwi Nirwantoro Nur, MT., sebagai Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. 6. Seluruh staf serta Ibu dan Bapak dosen di Jurusan Teknik KimiaPoliteknik Negeri Bandung, terima kasih atas bimbingan dan sarana yang telah diberikan. 7. Teman-teman mahasiswa/i Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung angkatan Penyusun menyadari masih banyaknya kekurangan yang terdapat dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini, oleh karena itu penyusun sangat mengharapkan segala bentuk kritik dan saran yang membangun untuk menyempurnakanlaporanini. Akhir kata penyusun ucapkan alhamdulillah atas terselesaikannya Laporan Tugas Akhir ini dan berharap laporan ini bisa bermanfaat khususnya bagi penyusun umumnya bagi para pembaca. Bandung, Juli 2012 Penyusun i

8 ABSTRAK Heat exchanger BE-505B sebagai pemanas umpan tahap 7 di unit purifikasi PT Amoco Mitsui PTA Indonesia mengalami kebocoran pada bagian expansion joint sehingga perlu dicari metode pemanasan umpan lain yang sesuai dengan kebutuhan proses. Periode pengambilan data dilakukan dari bulan Februari sampai Maret 2012 di bagian departemen teknikal seksi Process Engineering PT Amoco Mitsui PTA Indonesia. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan pilihan terbaik dari 3 opsi yang dilakukan dengan memenuhi kondisi operasi yang telah ditentukan. 3 opsi metode pemanasan umpan tersebut yaitu opsi 1 dengan menaikkan laju alir hot oil, opsi 2 dengan menaikkan temperatur hot oil yang digunakan sebagai media pemanas pada laju alir 500 ton/jam, 600 ton/jam dan 675 ton/jam. Opsi 3 mengganti heat exchanger BE-505B dengan spare heat exchanger dengan nomor tag BE-504B. Semua perhitungan dilakukan menggunakan metoda NTU (Number of Transfer Unit) dan diselesaikan dengan menggunakan program komputer MATLAB (Matrix Laboratory). Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa opsi 3 merupakan opsi yang tepat untuk diaplikasikan karena pemanasan umpan (slurry) dapat mencapai temperatur 288 o C pada laju alir hot oil kg/jam dan temperatur hot oil 323,814 o C. Kenaikan temperatur hot oil mengakibatkan bertambahnya kebutuhan bahan bakar untuk memanaskan hot oil sebesar 245,9 m 3 /jam, sehingga biaya yang harus ditambahkan untuk penambahan bahan bakar tersebut sebesar US$ 65,5 /jam. Kata kunci : heat exchanger, hot oil, Number of Transfer Unit ii

9 ABSTRACT There is a leakage at expansion joint in BE-505B heat exchanger as the 7 th stage feed of pre-heater in purification unit PT Amoco Mitsui PTA Indonesia so that other methods of heating the feed has to be obtained to suit the needs of the process. Data were collected from February to March 2012 in the process engineering section of the technical department PT Amoco Mitsui PTA Indonesia. This study aimed to determine the best choice of three options of heating method of the feed which suits the operating condition. Three option methods of heating the feed were increasing the flow rate of hot oil as the first option, second option is increasing the temperature of hot oil used as heating media at a flow rate of 500, 600, and 675 ton/hour. The third option was to change the BE-505B heat exchanger with a spare heat exchanger with the tag number of BE-504B. All calculations were done using the method of NTU (Number of Transfer Unit) and solved using a computer program MATLAB (Matrix Laboratory). From the calculation results, it was obtained that the third option was the correct option since the feed (slurry) could reach temperatur of 288 o C, at hot oil flow rate of 490 ton/hour, and hot oil temperature of 323,814 C. The effect of increasing hot oil temperature was the increase of fuel to heat the hot oil to 236,18 m 3 /hour. So the cost should be added to increase the fuel equals to US$ 65,5/hour. Keywords : heat exchanger, hot oil, Number of Transfer Unit iii

10 DAFTAR ISI HALAMAN DEPAN HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... ii ABSTRACT... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN... ix DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Manfaat Ruang Lingkup Tahapan Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Deskripsi Proses Pemanasan Umpan dalam Preheater dan Heater di Unit Purifikasi Hot Oil Furnace Prinsip Perpindahan Kalor Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger) Masalah pada Heat Exchanger Pengukuran Kinerja Heat Exchanger Shell and Tube Heat Exchanger Pembagian Alat Penukar Kalor Jenis Shell and Tube Berdasarkan Standard of Turbular Exchanger Manufactures Association (TEMA) Komponen Utama Shell and Tube Heat Exchanger Jumlah Lintasan pada Shell and Tube Heat Exchanger Metode Effectiveness-NTU (Number of Transfer Unit) BAB III METODOLOGI PENELITIAN Tahap Persiapan Tahap Perhitungan Opsi 1 (Menaikkan laju alir hot oil yang masuk ke dalam feed heater BE-506A/B) iv

11 3.2.2 Opsi 2 (Menaikkan temperatur hot oil yang masuk ke dalam feed heater BE-506A/B pada saat 4 variasi laju alir hot oil) Opsi 3 (Menggunakan BE-504B sebagai pengganti BE-505B) Pemilihan Opsi BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Deskripsi Proses di PT Amoco Mitsui PTA Indonesia Sistem Pemanasan di Unit Purifikasi Sistem Pemanasan tanpa Heat Exchanger BE-505B Opsi 1 Menaikkan laju alir Hot Oil sebagai Media Pemanaspada Feed Heater BE-5-6A/B Opsi 2 Menaikkan temperatur hot oil sebagai Media Pemanas pada Feed Heater BE-506A/B pada laju alir hot oil kg/jam, kg/jam, kg/jam dan kg/jam Opsi 3 Menggunakan Heat Exchanger BE-504B sebagai Pengganti dari Heat Exchanger BE-505B Variasi pada saat menambahkan heat exchanger BE-504B sebagai pengganti dari heat exchanger BE-505B Kebutuhan Natural Gas sebagai Bahan Bakar dalam Hot Oil Furnace Pemilihan Opsi BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xi LAMPIRAN v

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Spesifikasi Heat Exchanger... 8 Tabel 2.2 Kalor Jenis (cp) Slurry... 9 Tabel 2.3 Kalor Jenis (cp) Hot Oil Therminol Tabel 2.4 Persamaan untuk Menentukan Effectiveness Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Kebutuhan Natural Gas vi

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Proses Pemanasan Umpan CTA Dengan Menggunakan 9 Buah Heat Exchanger... 1 Gambar 2.1 Blok Diagram Proses Pembuatan PTA di PT Amoco Mitsui PTA Indonesia... 6 Gambar 2.2 Profil Temperatur Aliran Co-current atau Parallel Flow Gambar 2.3 Profil Temperatur Aliran Counter-current Gambar 2.4 Shell and Tube Heat Exchanger Tipe BEM by TEMA Gambar 2.5 Lintasan pada Alat Penukar Panas Tipe Shell and Tube Gambar 2.6 Effectiveness of a shell and tube with one shell and any multiple of two tube passes (two, four, etc tube passes) (a), ɛ of a shell and tube with two shell passes and any multiple of four tube passes (four, eight, etc tube pasess) (b) Gambar 2.7 Effectiveness of a single-pas, cross-flow heat exchanger with both fluid unmixed (a), with one fluid mixed and the other unmixed (b) Gambar 3.1 Skema Sistem Pemanasan Umpan Crude Terepthalic Acid SebelumMasuk ke dalam Reaktor Hidrogenasi Gambar 3.2 Algoritma Perhitungan Sistem Pemanasan Tanpa Adanya Feed Preheater Tahap 5 (BE-505B) Gambar 3.3 Algoritma Perhitungan Metoda Efektivitas-NTU (Number of Transfer Unit) Gambar 3.4 Skema Sistem Pemanasan Umpan dengan Menaikkan Laju Alir Hot Oil Gambar 3.5 Skema Sistem Pemanasan Umpan dengan Menaikkan Temperatur Hot Oil pada 3 Variasi Laju Alir Hot Oil Gambar 3.6 Skema Sistem Pemanasan Umpan Penggantian Heat Exchanger BE-505B dengan Heat Exchanger BE-504B Gambar 3.7 Algoritma Perhitungan dengan Menaikkan Laju Alir Hot Oil Gambar 3.8 Algoritma Perhitungan dengan Menaikkan Temperatur Hot Oil pada 4 Variasi Laju Alir Hot Oil Gambar 3.9 Algoritma Perhitungan Penggantian Heat Exchanger BE- 505B dengan Heat Exchanger BE-504B Gambar 4.1 Kurva Hubungan %Total Solid terhadap Temperatur Kelarutan TA (Terepthalic Acid) Gambar 4.2 Kurva Hubungan Temperatur Slurry Keluaran Heat Exchanger BE-506B Terhadap Kenaikan Laju Alir Hot oil Gambar 4.3 Kurva Hubungan Temperatur Slurry Keluaran Heat Exchanger BE-506B Terhadap Kenaikan Temperatur dan Laju Alir Hot oil Gambar 4.4 Kurva Hubungan Temperatur Slurry Keluaran Heat Exchanger BE-506B Terhadap Kenaikan Temperatur Hot oil pada Laju Alir Hot Oil kg/jam vii

14 Gambar 4.5 Kurva Hubungan Temperatur Slurry Keluaran Heat Exchanger BE-506B Terhadap Kenaikan Temperatur Hot oil yang masuk ke dalam BE-506A/B pada 3 variasi laju alir viii

15 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Data Penelitian... A-1 Lampiran B M-File Matlab... B-1 B.1 M-File Function... B-1 B.2 M-File Run... B-3 Lampiran C Perhitungan Metode NTU (Number of Tranfer Unit)... C-1 Lampiran D Formulir Bimbingan Lampiran E Form Perbaikan Seminar TugasAkhir ix

16 DAFTAR NOTASI ɛ efektivitas alat penukar panas, tak berdimensi q laju alir kalor aktual (kcal/jam) q maks C C C H m C m H Cp C Cp H C min C maks laju alir kalor maksimum yang mungkin terjadi (kcal/jam) kapasitas panas fluida dingin (kcal/jam ) kapasitas panas fluida panas (kcal/jam ) laju alir massa fluida dingin (kg/jam) laju alir massa fluida panas (kg/jam) kalor jenis fluida dingin (kcal/kg ) kalor jenis fluida panas (kcal/kg ) kapasitas panas minimum (kcal/jam ) kapasitas panas minimum (kcal/jam ) T Hi temperatur masuk fluida panas ( ) T Ho temperatur keluar fluida panas ( ) T Ci temperatur masuk fluida dingin ( ) T Co temperatur keluar fluida dingin ( ) NTU Number of Transfer Unit, tak berdimensi U koefisien perpindahan panas keseluruhan (kcal/jam m 2 ) A luas permukaan penukar panas (m 2 ) Cr rasio kapasitas panas x

17 DAFTAR PUSTAKA Adi, agung nugroho.2010.perpindahan Panas Dasar.Yogyakarta:Universitas Islam Indonesia. Anonim.2011.HEAT EXCHANGER.(online).tersedia: (28 Februari 2012). Anonim. (online).tersedia: Bakar-Yang-Baik. (19 Juni 2012). Brogan, R.J Shell and Tube Heat Exchanger.(online).tersedia : (12 Juni 2012). Cao,Eduardo Heat Transfer in Process Engineering. Singapore:Mc Graw Hill. Constantinides, Alkis & Navid Mostouti.1999.Numerical methods for Chemical Engineers with MATLAB Application.United States of Amerika:Prentice Hall Inc. Dewi, Laksmi dkk. Tanpa tahun. Laporan Praktikum Teknik Kimia Shell and Tube Heat Exchanger. Surabaya:Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Eka, dkk. Laporan Praktikum Heat Exchanger.(online).tersedia : (28 Februari 2012). Geankoplis,C.J Transport Processes and Separation Process Principles. United State of Amerika. Bernard Goodwin. Hartono, Rudi Modul 1.07 Penukar Panas. Cilegon:Universitas Sultan Ageng Tirtayasa. Hewitt, G. F, G. L. Shires adnd T.R Bolt.2000.Process Heat Transfer.New York: Begel Hause Inc. xi

18 J.P. Holman Perpindahan Kalor.Jakarta :Erlangga. Kern, Donald Q Process Heat Transfer. Singapore : McGraw-Hill Book Company. Mc.Cabe, Warren L Unit Operations of Chemical Engineering. Singapore : McGraw-Hill Book Company. NM STATE UNIVERSITY. Heat Exchangers Chapter 11 Section 11.5 Sitompul, T Alat Penukar Kalor. Jakarta : PT Raja Grafindo Persada. SOLUTIA. High Performance Highly Stable Heat Transfer Fluid. ( 20 Juni 2012). Stefanus.2010.Dapur (Furnace) di Industri Pengolahan Minyak.(online).tersedia : (19 Juni 2012). Thamrin, Ismail Analisa Performansi Alat Penukar Kalor Tipe Shell And Tube Dengan Menggunakan Perangkat Lunak Computer Visual Basic 6.0.Palembang:Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya. Wibawa Dwi S, Indra.HEAT EXCHANGER.Universitas Lampung. Widiarsono, Teguh Tutorial Praktis Belajar MATLAB.Jakarta.Hal Windriyanto. Alat Penukar Panas (Heat Exchanger) (online) tersedia: (28 Februari 2012) xii