Di tempat saya bekerja ada Air Fin Cooler (AFC) tak terpakai yang originalnya didesain sebagai condenser untuk effluent stream dari sebuah Reaktor Pyrolized Gasoline. Menurut specification sheet dari vendor, untuk mengkondensasikan 184 Ton/jam effluent stream, heat exchange yang terjadi adalah 15 MMkCal/jam. Overall heat transfer rate menurut spec sheet adalah 15.14 kCal/jam-m2-oC.

Tanya – joko lelono

Dear Milister,

Di tempat saya bekerja ada Air Fin Cooler (AFC) tak terpakai yang originalnya didesain sebagai condenser untuk effluent stream dari sebuah Reaktor Pyrolized Gasoline. Menurut specification sheet dari vendor, untuk mengkondensasikan 184 Ton/jam effluent stream, heat exchange yang terjadi adalah 15 MMkCal/jam. Overall heat transfer rate menurut spec sheet adalah 15.14 kCal/jam-m2-oC. Ini data menurut original design.

AFC ini akan dialihfungsikan sebagai cooler bagi residue product stream sebelum masuk ke storage tank. Diharapkan AFC ini mampu mendinginkan 55 Ton/jam residue stream dari 337 C menjadi 60 C. Dengan specific heat rata-rata 0.578 kCal/kgoC dan viscositas sekitar 4 ~ 5 centipoise, AFC diharapkan mampu mengambil panas sebesar 8.8 MMkCal/jam.

Untuk itu, saya melakukan evaluasi heat balance dan heat transfer dengan metode yang saya adopsi dari GPSA hand book Ch. 10 dengan sedikit adaptasi sebagai berikut :

1. Heat balance antara Residue dan udara. Karena temperature residue outlet AFC ( To) belum tahu, dan temperature outlet udara (to) belum tahu juga, maka step 1 ini menghasilkan sebuah persamaan dengan dua unknown variable, To dan to.

2. Heat transfer calculation. Dengan data-data dimensi AFC yang ada di spec sheet, bisa diketahui heat transfer area, jumlah tubes, tube cross sectional area, AFC face area. Selanjutnya bisa dihitung NReynold, tube side film coefficient, air side film coefficient, dan pada akhrinya overall heat transfer coefficient for extended surface ( Ux). Dari sini bisa dihitung Heat transfer rate Q = Ux. Ax. LMTD = Mresidue . Cp residue . DT residue. Step 2 ini menghasilkan persamaan logaritmis dengan –sekali lagi– 2 unknown variable, To dan to.

3. Dari step 1 dan 2, karena ada 2 persamaan dengan 2 unknwon variable, bisa dihitung To dan to.

Ternyata diperoleh temperature residue outlet cooler ( To) sekitar 146 degC. Heat exchange hanya sekitar 6 MMkCal/hr, dan overall heat transfer coefficient-nya hanya 1.2 kCal/jam-m2-oC. Mengherankan sekali, AFC yang didesain sebagai condenser dengan duty 15 MMkCal/hr ketika digunakan sebagai heavy-residue cooler hanya mampu 6 MMkCal/hr.

Mohon masukan dan saran dari para begawan proses di milis ini. Apakah metode yang saya gunakan tersebut tepat ataukah tidak, dan metode apa lagi yang bisa digunakan untuk evaluasi kasus ini.

Terima kasih, wassalam.

Tanggapan 1 – asoulisa@technip

Kalau dilihat dari dari U dan hitungannya.
Kemungkinan besar mass flow rate udaranya terlalu kecil.
Untuk T outlet udara, anjuran saya set di 67 deg C.

Tanggapan 2 – joko lelono

Terima kasih atas feedback-nya Pak Asoulisa,

Namun masalahnya , AFC yang ada tersebut one complete set, termasuk Fans nya sekalian yang kapasitasnya juga sudah fixed.

Jadi fixed variable yang ada adalah inlet temperature & flow rate dari residue, flow rate & inlet temperature dari udara, dimensi dari tubes, tube bays & tube bundles . Variable yang akan dicheck & evaluasi adalah outlet temperature dari residue, outlet temperature udara, dan selanjutnya heat transfer rate & heat transfer coefficient.

Menurut data desain dari vendor, satu set AFC itu mampu mengambil panas hingga 15 MMkCal/jam untuk mengkondensasikan py-gas. Saya sebelumnya berharap AFC tersebut
sangat mampu mengambil panas sebesar 8.8 MMkCal/jam untuk mendinginkan liquid residue ke 60 oC. Tetapi setelah dikalkulasi dengan metode yang diadaptasikan dari GPSA handbook, ternyata panas yang diambil hanya 6 MMkCal/hr sehingga residue outlet temp. masih 146 oC ( outlet temperature dari udara diperoleh sekitar 62 oC ).

Saya ragu apakah hasil evaluasi ini benar atau salah. Jika memang benar, berarti harus menambah cooler didownstream AFC. Tetapi jika kalkulasi itu salah, — residue outlet temperature ternyata bisa dibawah 60oC — maka penambahan cooler akan menyebabkan temperatur residue jatuh dibawah pour point-nya sehingga menyumbat AFC tubes dan shell side dari cooler.

Mohon feedback dari rekan2 sekalian tentang akurasi data2 yang ada di GPSA handbook, serta summary dari metode2 lain yang bisa diaplikasikan untuk kasus yang saya hadapi ini.

Terima kasih atas bantuannya,

Tanggapan 3 – Harri Djati Moeljoso

Saya ikut memberi informasi.

Apakah ada pitch control pada air fin cooler sehingga bisa
mengendalikan heat duty?
Adanya pitch control bisa mengendalikan sesuai beban yang
dikehendaki.

Apabila bila ingin mengecek design bisa dilakukan dengan
HTRI, di Indonesia ada sekitar 10 perusahaan yang punya
hak licensi. Perusahaannya di Surabaya & Jakarta ada.

Tanggapan 4 – asoulisa@technip

Kalau begitu, apakah nilai U baru yang diquote pak Joko (1.2
kCal/(hr-m²-deg C) itu benar pak?
feedback saya pertama jujur saja karena melihat angka U yang sangat
rendah.
Kalau bisa tahu, total heat transfer surface area available berapa ya,
pak?

Tanggapan 5 – roeddy setiawan

Pak Joko, sori nih ngak baca trailing email sebelum nya.

Cuman dari penggalan email bapak kelihatannya bapak tidak puas dg performanced cooler yang terpasang.
Theoritical calculation bapak minta diambilkan panas sebesar 15 mmkcal/hr ??? your calculation yield only 8.8 mmkcal.
temperature outlet expected 60 C yield 146 C
air coler hot side cuman 62 C

Ada beberapa hal yang harus bapak telusuri, apakah 8.8 mm itu dihitung dg cukup teliti, maksud saya sudah diperiksa ada tidak fraksi yang condensing pd 146 C, karena heat evaporation/condensation jauh mungkin 500 x lebih besar dr sensibel heat buat gas yang anda hitung.
kemungkinan lain composisi gas antara reality dg design ngak ketemu, pd saat design tidak ada condesasion sekarang condense yah tentu aja tanpa dilihat bagian yg condense nya sepertinya HX under power, padahal sudah mengambil sebagaimana mestinya.

Ke dua kalau saya lihat say temp di indonesia 30 -35 deg C outlet anda sudah 62 C, temperaure approach nya sudah bagus, jadi fin density saya kira okay.

Kalau bapak mau improve spent di fan saja dg prime mover nya to give larger air mass thru put jadi nanti meningkat kan U dr hx anda sehingga diharap bisa remove heat lebih banyak.

Tanggapan 6 – joko lelono

Dear All,

Terkait dengan subyek diatas saya menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya atas semua respons, saran dan bantuan rekan2 milister disini.

Alhamdulillah ada seorang milister yang berbaik hati membantu evaluasi secara detail dan lebih akurat, meski hasil akhirnya residue outlet Cooler masih sekitar 110 degC, tidak bisa langsung ke storage tank tanpa additional cooling water exchanger. Terima kasih buat waktu dan energi yang telah diluangkan untuk membantu saya dalam kasus ini, semoga Allah membalas dengan yang lebih baik.

Sekali lagi terima kasih semuanya, Bravo Migas Indonesia.