Volume  7 No.1 April 2018 ISSN : 2252 - 7311 e-ISSN : 2549 - 6840 Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/konversi Email :  jurnalkonversi@umj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## Evaluasi Alat Penukar Kalor (Cooler) di High Vacuum Unit (HVU) III
(studi kasus di kilang XYZ)
Sarah Dampang 1
1 Fakultas Teknik Universitas Singaperbangsa Karawang sarah.dampang@ft.unsika.ac.id
ABSTRAK .  HVU  III  didesain  untuk  dapat  memproses  reduced  crude  oil  dari  CDU  V  atau reduced  crude  dari  tank  export  fuel  oil  exsisting.  HVU  III  merupakan  salah  satu  unit  yang bertujuan  untuk  mengangkat  fraksi-fraksi  ringan  yang  mungkin  masih  terkandung  dalam reduced crude. Kondisi vacuum yang didesain tersebut untuk menarik fraksi-fraksi ringan pada temperature  yang  relative  rendah.  Dengan  adanya  upaya  pengambilan  produk  slop  wax sebagai  HVGO  tentunya  kondisi  operasi  mengalami  perubahan  dan  terjadi  penambahan peralatan  (Pompa  dan  HE)  serta  modifikasi  perpipaan.  Oleh  karena  itu  dalam  penelitian  ini membahas tentang desain HE (Cooler) dengan produk slop wax sebagai HVGO yang akan didinginkan  dari  temperature  298 o C  menjadi  70 o C  dengan  flow  rate  40  m 3 /hr.  Dan  sebagai media pendingin digunakan Sea Water (air laut) dari temperatur 30 o C menjadi 38 o C. Pressure slop wax 20 kg/cm 2 dan sea water 4 kg/cm 2 . Hasil perhitungan untuk mendinginkan slop wax memerlukan  Cooler  sebanyak  6  (enam)  unit  dengan  kebutuhan  air  laut  sekitar  709187,39 lb/hr, dan panas yang dipindahkan dalam keadaan kotor (fouled) sebesar 0,0029 hr ft 2 F/btu. Pressure  drop  untuk  slop  wax  sebesar  7,08  psi  sedangkan  sea  water  sebesar  39,33  psi. Dengan  kondisi  demikian  diharapkan  penambahan  peralatan  dalam  hal  ini  Cooler  dapat dilakukan sebagai upaya untuk pengambilan produk slop wax sebagai HVGO.
Kata kunci:  HVGO, Slop Wax, Sea Water, Crude, Cooler
ABSTRACT . HVU III is designed to process reduced crude oil from CDU V or reduced crude  from  export  oil  existing  tanks.  HVU  III  is  one  unit  that  aims  to  lift  light  fractions that  may  still  be  contained  in  reduced  crude.  The  vacuum  condition  is  designed  to attract mild fractions at relatively low temperatures. With the effort to take the product slop wax as HVGO, indeed the operating condition is changing and there is addition of equipment  (Pump  and  HE)  and  modification  of  piping.  Therefore  in  this  study  about design  HE  (Cooler)  with  slop  wax  product  as  HVGO  which  will  be  cooled  from temperature  298 o C  to  70 o C  with  flow  rate  40  m 3 /  hr.  And  as  a  cooling  medium  used Sea Water (sea water) from temperature 30 o C to 38 o C. Pressure slop wax 20 kg / cm 2 and  sea  water  4  kg  /  cm 2 .  The  calculation  results  for  cooling  the  wax  slop  requires  a Cooler of 6 (six) units with a seawater requirement of about 709187.39 lb / hr, and heat transferred in a fouled state of 0.0029 hr ft2 F / btu. Pressure drop for slop wax equal to 7.08 psi while sea water equal to 39.33 psi. Under these conditions it is expected that the  addition  of  equipment  in  this  case  Cooler  can  be  done  as  an  effort  to  take  the product of slop wax as HVGO.
Keywords: HVGO, Slop Wax, Sea Water, Crude, Cooler

## PENDAHULUAN

## Latar Belakang
HVU III (High Vacuum Unit) merupakan salah  satu  proyek  upgrading  yang  ada di kilang  XYZ dengan  kapasitas maksimal  25  MBSD.  HVU  III  didesain untuk dapat memproses reduced crude dari  CDU  V  atau  reduced  crude  dari tank  export  fuel  oil  existing.  HVU  III merupakan  salah  satu  unit  yang bertujuan  untuk  mengangkat  fraksi- fraksi  ringan  yang  mungkin  masih terkandung  dalam reduced  crude . Kondisi vacuum yang didesain tersebut untuk  menarik  fraksi-fraksi  ringan  pada temperature  yang  relative  rendah. Sebenarnya  tanpa  kondisi  vacuum  pun dapat  mengangkat  fraksi  ringan,  tetapi diperlukan  temperature  yang  tinggi. Jika digunakan temperature yang tinggi dapat  terjadi  cracking  pada  rantai hidrokarbon  yang  tentu  saja  tidak diinginkan produk utama dari HVU III. Pola  pengoperasian  HVU  III  terdiri  dari 2 (dua) macam yaitu :
1.  Mode Wax Plant Feed Stock (POD), dimana  produk  tengahnya  adalah POD  digunakan  sebagai  umpan untuk wax plant.
2.  Mode  HCU  Feed  Stock  (HVGO), dimana  produk  tengahnya  adalah HVGO  digunakan  sebagai  umpan HCU.
Perbedaan  paling  utama  dari  2  (dua) pola  tersebut  adalah  terletak  pada Spesifikasi  End  Point  destilasi  antara produk  POD  dan  HVGO,  dimana  POD 490 o C  dan  HVGO  560 o C.  Pada kondisi operasi  aktualnya  HVU  III  dioperasikan untuk memenuhi kebutuhan POD sebagai  umpan  Wax  Plant  (mode  wax plant feed stock).
Dengan  pola  operasi  menghasilkan POD mengakibatkan adanya
komponen  HVGO  (cutting  antara  490- 560 o C)  yang  menjadi  terikut  produk short  residu.  Oleh  karena  itu  dicari upaya  kemungkinan  untuk  mengambil komponen  HVGO  melalui  fasilitas  slop wax.  Slop  merupakan  produk  short residu  yang  ditarik  dari  seksi  slop  wax, dimana seksi slop wax terletak diantara flash zone dan HVGO draw tray. Fungsi dari seksi slop wax untuk menghilangkan  dari  vapour  yang  naik
dari  flash  zone  semua  hidrokarbon berat  yang  memiliki  boiling  point  yang lebih  tinggi  dari  pada  komponen terberat dari HVGO. Hidrokarbon tersebut  adalah  Over  Flash  material yang  terbawa  di  dalam  vapour  yang naik  yang  harus  dihilangkan  untuk memastikan bahwa carbonanceous material  (high  carbon  residu)  tidak  ikut terbawa  di  dalam  produk  HVGO.  Slop wax  yang  ditarik  diresirkulasikan  ke inlet  vacuum  heater  untuk  membantu mengontrol  temperature  outlet  vacuum heater dan untuk menaikan laju internal refluks pada seksi slop wax, sedangkan sebagian  lagi  dikembalikan  ke  bottom vacuum column. Dengan adanya upaya pengambilan  produk  slop  wax  sebagai HVGO tentunya kondisi operasi
mengalami perubahan dan terjadi penambahan  peralatan  (Pompa  dan HE) serta modifikasi perpipaan.

## Tujuan dan Manfaat
Tujuan yang hendak dicapai adalah :
a. Mengevaluasi dan mengenal proses- proses  di  kilang  XYZ  pada  umumnya, dan HVU III pada khususnya b.Mengevaluasi  performance  dari  alat HE (Cooler) yang akan didesain

## Heat Exchanger (HE)
Salah  satu  peralatan  yang  paling  utama dalam  industri  kimia  adalah  alat  penukar panas, sebab alat tersebut sangat berguna untuk  mengkondisikan  suatu  bahan  yang ingin dinaikkan maupun diturunkan suhunya.  Alat  penukar  panas  atau  yang biasa  disebut HE  (Heat  Exchanger) dapat berupa  Vapourization,  Heater,  Cooler, Condenser  dan  Reboiler.  Prinsip  yang digunakan adalah transfer panas dari fluida yang  suhunya  lebih  tinggi (Hot  Fluid )  ke fluida  yang  suhunya  rendah  (Cold  Fluid) melalui  sebuah  bidang  transfer  panas. Pada saat mendesain sebuah alat penukar panas perlu  diketahui betul tentang tujuan alat  tersebut  sehingga  pemilihan  alat  dan bahan yang digunakan lebih tepat.
Ada  enam  tipe  alat  penukar  panas  yaitu; shell  dan  tube  HE,  Double  pipe  HE, Extended  surface  HE,  Coil  HE,  plate  HE dan  Air  cooled  HE.  Shell  dan  tube  terdiri dari dua bagian besar yaitu shell dan tube. Shell adalah bagian yang berada pada sisi
luar  HE  dan  biasanya  dilewati  oleh  fluida yang  suhunya  lebih  tinggi  dan  bersifat korosif, sedangkan tube atau yang dikenal sebagai  pipa-pipa  tersusun  dalam  jumlah yang cukup besar.
Faktor-faktor  yang  mempengaruhi  kinerja sebuah HE adalah: Physical dan thermodynamic properties ( Cp, H, k, µ,  ) dari  suatu  fluida,  luas  bidang  transfer panas,  perbedaan  temperature  kedua fluida,  kecepatan  aliran  massa  dari  fluida yang  mengalir  dan  hal-hal  lain  yang menyebabkan  terganggunya  aliran  fluida misalnya korosi dan scaling.

## Faktor Koreksi
Dalam  perhitungan  HE,  aliran  selalu diasumsikan  counter  current  sehingga dalam  perhitungan  LMTD  digunakan metode  countercurrent.  Seringkali  aliran fluida  dalma  HE  melalui  beberapa  tube pass  atau  baffles  sehingga  dalam  HE terjadi aliran concurrent atau countercurrent.  Untuk  memperoleh  nilai LMTD yang benar, perlu dilakukan koreksi dengan  menggunakan  factor  koreksi,  Ft tergantung  desain  HE  tersebut.  Untuk memperoleh  harga  faktor  koreksi  dapat dilihat  dalam  grafik,  dimana  nilainya tergantung  dari  jumlah  shell  pass  dan hanya valid jika Q adalah fungsi linier dari temperature.

## Fouling Faktor
Fouling  resistance  pada  heat  transfer disebabkan  oleh  kotoran,  sludge,  polimer atau  deposit  lain  pada  inner/auterwall  dari tube  dalam  HE.  Nilai  yang  digunakan menunjukkan  resistensi  yang  diharapkan selama  operasi  normal  dengan  jangka waktu penggunaan antara waktu pembersihan. Tabulated fouling menunjukan perlindungan HE dari pengurangan transfer panas untuk periode 1  tahun  sampai  1,5  tahun.  Fouling biasanya  tidak  banyak  terjadi  bila  berada dibawah  temperature  250 o F.  Pemanasan hidrocarbon  lebih  banyak  menyebabkan fouling  dari  pada  mendinginkannya.  Aliran fluida yang tinggi atau dengan menggunakan blanket
gas inert mengurangi banyak terjadi fouling. Khusus untuk  long  residue  dari  CDU  yang merupakan  fraksi  berat  dan  panas  sedikit menyebabkan fouling. (……)

## Penempatan Fluida
Pertimbangan  dalam  penempatan  lokasi apakah  fluida  dengan  apakah  melewati shell  atau  tube  adalah  fouling,  korosi  dari fluida,  pressure  drop,  desain  temperatur, material  cost,  karakteristik  dari  fluida, kecepatan  alir  fluida  dan  viskositas  dari fluida. Jika suatu fluida korosif, maka fluida tersebut  ditempatkan  didalam  tube  untuk mengurangi  korosi  pada  bagian  luar  dan bagian  dalam  shell  atau  dengan  melapis tube  dengan  bahan  yang  tahan  korosi, karena lebih mudah membersihkan bagian dalam  tube  dari  pada  bagian  luarnya. Pertimbangan  lainnya  adalah  pressure. Jika  salah  satu  fluida  tekanannya  tinggi maka  ditempatkan  pada  tube  untuk mengurangi  biaya  konstruksi  shell  pada tekanan  tinggi.  Jika  salah  satu  memiliki viskositas  tinggi  sebaiknya  dilewatkan pada  tube  sebab  pressure  drop  pada daerah tersebut biasa lebih tinggi dibanding  jika  ditempatkan  pada  shell. Pressure drop di daerah tube relative lebih kecil  karena  hanya  dipengaruhi  friksi dengan dinding tube, konstraksi mendadak dan  ekspansi  mendadak,  besarnya  pun bisa  dihitung.  Sedangkan  pada  shell  ada pengaruh  dari  tumbukan  dengan  tube baffle  dan  sampai  saat  ini  belum  ada persamaan secara eksplisit untuk menghitung  pressure  dropnya.  Desain temperatur juga perlu diperhatikan, dimana temperature  fluida  yang  mengalir  dalm tube  maupun  shell  tidak  boleh  melebihi temperatur desain dari HE tersebut.

## METODOLOGI
Metodologi  yang  digunakan  adalah perhitungan  dan  pengumpulan  dari data lapangan dan data pustaka

## Perencanaan Desain
Pada  penelitian  ini  direncanakan  untuk mendesain  HE  (Cooler) dimana  produk slop  wax  sebagai  HVGO  yang  akan didinginkan  dari  temperature  298 o C menjadi  70 o C  dengan  flow  rate  40 m 3 /hr.  Dan  sebagai  media  pendingin digunakan  Sea  Water  (air  laut)  dari tempeartur 30 o C menjadi 38 o C. Pressure  slop  wax  20  kg/cm 2 dan  sea water 4 kg/cm 2 .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Perhitungan
Menggunakan 3 shell (1- 2 HE) LMTD =   t1 T2 t2 T1 t1) (T2 t2) (T1      =          6 111 4 384 126 585 6 111 4 384 126 585 , , ) , , ( ) ( = 357,8 R = 2 2 2 1 t T T T   = 6 111 126 4 384 585 , ,   = 13,9
S = 1 1 1 2 t T t T   = 4 384 585 6 111 126 , ,   Fig 10.30a  Ft = 0,99
Δtm   = Ft x LMTD
= 0,99 x 357,8 = 345,2 F
th tc   = 126 585 6 111 4 384   , , = 0,6
Fig. 10.34, F = 0,43
T c = T2 + F (T1 - T2) =  384,4 + 0,43 (585 – 384,4)
= 470,66 F
t c = t1 + F (t2 – t1)
=  111,6 + 0,43 (126 – 111,6)
= 117,79 F
Slop wax
 = 54 lb/ft 3
µ =  836,769 cP k = 0,049 btu/Ft hr.F C = 1,2 btu/lb.F Sea water  = 62 lb/ft 3
µ =  1,72 cP k = 0,35 btu/Ft hr.F C = 1,8 btu/lb.F Q = MCΔT M s = 40 m 3 /hr x 54 lb/ft 3 x ft 3 / 0,0283 M 3 = 76325,1 lb/hr Q = 76325,1 lb/hr x 1,2 btu/lbf x (585 – 384,3)F = 18382137,1 btu/hr
M w = t C  Q = F ) , ( lbFx / btu , hr / btu , 6 111 126 8 1 1 18382137  = 709187,39 lb/hr Asumsi U d = 32 btu/hr Ft 2
A  = tm Ux Q  =
F , lbFx hrFt / btu hr / btu , 2 354
32 1 18382137
2 =
1621,8 Ft 2
Nomer tube/shell =
Ft , Ftx x Ft , 1963 0 20 3 8 1621 2 = 138
Trial pada tabel 10-8
10  shell  17  ¼  in,  tube  172,  ¾  in  OD,  14 BWG, panjang 20 Ft pada 1 in square pitch
2 tube pitch.
Koefisien film masing-masing Tube side tabel 10.3 a t = N t a t / 144n = 172 x 0,2679 / 144 x 2 = 0,1599 Ft2 G t = M w / a t = 709187,39 lb/hr / 0,1599 Ft = 4435193,18 lb/hr Ft 2
R et = DG t / µ = Fthr / lb , hrFt / lb , Ftx , 235 4 18 4435193 049 0
= 51316,28 Jh  = 150
fig. 10.38
Pr  = FthrF / btu , Fthr / lb , lbFx / btu , 35 0 235 4 8 1 = 21,78 Shell Side
Asumsi B = 7 inch
a s = 10 C 1 β / 144 P t = 17,25 x 0,25 x 7 / 144 x 1 = 0,2096 Ft2
G s = M s / a s = 76325,1 lb/hr / 0,2096 Ft 2 = 364146,47 lb/hr Ft 2
De  = 0,95 / 12 = 0,079 Ft  Fig 10-47 Res = De g s / µ
= Fthr / lb , hrFt / , Ftx , 77 2023 4716 36446 079 0 2
= 14,2 Jh  = 2
Fig 10-47
Pr  = C µ / k
= FthrF / btu , Fthr / lb , lbFx / btu , 049 0 77 2023 2 1 = 49561,71
h i = jH - 14 0 3 1 , w / ) ( Pr D K   = 150 1 78 21 049 0 35 0 3 1 x ) , ( x Ft , FthrF / btu , /
= 2961,57 btu/Ft 2 hr F
h o = jH - 14 0 3 1 , w / ) ( Pr D K   = 2x 1 71 49561 079 0 049 0 3 1 x ) , ( x Ft , FthrF / btu , /
= 43,5 btu/Ft 2 hr F h io = h i x OD ID = 2961,57 btu/Ft2 hr F x Ft , Ft ,
75 0 049 0
= 193,50 btu/Ft 2 hr F
Asumsi fouling Shell side = 0,002 Tube side = 0,001
Overall Coeffisient
U d =
5 43 1 001 0 002 0 50 193 1 1 , / , , , /   
= 32,1 btu/Ft 2 hr F Clean overall coefficient
U c = o io o io h h xh h  = 5 43 50 193 5 43 50 193 , , , x , 
= 35,5 btu/ft 2 hr F U d mendekati U c maka trial dapat diterima Pressure Drop Tube Side Re  = 51316,28
f   = 0,00019 Fig 10-121 Gt  = 4435193,18 S  = 0,99 D  = 0,049 Shell Side
Re  = 14,2
f = 0,095 fig 10-124 Gs  = 412568,04 S  = 0,8689 N+1 = 12 I/B = 12 x 20 x 2/7 = 68,57 Ds  = 15,25 / 12 = 1,271 De  = 0,079
ΔPt = t . S . D . x , Ln fGt  10 2 10 22 5 = 1 99 0 049 0 10 22 5 2 2 12 18 4435193 00019 0 10 2 x , x , x x , x x x ) , ( x , = 7,08 Psi
ΔPs = s . S . De x , ) N ( Ds fGs
 10 2 10 22 5 1  = 1 8689 0 079 0 10 22 5 57 68 271 1 04 412568 095 0 10 2
x , x , x x , , x , x ) , ( x ,
Rd  = UcxUd Ud Uc 
= 1 32 5 35 1 32 5 35 , x , , ,  = 0,0029 hr Ft 2 F/btu

## Pembahasan
Menurut hasil perhitungan untuk mendinginkan  slop  wax  memerlukan Cooler sebanyak 6 unit dengan kebutuhan sea water sekitar 709187,39 lb/hr  dan  panas  yang  dipindahkan dalam  keadaan  kotor  (fouled)  sebesar 0,0029  hr ft 2 F/btu.  Pressure drop  untuk slop  wax  sebesar  7,08  psi  sedangkan sea  water  sebesar  39,33  psi.  Dengan kondisi demikian diharapkan
penambahan  peralatan  dalam  hal  ini Cooler  dapat  dilakukan  sebagai  upaya untuk  pengambilan  produk  slop  wax sebagai HVGO

## KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
1.  Cooler yang digunakan
sebanyak 6 unit ( 1 paralel 6
seri)
2.  Spesifikasi  cooler  yang  digunakan sebagai berikut :
a.  bagian  shell  (ID  =  17,25  inch, baffle  space  =  7  inch,  2  pass, h o = 43,5 btu/ft 2 hrF, ΔP = 39,33 psi).
b.  bagian  tube  (panjang  =  20  ft,
jumlah tube/shell = 172, OD = 0,75  inch,  ID  =  0,584  inch, square  pitch  =  1  inch,  2  pass, h io =  193,50  btu/ft 2 hr  F,  ΔP  = 7,08 psi). c.  Faktor pengotoran total (Rd) =
0,0029 hr ft 2 F/btu

## Saran
1.  Kebutuhan  alat  untuk  mengalihkan panas disesuaikan dengan kebutuhan  proses/operasi  dalam keadaan kotor. 2.  Penurunan tekanan ( ΔP) yang terjadi pada  masing-masing  aliran  berada dalam batas-batas yang diizinkan/ditentukan.

## DAFTAR PUSTAKA
Bechtel  Great  Britain  Ltd., Balikpapan Expansion  Engeneering  Design Book Vol.3  Utillities,  London, 1983. Kern,  DQ.,  Process  Heat  Transfer,
Mc.Graw Hill, New York, 1950. Maxwell, J.B., Data Book on Hydrocarbons,  9 th ed.,  D.Van Nonstrad  Company  Inc.,  New York, 1959. Perry  R.H.,  Chemical  Engineers  Hand Book,  6 th ed.,  se  Mc.  Graw  Hill, New York, 1985. Processing  directorate  1995,  Engineering Design  Practice  Heat  Transfer, Pertamina. Ernest  E.Ludwig,  Applies  Process  Design for  Chemical  and  Petrochemical Plants,  volume  3,  second  edition,
Gulf Publising Company, Houston. Coulson,  J.M.  and  Richardson,  J.F., Chemical  Engineering  Vol.6,  An Introduction to Chemical Engineering  Design,  Pergamon Press Inc., New York, USA 1983.
Backhurst  and  Harker,  Process  Plant Design,  Heinemann  Educational Books, London, 1973. American  Petroleum  Institute,  Technical data Book.