Perancangan Fired Heater/ Reactor Furnace

Unit Fired Heater/Furnace (kiri) berjajar di kilang terlengkap dan terbesar yang dimiliki Indonesia, Pertamina Unit IV Cilacap.

Perancangan Fired Heater ini mengacu pada metode yang digunakan pada buku Chemical Process Equipment karya Walas, S.M., Gordon & Breach Publishers, Amsterdam, 1998. Ngerancangnya cukup jelimet dan melelahkan, karena penuh dengan iterasi-iterasi, belum lagi harus nyari-nyari data untuk proses perhitungan. Gw ngerancang ini dalam 3 hari 3 malam bo!! Hamper nonstop…maklum deadline,,,hehe. Nginep di lab pula (laptop lg rusak). Di kampus, cuma gw sendiri yg disuruh ngerancang ini, kelompok lain ga ada,,,(sebetulnya tergantung topic rancang pabriknya sih) dan parahnya lagi gw harus modifikasi rancangan ini soalnya sebetulnya gw lagi ngerancang Reactor Thermal Cracking dengan bentuk seperti fired heater…bener2 Wow! tapi, Alhamdulillah bisa belajar banyak jadinya.

Tungku industri (industrial furnace) atau Fired Heater, merupakan peralatan yang digunakan untuk menyediakan panas untuk suatu proses atau dapat berfungsi sebagai reaktor yang memberikan panas untuk melangsungkan suatu reaksi. Desain furnace bervariasi tergantung dari fungsinya, heating duty, jenis bahan bakar, dll. Di industry refinery, fired heater digunakan untuk memanaskan minyak mentah sebelum mamsuki unit CDU (Crude Distilling Unit) yang melangsungkan proses distilasi fraksinasi.

Bagian-bagian Fired Heater/Furnace

Reaktor dapur berapi ini terbagi menjadi dua daerah utama yaitu seksi radian (radiant section) dan seksi konveksi (convection section). Bagian pertama adalah radiant section yaitu daerah dengan perpindahan panas berlangsung sebagian besar melalui radiasi. Seksi radian ini tersusun atas tube-tube dan susunan pembakar (burner) yang akan memasok kalor yang dibutuhkan reaksi. Pemilihan reaktor tube ini, didasarkan pada kebutuhan luas permukaan kontak panas yang cukup besar sehingga didapatkan fluksi panas yang cukup untuk pelaksanaan reaksi. Seksi konveksi adalah bagian dapur berapi yang digunakan untuk mendapatkan kembali panas dari flue gas hasil pembakaran. Panas dari flue gas dapat digunakan untuk preheater reaktan.

Berikut ini adalah algoritma perancangan suatu unit fired heater versi sangat singkat sekali:

1. Pilih diameter yang sesuai dengan diameter tabung minyak dingin kecepatan dengan kecepatan 5-6 ft/sec
2. Carilah jarak center-to-center ratio tabung.
3. Tentukan efisiensi termal yang dikehendaki. Angka ini mungkin perlu dimodifikasi setelah jumlah tube diperoleh — (tuh kan nebak-nebak,ini baru pertama,)
4. Tentukan Excess Combustion Air (kelebihan udara yang digunakan)
5. Hitung jumlah panas yang diserap (total heat absorbed) dari data-data yang diberikan, yaitu entalpi proses inlet dan outlet serta panas reaksi.
6. Tentukan panas yang dikeluarkan [Heat absorbed/efficiency] — efisiensinya di asumsikan !
7. Asumsikan bahwa 75 % panas diserap di zona radian. Ini mungkin akan diganti jika hasil rancangan kurang memusakan — nebak-nebak lagi,,,yang kedua
8. Hitung Average Radiant Heat Flux, biasanya antara 8000 – 20.000 Btu/hr.ft2. angka ini juga perlu dimodifikasi, jika hitungan pada step ke-28 (whats?!?!) telah dilakukan — nebak-nebak lagi,,,yang ketiga
9. Tentukan Tube Surface yang dibutuhkan dari panas yang diserap dan dari radiant flux. Saat sisi proses dari perancangan ini dibuat, jumlah tube yang dibutuhkan akan diketahui dan tidak perlu penghitungan ulang.
10. Ambillah jarak sekitar 20 ft antara tepi tube. Panduan kasar untuk dimensi furnace adalah dibutuhkan sebesar  4 cuft/sqft dari  luas area perpindahan panas di radiant,  tetapi kriteria utama adalah ruang yang cukup untuk menghindari timpaan api.
11. Pilihlah panjang tube antar 30 dan 60 ft dan sejenisnya sehingga membuat box menjadi seimbang. Panjang tube yang terekspos dan panjang shell dari furnace itu adaah 1,5 ft lebih pendek dari pada panjang sesungguhnya.
12. Pilih jumlah Shield Tube antara zona radian dan konveksi sehingga kecepatan flue gas sekitar 0.3 – 0.4 lb/sec.(sqr ft cross section)
13. Convective tube biasanya berbentuk sirip2 (finned)
14. Hitung cold plane area, Acp
15. Hitung refractory area, Aw
16. Diperolehlah nilai absorptivitas, α , dari persamaan 5. Untuk shiled tube nilai α = 1
17. Hitung jumlah dari produk dari area dan absorptivitas pada zona radian [α.As]
18. Hitung nilai Beam Length, untuk bentuk box nilainya diperkirakan sebesar = 2/3 (volum furnace)^1/3
19. Hitung partial pressure dari flue gas (CO2 dan H2O)
20. Hitung nilai PL yang bisa diperoleh dari langkah ke-18 dan 19
21. Hitung Mean tube wall temperature
22. Hitung temperatur gas yang meninggalkan radiant Zone, Tg — ini dia nih,,,hitungan yang ribetnya,,,rumusnya ngeri parah dan iterative
23. Empat persamaan yang digunakan pada tahap 22 dihitung secara simultan dengan suatu nilai tebakan untuk memperoleh temperatur keluaran dari si gas. Kemungkinan diperlukan metode Newton-Raphson. Biasanya nilainya berada antara 1500 -1800 F
24. Setelah dipeoleh, hitunglah nilai panas yang diabsorb (Qr) — persamaannya juga mantaf dan iterative pula
25. Hitung heat flux
26. Dengan menggunakan neraca panas, hitung temperatur inlet dan outlet dari aliran prosesnya.
27. Hitung Qs/Qn yang merupakan fungsi dari temperatur stack gas (Ts) seperti pada persamaan 4 — lagi-lagi trial and error
28. Hitung temperatur rata-rata dari gas film di zona konveksi, Tf
29. Pilihlah jarak tube padan zona konveksi sehingga mass velocity nya G= 0,3 – 0,4 lb/sqr ft (free cross section)
30. Hitung over all heat transfer coefficient
31. Hitung area perpindahan panas pada zona konveksi
32. Slesai deh….;p

1. 1. 
      

   Selengkapnya bisa di download di sini. Adapun file perancangan punya gw bisa di download di sini. Mohon maaf jika tidak sesuai dengan spesifikasi yang umum…hehehe Untuk melihat koleksi download yang lainnya bisa di lihat di download