Heat Exchanger
Heat Exchanger
Heat
Exchanger adalah alat penukar panas yang dapat digunakan untuk memanfaatkan
atau mengambil panas dari suatu fluida untuk dipindahkan ke fluida lain. Proses
perpindahan panas ini biasanya terjadi dari fase cair ke fase cair atau dari
fase uap ke fase cair.
Jenis heat
exchanger berdasarkan fungsinya yaitu:
1.
Heat exchanger
Alat ini menjalankan dua fungsi yaitu :
- memanfaatkan fluida dingin
- menggunakan fluida panas yang didinginkan
Hampir
tidak ada panas yang hilang di dalam perpindahan panas. Tipe heat exchanger
yang banyak digunakan adalah
1).
Tipe shell and tube
Tipe ini mempunyai luas penampang perpindahan panas yang besar jika
dibandingkan dengan tipe double pipe. Oleh karena itu tipe ini banyak digunakan
dalam industri minyak dan gas bumi.
2).
Tipe double pipe
Tipe ini dipergunakan bila aliran fluida tidak terlalu banyak (luas
perpindahan panasnya tidak terlalu besar). Tipe ini akan lebih efektif bila
digunakan dengan memakai sirip (fin), apabila fluida berbentuk vapor atau
viscous.
2. Cooler
Alat ini berfungsi untuk mendinginkan fluida cair, gas dengan menggunakan
media pendingin air atau udara.
Tipe-tipe cooler, antara lain:
- tipe pipe coil
1). Spiral COIL
2). PIPE COIL
3). Box cooler (lebih baik/bagus yang tube-3 dan shell)
- Tipe air cooler
media pendingin yang digunakan adalah udara
3. Condenser
Alat ini berfungsi untuk mengembunkan uap atau campuran uap. Sebagai
media pendingin biasanya digunakan air. Umumnya condenser memiliki tipe shell
and tube dan dapat mempunyai dua tipe yaitu tipe vertical dan tibe horizontal
yang masing-masing mempunyai keuntungan sendiri-sendiri.
Tipe-tipe condenser berdasarkan fungsi:
- Partial condenser
Condenser
ini memiliki fungsi hanya mengembunkan sebagian dari total uap yang dihasilkan
(kondensat) yang dipakai sebagai reflux. Condenser ini biasanya dipasang dekat
puncak dalam fraksinasi.
- Overhead condenser
Condenser
ini memerankan 3 hal pada saat bersamaan yakni mendinginkan uap, mengembunkan
uap menjadi cairan, kemudian mendinginkan
menjadi cairan tersebut
- Surface condenser
Condenser
ini berfungsi untuk mengkondensasikan steam, yang mana kondensasi ini dijalankan
dengan tekanan vakum dari 1 sampai 1,5 inHg absolute. Untuk membuat tekanan
vakum digunakan ejector.
4. Heater
Alat ini berfungsi untuk memanaskan fluida cair atau uap dengan
menggunakan steam atau air panas yang mana dengan memberikan sensible heat
5. Evaporator
Alat ini berfungsi untuk mendinginkan
atau menguapkan fluida cair dengan menggunakan steam atau media panas
lainnya.
6. Chiller
Alat ini berfungsi untuk mendinginkan fluida pada temperature rendah.
Sebagai media pendinginnya dapat digunakan air, propane, Freon, ataupun amoniak
7. Reboiler
Biasanya dihubungkan dengan dasar kolom fraksionasi atau stripper untuk
melengkapi panas pendidihan yang diperlukan untuk destilasi. Sebagai media
pemanas dapat berupa steam atau fluida panas (misalnya residu). Tipe dari alat
ini adalah tipe ketel dengan tipe shell and tube, dimana shell membesar untuk
memindahkan penguapan. Selain itu dapat digunakan furnace.
Macam-macam reboiler:
- Natural Circulation/thermosiphon reboiler yang memdidih diperoleh dengan mempertahankan head yang cukup dari liquid untuk melengkapi sirkulasi.
- Forced circulation reboiler dengan menggunakan pompa untuk mendorong liquid masuk reboiler
8. Air cooled exchanger (air cooler)
Air cooler exchanger digunakan untuk mendinginkan fluida pada suhu
ambient dengan udara. Diklasifikasikan sebagai berikut
- Forced draft
Bila letak tube pada daerah discharge dan fan
- Induced draft
Bila letak tub pada daerah suction dan fan
Klasifikasi
Heat Exchanger berdasarkan kontruksinya:
1.
Fixed tube sheet
Kedua tube sheet tepat pada shell. Kelemahan dari tipe ini adalah jika
perbedaan suhu telalu besar maka tube akan bengkok
2.
Floating Heat/tube sheet (removeable and non removeable
bundles)
Satu tube sheet ‘loates’ dalam shell, yang lain tepat pada shell. Tipe
ini dapat digunakan pada suhu tinggi (>200oF), dapat dioperasikan
pada fluida yang kotor
3.
U-tube, U-bundle
Hanya pada satu tube sheet dioperasikan pada tube bentuk U. dapat
digunakan pada suhu yang tinggi.
4.
Kettle
Tube bundle removable sebagai tipe U dan floating head. Shell membesar
untuk memudahkan pendidihan dan penguapan.
5.
Double pipe
Masing-masing tube mempunyai shell sendiri-sendiri untuk membentuk ruang
annulus. Biasa digunakan finned tube
6.
Pipe coil
Tipe pipe coil yaitu:
- Spiral coil
Coil
yang direndam dal;am box coil yang berisi air, digunakan untuk pemanasan dan
pendinginan. Coil berbentuk spiral.
- Pipe coil
Biasa
dipasang pada dasar suatu tankiuntuk memanaskan isi tanki dengan aliran steam
dalam pipa. Dapat berbentuk hair pain, spiral, tipe ring.
- Box coil
Pendinginan
dilakukan dengan jalan mengalirkan fluida panas dalam suatu coil yang tercelup
dalam media pendingin air.
Klasifikasi Heat
exchanger berdasarkan Standar TEMA.
TEMA
(Tubular Exchanger Manufacturing Assosiation), mengklasifikasikan HE
berdasarkan perencanaan dan pembuatannya menjadi tiga kelas yaitu:
1.
Hean exchanger kelas ‘R’ umumnya digunakan untuk
industri minyak dan peralatan untuk proses tersebut
2.
Heat exchanger kelas ‘C’ umumnya digunakan untuk
keperluan komersil
3.
Heat exchanger kelas ‘B’ umumnya digunakan untuk proses
kimia.
Klasifikasi heat
exchanger berdasarkan jenis alirannya:
1.
Heat exchanger counter current (aliraran berlawanan
arah)
Jika aliran kedua fluida yang mengalir dalam HE berlawanan arahnya
2.
Heat exchanger co-current (aliran searah)
Jika aliran fluida yang didinginkan dengan media pendinginnya searah.
3.
Hear exchanger cross current (aliran silang)
Jika aliran fluida yangmengalir dalam HE saling memotong arah
Alat Penukar Panas Dilihat dari arah Aliran dan Tube Layout
Apabila ditinjau aliran fluida alat penukar panas ini dibagi dalam tiga
macam aliran, yaitu:
1.
Aliran sejajar
2.
Aliran berlawanan arah atau counter flow
3.
aliran kombinasi
Susunan tube (tube layout) akan mempengaruhi baik
bruknya perpindahan panas. Disamping itu, pemilihan harus mempertimbangkan
system pemeliharaan yang akan dilakukan. Pembersihan tube dengan mekanikan atau
secara kimiawi akan mempengaruhi pemilihan dari tube. Selain susunannya yang
terjadi, aliran laminar atau turbulen, bersih atau kotor fluida yang mengalir.
Susunan tube terdiri dari:
1.
Tube dengan susunan bujur sangkar (In-line square
pitch)
2.
Tube dengan susunan segitiga samam sisi (Triangular
pitch)
3.
Tube dengan susunan berbentuk belah ketupat (Diamond
square pitch)
4.
Tube dengan susunan segitiga diputar 60oC
(Rotated triangular pitch)
Shell and Tube Heat exchanger
Secara keseluruhan
komponen utama penyusun shell and tube heat exchanger adalah:
1.
Shell
Biasanya berbentuk silinder yang berisi tube bundle sekaligussebagai
wadah mengalirnya zat
2.
Head stationer
Head stationer merupakan salah satu bagian ujung dari penukar panas. Pada
bagian ini terdapat saluran masuk fluida yang mengalir kedalam tube.
3.
Head bagian belakang
Head bagian belakang ini terletak diujung lain dari alat penukar panas
4.
Sekat (baffle)
Sekat digunakan untuk membelokkan atau membagi aliran dari fluida dalam
alat penukar panas. Untuk menentukan sekat diperlukan pertimbangan teknis dan
operasional.
Macam-macam baffle yaitu:
- Horisontal cut baffle
1)
Baik untuk semua fase gas atau fase liquid dalam shell
2)
Baik ada dissolves gas dalam liquid yang dapat dilepaskan
dalam heat exchanger maka perlu diberi ‘notches’ dalam baffle
- Vertical cut baffle
Baik
untuk liquid yang membawa suspended matter atau yang heavy fouling fluida
- Disc and doughtnut baffle
1)
Fluida harus bersih, bila tidak akan terbentuk sediment
dibelokkan doughtnut
2)
Kurang baik, sebab bila ada dissolved gas yang
terlepas, bias dilepaskan melalui top
dari doughtnut, bila ada kondensat liquid tidak dapat di drain tanpa
large ports pada doughtnut.
- Baffle dengan annular orifice
Baffel
ini jarang digunakan kerena terdiri dari full circular plate dengan
lubang-lubang untuk semua tube.
- Longitudinal baffle
Digunakan
pada shell side untuk membagi aliran shell side menjadi dua atau beberapa
bagian untuk memberikan kecepatan yang lebih tinggi untuk perpindahan panas
yang lebih baik.
5. Tube
Tube merupakan pemisah dan sebagai pengantar panas yang berbeda suhunya
diantara dua zat yang berada di dalam suatu alat. Pemilihan tube ini harus
sesuai dengan suhu, tekanan, dan sifat korosi fluida yang mengalir.
Tube ada dua macam, yaitu:
- Tube polos (bare tube)
- Tube bersirip (finned tube)
6. Tube sheet
Berfungsi sebagai tempat duduk tube bundle pada shell
7. Channel and pass partition
Channel merupakan tempat keluar masuknya fluida pada tube, sedangkan pass
partition merupakan pembatas antara fluida yang masuk dan keluar tube.
8. Shell cover and channel cover
Shell cover and channel cover adalah tutup yang dapat dibuka pada saat
pembersihan.
2.7.Fouling factor (Rd)
Dalam heat exchanger, fouling
adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak dikehendaki dipermukaan
penukar panas yang terkontak dengan fluida kerja, termasuk permukaan
perpindahan panas. Peristiwa tersebut adalah pengedapan, pengerakan, korosi,
polimerisasi dan proses-proses biologi.
Fouling mengakibatkan kenaikan
tahanan perpindahan panas, sehingga meningkatkan biaya, baik investasi maupun
perawatan. Akibatnya terjadinya fouling, ukuran penukar panas menjadi lebih
besar, kehilangan energi meningkat, waktu shut down dapat lebih panjang, dan
biaya perawatan meningkat.Antisipasi terhadap terjadinya fouling dalam
perancangan , dengan memiliki variable operasi dan konfigurasi yang tepat,
dapat menekan terjadinya fouling dan kerugian diatas.
Pencegahan
fouling dapat dilakukan dengan tindakan :
1. Menekan potensi fouling, misalnya
dengan penyaringan
2. Menggunakan bahan konstruksi yang
tahan terhadap korosi
3. Menepatkan nozzle ( tube side dan
shell side ) di permukaan tertinggi atau
terendah pada heat exchanger, untuk menghindari terjadinya
kantung-kantung gas ataupun kantung volume fluida diam. Interface gas cair
merupakan lokasi terjadinya korosi, dan kantung udara diam memungkinkan
terjadinya pengendapan.
Fouling factor adalah suatu angka
yang menunjukan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa oleh fluida yang
mengalir dalam heat exchanger. Kotoran ini berupa lumpur, polimer, dan deposit
lain yang terbentuk di bagian dalam maupun bagian luar dinding tube exchanger.
Nilai ini digunakan untuk mendesain agar mengetahui hambatan yang masih
diperbolehkan selama operasi normal sebelum pembersihan.
Fouling factor tergantung pada
nilai koefisien perpindahan panas ke seluruh permukaan bersih, Uc, dan nilai
koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk permukaan kotor, Ud. Jika fouling
factor makin besar efisiensi perpindahan panas semakin menurun dan akibatnya
pressure drop makin besar.
Secara umum yang dapat menyebabkan
terjadinya fouling pada alat operasi adalah :
1. Hard Deposit, yaitu kerak yang
berasal dari hasil korosi maupun cooking
2. Porous Deposit, yaitu kerak yang
berasal dari dekomposisi dari kerak keras
3.
Loss Deposit, yaitu berasal dari deposit
seperti lumpur dan material lunak yang lainSumber : http://iswahyudi8962.blogspot.com/2011/12/heat-exchanger.html
Tidak ada komentar: