presentasi heat exchanger

KELOMPOK 7
VIVI KURNIAWATI (3335111153)
TB. RIFKI AFFANDI( 3335111719)
TRI BUDI(3335101209)
WAHYU LISTIANTO(333510093)
MIMI AINURROHIM(3335092708)
HEAT EXCHANGER
Tipe baffle
Komponen Dasar Penyusun HE( shell and Tube)
4.Shell
Merupakan bagian tengah alat penukar panas
Merupakan tempat untuk tube bundle

5.Tube Side Channel dan Nozzle
Mengatur aliran fluida di tube

6.Channel Cover
Tutup yang dapat dibuka saat pemeriksaan dan pembersihan

BWG (Birmingham Wire Gage) yaitu menyatakan ukutan tebal. BWG
kecil berarti tube semakin tebal dan sebaliknya.
Menentukan zat mana yang melalui tube and shell

Fluida bertekanan tinggi di alrkan dalam tube
Fluida berpotensi fouling dialirkan dalam tube
Fluida korosif dialirkan dalam tube
Fluida yang bertemperatur tinggi dialirkan dalam tube
Fluida dengan viskositas rendah dialirkan dalm tube
Fluida yang mempunyai volume besar dilewtkan dalm tube

Langkah – langkah Perancangan HE
Mencari Q, beban HE dicari dengan data paling lengakap dari kedua aliran fluida(pemanas dan pendingin)
Menentukan LMTD
Kebutuhan steam / air pendingin
47
THE LOG MEAN TEMPERATURE DIFFERENCE METHOD
Variation of the fluid temperatures in a parallel-flow double-pipe heat exchanger.
log mean temperature difference
Beda temperatur rata-rata logaritmik (Log. Mean Temperature Difference LMTD) adalah perbedaan temperatur rata-rata setiap bagian HE, karena perbedaan temperatur di setiap bagian HE tidak sama. LMTD dinyatakan dalam rumus sebagai berikut :

Log. Mean Temperature Difference LMTD
2.Tube Sheet
Suatu flat lingkaran yang fungsinya memegang ujung-ujung tube dan juga
sebagai pembatas

3.Baffle
Sekat-sekat yang digunakan untuk :
Mengatur aliran lewat shell sehingga turbulensi yang tinggi akan diperoleh
Menahan struktur tube bundle
Menahan atau mencegah terjadinya getaran pada tube
Tipe susunan tube
Tube pitch
Lubang yang tidak dapat dibor dengan jarak yang sangat dekat, karena
jarak tube yang terlalu dekat akan melemahkan struktur penyangga tube.
Tube Pitch
1. Clearance
Jarak terdekat antara 2 tube yang berdekatan

Tipe susunan tube
Susunan Bujur sangkar yang Diputar 45 (Diamond Square Pitch).
a. Keuntungan :
Film koeffisiennya lebih baik dari susunan square pitch, tetapi
tidak sebaik triangular pitch dan rotated triangular pitch.
untuk pembersihan dengan mekanik
Baik untuk fluida fouling.
b. Kerugian :
Film koeffisisen relatif rendah
Pressure drop tidak serendah square pitch
Pressure drop pada Heat Exchanger
Jika ΔP terlalu rendah Perpindahan panas tidak sempurna
Besar kecilnya nilai pressure drop alat penukar panas menyatakan sejauh mana fluida tersebut dapat mempertahankan tekanan yang dimiliki selama fluida tersebut mengalir.

Pressure drop pada sisi tube dapat diketahui dengan persamaan berikut ini :

1.Tube
a. Merupakan pipa kecil yang tersusun di dalam shell
b. Aliran di dalam tube sering dibuat melintas lebih dari 1 kali dengan tujuan untuk memeperbesar koefisisen perpindahan panas lapiasan film fluidadalam tube.

Tipe susunan tube
Susunan Segitiga (Triangular Pitch)
a. Keuntungan :
Film koeffisien lebih tinggi daripada square pitch.
Dapat dibuat jumlah tube yang lebih banyak sebab susunannya
kompak.
b. Kerugian :
Pressure drop yang terjadi antara menengah ke atas.
Tidak baik untuk fluida fouling
Pembersihan secara kimia

Tipe susunan tube
3. Susunan Bujur sangkar (Square Pitch)
a. Keuntungan :
Bagus untuk kondisi yang memerlukan pressure drop rendah.
Baik untuk pembersihan luar tube secara mekanik.
Baik untuk menangani fluuida fouling.
b. Kerugian :
oFilm koeffisiennya relatif rendah
SIFAT FISIK DAN KIMIA
Gasoline
KEROSENE
Cairan bening kekuning-kuningan/kuning muda
BOILING RANGE: 85 to 437 oF (39 to 200 oC)
VAPOR PRESSURE: 6.4 - 15 RVP @ 100 oF (38 oC) (275-475 mm Hg @ 68 oF (20 oC)
VAPOR DENSITY (air = 1): AP 3 to 4
SPECIFIC GRAVITY (H2O = 1): 0.70 – 0.78
EVAPORATION RATE: 10-11 (n-butyl acetate = 1)
PERCENT VOLATILES: 100 %
SOLUBILITY (H2O): Non-oxygenated gasoline - negligible (< 0.1% @ 77 oF). Gasoline with 15%
MTBE - slight (0.1 - 3% @ 77 oF); ethanol is readily soluble in water
Physical State: Liquid
Colour: Pale yellow
Odour: petroleum/solvent
Relative Density (at 15 C): 0.775 - 0.83
Flash Point [Method]: >38C (100F) [ ASTM D-93]
Autoignition Temperature: 250°C (482°F)
Boiling Point / Range: > 200C (392F)
Vapour Pressure: < 0.133 kPa (1 mm Hg) at 20°C
Log Pow (n-Octanol/Water Partition Coefficient): > 3.5
Solubility in Water: Negligible
Viscosity: 1.1 cSt (1.1 mm²/sec) at 40°C
Freezing Point: -47°C (-53°F)
Jumlah Transfer Unit (NTU) Metode yang digunakan untuk menghitung laju perpindahan panas dalam penukar panas (terutama melawan arus exchanger)

Number of transfer / NTU- efectifitas
Tipe aliran pada exchanger dapat ditentukan dengan Reynolds number (NRe)
Nre = x v x D / μ
Dimana v = kecepatan
D = Diameter pipa dimana fluida mengalir
= masa jenis
μ = viskosotas

Jika Reynold number < 2.000 maka aliran fluida laminar
jika Reynold number > 6.000 maka aliran fluida sepenuhnya turbulen

Perhitungan HE
Mencari nilai Q
Cpkerosin(CPk)=2,01 kj/kg °C
Cpgasolin(CPg)= 2,22 Kj/kg°C
Qkerosin= Q gasoline
Q kerosin = M X CPk X T
= 18,89 kg/s x 2,01 Kj/kg °C x (43,33- 26,67)
= 632,56 KJ/s
Laju alir gasoline= 632,56 kw
2,22kj/kgC*(71,2-48,9) C
=29,8 kg/s

Perhitungan HE
Perhitungan HE
Asumsi aliran co cuureent
T1= Th in-Tc in= 71,2-26,67= 44,43 C
T2= th out- Tc out= 48,9-43,33 = 5,57 C
Tlmtd= T2- T1
ln T2/ T1
= 18,71 C

Perhitungan HE
R= Tgasoline =1,33
Tkerosin
S=43,33-26,67 = 0,37
71,1-26,67
Memakai one shell 2 pass. Dari grafik diperoleh Ft= 0,915
Correction Tlmtd= 0,915 *18,71 C= 17.11 C
Dari buku rule of thumb. Asumsi U= 80btu/hft2 F= 454,27 W/M2 C
A= Q = 74,42 m2
U * Tlmtd

Perhitungan HE
Diketahui:
Hot fluid inlet temperature (T1)= 160°F Hot fluid
outlet temperature (T2) = 120°F Cold fluid
inlet temperature (t1) = 85°F Cold fluid outlet
temperature (t2) = 110°F Fouling factor of hot)
Pinlet (for hot fluid) = 60 psia
Δpmax (for hot fluid) = 8 psi
Δpmax (for cold fluid) = 10 psia
Mass flow rate of cold fluid () = 150000 lb.h-1 k m.
Arah Alirannya Heat Exchanger
3. Cross flow
Dimana satu fluida mengalir tegak lurus dengan fluida yang lain. Biasa dipakai untuk aplikasi yang melibatkan dua fasa. Misalnya sistem kondensor uap (tube and shell heat exchanger), di mana uap memasuki shell, air pendingin mengalir di dalam tube dan menyerap panas dari uap sehingga uap menjadi cair.
Illustration
1 Cold fresh air
2 Cool stale air
3 Warm stale air
4 Warmed fresh ai

Aliran counter current
Aliran Turbulen dan Laminar
Aliran turbulen lebih baik dalam perpindahan panasnya karena fliuda bercampur
Aliran laminar, proses perpindahan panas bergantung seluruhnya pada konduktifitas termal dari fluida untuk perpindahan panas dari dalam aliran ke dinding exchanger
Aliran laminar menghasilkan kerugian kecil, yang hasilnya berbanding lurus dengan kenaikan kecepatan. contohnya : dua kali lipat kecepatan aliran, menggandakan kehilangan tekanan

1. Heat Exchanger dengan aliran searah (co-current/parallel flow) Pertukaran panas jenis ini, kedua fluida (dingin dan panas) masuk pada sisi Heat Exchanger yang sama, mengalir dengan arah yang sama, dan keluar pada sisi yang sama. Karakter Heat Exchanger jenis ini, temperatur fluida dingin yang keluar dari Heat Exchanger (Tco) tidak dapat melebihi temperatur fluida panas yang keluar (Tho), sehingga diperlukan media pendingin atau media pemanas yang banyak.
Pertukaran panas dengan aliran berlawanan arah ( counter flow ) Penukar panas jenis ini, kedua fluida ( panas dan dingin ) masuk penukar panas dengan arah berlawanan, mengalir dengan arah berlawanan dan keluar pada sisi yang berlawanan . Temperatur fluida dingin yang keluar penukar panas (Tcb ) lebih tinggi dibandingkan temperatur fluida panas yang keluar penukar panas ( Thb ),
A. Penyebab terjadinya pressure drop
Frksi aliran pada dinding
Pembelokan aliran
B. Jika P terlalu besar :
1. Disebabkan jarak antar buffle yang terlalu dekat
2. Aliran menjadi lambat
3. Perlu tenaga pompa yang besar
Tipe susunan tube
2. Susunan Segitiga Diputar 30(Rotated Triangular Pitch)
a. Keuntungan :
Film koeffisisennya tidak sebesar susunan triangular pitch, tetapi
lebih besar dari susunan square pitch.
Dapat digunakan pada fluida fouling
b. Kerugian :
Pressure drop yang terjadi antara menengah ke atas.
Pembersihan secara kimia
Aliran co current

T
1

T
2

A

A
1
2

T
1
T
2
T
4
T
5
T
6
T
3
T
7
T
8
T
9
T
10
P
ara
ll
e
l

Fl
ow
Pembersihan pada HE
1. Chemical / Physical Cleaning
metode pembersihan dengan mensirkulasikan agent melalui peralatan
biasanya menggunakan HCl 5-10%.
2. Mechanical Cleaning
a. Drilling atau Turbining
Pembersihan dilakukan dengan mendrill deposit yang menempel pada dinding tube.
Shell and Tube Heat Exchanger

Terdiri atas suatu bundel pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang ). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan. Untuk meningkatkan effisiensi pertukaran panas, biasanya dipasang sekat (buffle). Ini bertujuan untuk membuat turbulensi aliran fluida dan menambah waktu tinggal (residence time), namun pemasangan sekat akan memperbesar pressure drop operasi dan menambah beban kerja pompa, sehingga laju alir fluida yang dipertukarkan panasnya harus diatur.
Aliran counter current

T1

A
1
2

T2
T3
T6
T4
T6
T7
T8
T9
T10

Wall

T
1
T
2
T
4
T
5
T
3
T
7
T
8
T
9
T
10
T
6
Co
un
t
e
r

- C
u
r
re
n
t

F
l
ow
Pembersihan pada HE
b. Hydrojeting
Pembersihan dilakukan dengan cara menginjeksikan air ke dalam tube pada tekanan yang tinggi, untuk jenis deposit yang lunak.
c. Pemilihan bahan kontruksi
Memilih bahan yang tahan terhadap korosi , reaksi kimia, (paduan tembaga dan nikel)

Kelebihan dan Kekurangan Shell and Tube
Kelebihan :
Thermal performance lebih tinggi dari tipe HE lain
Tekanan lebih tinggi dari HE Plate and Frame
Efisiensi tinggi
Memerlukan tempat yang minim dan mudah diraawat
Mudah beradaptasi hampir semua tipe liquid chilling

Kekurangan :
Thermal performance lebih rendah dari HE Plate and Frame
Tekanan Lebeih rendah dari HE Double Pipe
Adiabatic Wheel Heat Exchanger

Jenis keempat penukar panas menggunakan intermediate cairan atau toko yang solid untuk menahan panas, yang kemudian pindah ke sisi lain dari penukar panas akan dirilis. Dua contoh ini adalah roda adiabatik, yang terdiri dari roda besar dengan benang halus berputar melalui cairan panas dan dingin, dan penukar panas cairan
Pillow Plate Heat Exchanger

Sebuah pelat penukar bantal umumnya digunakan dalam industri susu untuk susu pendingin dalam jumlah besar langsung ekspansi tank massal stainless steel. Pelat bantal memungkinkan untuk pendinginan di hampir daerah seluruh permukaan tangki, tanpa sela yang akan terjadi antara pipa dilas ke bagian luar tangki. Pelat bantal dibangun menggunakan lembaran tipis dari logam-spot dilas ke permukaan selembar tebal dari logam
Dynamic Scraped Surface Heat Exchanger

Tipe lain dari penukar panas disebut "(dinamis) besot permukaan heat exchanger". Ini terutama digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan tinggi viskositas produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling aplikasi. Kali berjalan panjang yang dicapai karena terus menerus menggores permukaan, sehingga menghindari pengotoran dan mencapai kecepatan transfer panas yang berkelanjutan selama proses tersebut
Kelebihan dan Kekurangan Plate and Frame
Kelebihan :
Koefisien perpindan panas tinggi
Area perpindahan panas luas
Penurunan tekanan rendah
Efektivitas tinggi

Kekurangan :
Kemampuan tekanan rendah
Ada banyak jenis exchanger plate yang permanen atau tipe close
Gambar Plate and Frame HE
Plate and Frame Heat Exchanger
Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat-pelat tegak lurus, bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat lunak (biasanya terbuat dari karet). Pelat-pelat dan sekat disatukan oleh suatu perangkat penekan yang pada setiap sudut pelat (kebanyakan segi empat) terdapat lubang pengalir fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida dialirkan masuk dan keluar pada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain mengalir melalui lubang dan ruang pada sisi sebelahnya karena ada sekat.
alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water).
Definisi Heat EXchanger
Jenis-Jenis Heat Exchanger
Double Pipe Heat Exchanger
Plate and Frame Heat Exchanger
Shell and Tube Heat Exchanger
Adiabatic Wheel Heat Exchanger
Pillow Plate Heat Exchanger
Dynamic Scraped Surface Heat Exchanger
Phase-change Heat Exchanger

Double Pipe HE
Alat penukar panas pipa rangkap terdiri dari dua pipa logam standart yang dikedua ujungnya dilas menjadi satu atau dihubungkan dengan kotak penyekat. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa, sedangkan fluida kedua mengalir di dalam ruang anulus antara pipa luar dengan pipa dalam. Alat penukar panas jenis ini dapat digunakan pada laju alir fluida yang kecil dan tekanan operasi yang tinggi
Gambar Double Pipe HE
Kelebihan dan Kekurangan Double Pipe
Kelebihan :
Mampu beroperasi pada tekanan yang tinggi
Resiko tercampurnya fluida sangat kecil
Mudah dibersihkan pada bagian Fitting
Fleksibel dalam berbagai aplikasi dan pengaturan pipa
Dapat dipasang sri atu paralel
Pressure drop dan LMTD bisa diatur

Kekurangan :
Kapasitas perpindan panasnya sangat kecil
Mahal
Area perpindahan kalornya kecil ( <50 m2)
Jumlah fluida yang bisa dipakai kecil
Phase-change Heat Exchanger

Selain memanas atau pendinginan cairan hanya dalam satu fasa, penukar panas dapat digunakan baik untuk memanaskan cairan menguap (atau mendidih) atau digunakan sebagai kondensor untuk mendinginkan uap dan mengembun ke cairan.
Gambar Shell and Tube HE
Faktor yang Mempengaruhi Perpindahan Panas HE :
Tipe HE yang dipakai
Jenis bahan penyusun HE
Fluida yang digunakan
LMTD fluida, dll
variabel operasi yang mempengaruhi fouling
kecepatan linier fluida (velocity)
semakin tinggi kecepatan linier fluida, semakin rendah kemungkinan terbentuknya fouling pada heat exchanger.
temperatur
semakin tinggi temperatur fluida dalam heat exchanger akan semakin mempercepat terbentuknya fouling.
masa kerja alat
semakin lama alat digunakan maka akan semakin mudah terbentuknya fouling pada alat tersebut sehingga dibutuhkan treatment lebih terhadap alat- alat yang masa pemakaiannya sudah cukup lama.

Design fouling resistance pada fluida
Akibat akumulasai deposit/ scale kinerja penukar panas turun. Lapisan deposit merupakan resistansi tambahan unruk transfer panas . Hal ini diwakili faktor fouling (Rf)

Fouling factor
Bahan/Material Pembuatan HE
Cast Iron : Murah, Tahan Korosi
Baja : Rawan Korosi, Tahan Lama
Campuran (Coating Baja & Cast Iron) : Mahal
Tembaga : Konduktivitasnya bagus, Life-timenya lebih singkat

Fouling mekanisme
3. Polimerisasi atau oksidasi
4. Pengendapan lumpur ,atau debu partikel
5. Deposit biologi
Disebabkan adanya bakteri yang menempel pada permukaan sehingga membentuk scale
6. korosi

akibat terjadinya fouling
kenaikan tahanan heat transfer
kehilangan energi meningkat
waktu shut down menjadi panjang
biaya operasional & perawatan meningkat
biaya investasi meningkat
apabila menginginkan transfer panas yang sama seperti sebelum terjadi fouling maka harus menambah ukuran heat transfernya

Fouling mekanisme
Kristalisasi
kalsium dan magnesium dari bikarbonat dapat membentuk scale, kristalisasi pada permukaan di awali pembentukan nukleasi. Kecepatan fluida dapt mengatasi terjadinya fouling. Untuk air pendingin 1,8- 2 m/s.
2. Dekomposisi produk organik
terbentuknya tar sebagai akibat adanya produk dari reaksi kimia

Heat Exchangers
Hot Fluid
Cold Fluid
U [W/m2C]
Heaters
Steam
Water
1500 - 4000

Steam
Organic solvents
500 - 1000

Steam
Light oils
300 - 900

Steam
Heavy oils
60 - 450

Steam
Gases
30 - 300

Heat Transfer (hot) Oil
Heavy oils
50 - 300

Flue gases
Steam
30 - 100

Flue gases
Hydrocarbon vapors
30 -100
Condensers
Aqueous vapors
Water
1000 - 1500

Organic vapors
Water
700 - 1000

Refinery hydrocarbons
Water
400 - 550

Vapors with some non condensable
Water
500 - 700

Vacuum condensers
Water
200 - 500

Vaporizers
Steam
Aqueous solutions
1000 - 1500

Steam
Light organics
900 - 1200

Steam
Heavy organics
600 - 900

Heat Transfer (hot) oil
Refinery hydrocarbons
250 - 550

23
Analisa Kerja HE
Koefisien overall perpindahan panas (U) : Mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses konduksi dan konveksi.
Fouling factor (Rd) : Angka yang menunjukkan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa fluida yang mengalir di dalam HE
Pressure drop : Untuk mengetahui sejauh mana fluida dapat memepertahankan tekanan yang dimilikinya selama fluida mengalir.
Overall heat transfer coefficient
Koefisien overall perpindahan panas (U) menyatakan mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses konduksi dan konveksi.

Overall heat transfer coefficient

21
For a wall
For cylindrical geometry
fouling
fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak diinginkan dipermukaan heat exchanger yang berkontak dengan fluida kerja , termasuk permukaan heat transfer.
fouling factor
fouling factor adalah angka yang menunjukkan hambatan akibat adanya pengotor yang terbawa fluida yang mengalir pada heat exchanger

Typical value for overall heat transfer coefficient
22
Shell and Tube
Heat Exchangers
Hot Fluid

Cold Fluid
U [W/m2C]

Heat Exchangers

Water
Water
800 - 1500

Organic solvents
Organic Solvents
100 - 300

Light oils
Light oils
100 - 400

Heavy oils
Heavy oils
50 - 300

Reduced crude
Flashed crude
35 - 150

Regenerated DEA
Foul DEA
450 - 650

Gases (p = atm)
Gases (p = atm)
5 - 35

Gases (p = 200 bar)
Gases (p = 200 bar)
100 - 300
Coolers

Organic solvents
Water
250 - 750

Light oils
Water
350 - 700

Heavy oils
Water
60 - 300

Reduced crude
Water
75 - 200

Gases (p = 200 bar)
Water
150 - 400

Organic solvents
Brine
150 - 500

Water
Brine
600 - 1200

Gases
Brine
15 - 250

Click to edit Master title style
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
22/12/2013

#
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
22/12/2013

#

60
22/12/2013

#
22/12/2013

#

22/12/2013

#
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
22/12/2013

#

Click icon to add picture
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
22/12/2013

#
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level

#
22/12/2013

#
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
22/12/2013

#
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level

22/12/2013

#
22/12/2013

#
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level

Click to edit Master subtitle style
22/12/2013

#


22/12/2013

Second level
Third level
Fourth level
Fifth level

#

presentasi heat exchanger

Recommend Documents