bab ii

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2. 1 Heat Exchanger

Heat Exchanger adalah alat penukar panas dari fluida panas ke fluida

dingin melalui kombinasi antara conduction dan forced convection. Dinding yang

terbuat dari logam digunakan untuk memisahkan dua fluida tersebut. Beberapa

tipe Heat Exchanger adalah sebagai berikut :

• Air-Cooled Heat Exchanger

Gambar 2.1 Air Cooled Heat Exchanger dan bagian-bagiannya

Laporan Kerja Praktek di PT. Petrokimia GresikJurusan Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya

II-

http://www.servimg.com/image_preview.php?i=5&u=12845802


• Brazed Aluminium plate fin Heat Exchanger

Gambar 2.2 Brazed Aluminium plate fin Heat Exchanger dan bagian-bagiannya

• Plate-and-Frame Heat Exchanger

Gambar 2.3 Plate-and-Frame Heat Exchanger dan bagian-bagiannya


II-




• Shell-and-Tube Heat Exchanger

Gambar 2.4 Shell-and-Tube Heat Exchanger dan bagian-bagiannya

The shell-and-tube heat exchanger adalah tipe yang sering digunakan di

dalam process plant. Shell and tube heat exchanger terdiri dari tube yang tersusun

dalam shell. Satu set dari tube berisi fluida yang dipanaskan atau didinginkan.

Sedangkan fluida yang lain berada dalam shell memanaskan atau mendinginkan

sehingga terjadi perpindahan panas baik penyerapan dan pelepasan. Satu set dari

tube disebut tube bundle dan dapat dibuat beberapa tipe seperti: plain,

longitudinally finned, dls. Shell and tube heat exchanger banyak digunakan untuk

aplikasi high-pressure (dengan tekanan lebih dari 30 bar dan temperatur lebih dari

260oC) karena bentuknya yang kokoh. Ada beberapa thermal design features yang

harus dipertimbangkan ketika mendesain Shell and tube heat exchanger antara

lain :

a) Tube diameter : menggunakan tube dengan diameter yang kecil untuk heat

exchanger akan lebih ekonomis dan ringkas tetapi terjadinya foul up akan

lebih cepat dan pembersihan fouling secara mekanik sulit. Untuk mencegah

kerusakan akibat fouling dan masalah pembersihan maka tube dengan


II-



diameter yang lebih besar biasa digunakan. Dengan demikian untuk

menentukan diameter tube harus mempertimbangkan available space, biaya

dan fouling nature dari fluida yang digunakan.

b) Tube thickness : ketebalan dari dinding tube biasanya ditentukan berdasarkan :

Terdapat ruang yang cukup untuk korosi

Daya tahan akibat getaran flow-induced

Kekuatan axial

Ketersediaan onderdil

Kekuatan hoop (untuk menahan tekanan dalam tube)

Kekuatan buckling (untuk menahan overpressure dalam shell)

c) Tube length : heat exchanger biasanya lebih murah apabila memiliki diameter

shell yang kecil dan tube yang panjang. Dengan demikian untuk membuat

heat exchanger dibentuk sepanjang mungkin sesuai kemampuan produksi.

Akan tetapi terdapat batasan seperti ruang tube yang tersedia dua kali lipat

dari ruang tube yang dibutuhkan sehingga tube dapat dilepas dan diganti. Tube

yang panjang dan tipis sulit untuk diambil dan diganti.

d) Tube pitch : ketika mendesain tube, tube pitch yang merupakan jarak center-

to-center dari tube yang berdekatan tidak kurang dari 1,25 kali diameter luar

tube. Tube pitch yang besar akan membutuhkan diameter overall shell yang

besar sehingga heat exchanger juga lebih mahal.

e) Tube layout : menunjukkan posisi tube terpasang dalam shell. Terdapat 4 tipe

pola tube layout yaitu triangular (30°), rotated triangular (60°), square (90°)

and rotated square (45°). Pola triangular memberikan gaya pada fluida untuk

mengalir secara turbulent sekitar pipa sehingga transfer panas lebih besar.

Pola square digunakan untuk fluida dengan high fouling dan membutuhkan

pembersihan yang rutin. Berikut adalah contoh gambar dari pola tube layout :


II-


Gambar 2.5 Pola Tube Layout

f) Tubeside passes : menunjukkan berapa kali fluida mengalir dari satu end of a

bundle ke end of a bundle yang lain. Untuk heat exchanger yang memiliki

lebih dari single tubeide pass, sejumlah tube akan dikelompokkan bersama

dalam channel. Pass partition plates akan membagi menjadi kelompok

individu dari tube.

g) Baffles : dipasang di bagian shellside dari heat exchanger untuk mengarahkan

fluida dalam shellside untuk mengalir sepanjang tube dengan pola yang

spesifik. Baffles biasanya dipasang tegak lurus pada shell dan berfungsi untuk

menahan tube bundle, mencegah tube dari getaran dan mencegah kelonggaran

tube sepanjang heat exchanger. Terdapat 4 tipe baffles yaitu single segmental,

double segmental, doughnut and disc dan longitudinal. Tipe single segmental

digunakan untuk fluida pada bagian shell berupa liquid. Tipe double

segmental digunakan untuk fluida pada bagian shell berupa gas. Berikut

adalah contoh gambar dari tipe baffle :


II-


Gambar 2.6 Tipe Baffle

Baffle cut adalah fraksi dari cross-sectional area aliran fluida dalam shell.

Heat Exchanger 124-C memiliki baffle cut sebesar 19% sehingga 1 baffle

menutupi 81% dari cross-sectional area dalam shell dan sisanya 19% untuk

fluida. Baffle spacing adalah jarak antar baffles center-to-center dimana dalam

desain harus mempertimbangkan pressure drop dan perpindahan panas. Untuk

optimasi secara thermo economic maka disarankan baffle spacing kurang lebih

20% dari diameter dalam shell. Baffle spacing yang terlalu kecil

mengakibatkan pressure drop yang besar karena aliran redirection. Sedangkan

baffle spacing yang terlalu besar mengakibatkan cooler spots pada bagian

sudut antar baffle.


II-


TEMA-Type Shell-and-Tube Heat Exchanger

TEMA (the Tubular Exchanger Manufacturers Association) adalah

asosiasi yang terdiri dari perusahaan yang membuat shell-and-tube heat

exchanger. TEMA telah mengembangkan engineering standard yang digunakan

untuk mendesain shell-and-tube heat exchanger.

TEMA – type designation

Huruf pertama dari 3 huruf TEMA-type designation menunjukkan heat

exchanger front-end atau stationary head type yang terdiri dari 5 tipe

Huruf kedua dari 3 huruf TEMA-type designation menunjukkan heat

exchanger shell yang terdiri dari 7 tipe.

Huruf ketiga dari 3 huruf TEMA-type designation menunjukkan heat

exchanger rear-end atau floating-head type yang terdiri dari 8 tipe.

Berikut adalah gambar yang menunjukkan 3 huruf TEMA-type designation :


II-


Gambar 2.7 TEMA Heat Exchanger Layout Designation

Tipe yang digunakan oleh Heat Exchanger 124-C adalah BEM yang terdiri dari:

Huruf Tipe Deskripsi Dasar Pemilihan

Pertam

aB

Bonnet atau Removable

Channel dengan Integral

Cover

Banyak digunakan untuk low-

fouling tubeide.

Bisa digunakan untuk fixed

tubeheet, U-tube, dan floating

head exchanger

Lebih murah dari head tipe A.


II-


Kedua E Single Pass Desain shell yang paling

umum digunakan

Ketiga MFixed Tubeheet

Stationary Head

Digunakan dengan fixed

tubeheet exchanger dimana

tube dapat dibersihkan secara

kimiawi

2.2 Fouling

Fouling didefinisikan sebagai akumulasi dari material yang tidak diinginkan pada

permukaan peralatan proses. Fouling dapat menyebabkan masalah seperti :

Fouling layer memiliki konduktivitas thermal yang rendah. Hal ini

meningkatkan resistansi perpindahan panas dan mengurangi efektivitas

heat exchanger.

Terjadinya deposit sehingga luas penampang berkurang dan peningkatan

pressure drop di heat exchanger.

Fouling dapat memperbesar biaya untuk desain, operasional dan pemeliharaan

untuk suatu peralatan serta mengurangi keuntungan pabrik seperti :

Kebutuhan modal yang tinggi karena luas permukaan tambahan sebagai

antisipasi akibat fouling, biasanya luasan tambahan berkisar antara 10% -

50% (rata-rata 35%) lebih dari kebutuhan.

Biaya tambahan untuk pembersihan fouling tiap tahun akibat fouling.

Hasil produksi yang berkurang akibat shutdown yang terencana maupun

yang tidak terencana akibat fouling.

Pada Shell and Tube Heat Exchanger sebagai Cooler, air pendingin yang

berpotensi besar dapat membentuk fouling ditempatkan di bagian tube karena

pembersihan secara mekanik pada bagian dalam tube lebih mudah daripada

bagian luar tube.


II-

bab ii

Documents