76

13. Pemilihan Penukar Panas Shell dan Tube

Penukar panas fixed tubesheet biasanya paling murah. Jika, bagaimanapun sebuah

sambungan ekspansi telah digunakan, kemudian U-tube exchanger terbukti lebih murah.

Jika bundel bisa dilepas, U-tube akan menjadi paling murah.

13.1 Tipe Shell

Tujuh tipe shell standar dari TEMA, seperti berikut ini:

a. E One-pass shell

b. F Two-pass shell with longitudinal baffle

c. G Split flow

d. H Double split flow

e. J Divided flow

f. K Kettle type reboiler

g. X Crossflow

Aliran pada shellside untuk shell E, F, G, H dan J ditunjukkan pada gambar 13.1.

Deskripsi singkat dari beberapa tipe akan dibahas selanjutnya.

77

Gambar 13.1 Tipe Shell Standar TEMA dan pola distribusi aliran pada shellside. (a)

Single-pass shell, (b) Two-pass shell dengan longitudinal baffle, (c) split flow, (d)

double split flow, (e) crossflow

TEMA Shell E

Shell E adalah yang paling utama dan umum karena murah, sederhana dan mudah

pembuatannya. Shell E adalah salah satu shell yang memiliki aliran fluida masuk dan

keluar nozel yang terpasang di kedua ujung yang berlawanan dari shell. Shell ini paling

78

umum untuk aplikasi fluida fase tunggal. Beberapa aliran masuk pada sisi tube

mengurangi efektivitas atau faktor koreksi LMTD F melewati satu aliran keluar. jika F

terlalu rendah, 2 seri shell E mungkin digunakan untuk meningkatkan perbedaan

temperatur yang efektif dan keefektifan thermal. Pengaturan aliran yang mungkin

adalah E1-1, E1-2, E1-3 dan E1-N

TEMA Shell F

Shell F dengan melewati dua sisi shell yang biasanya digunakan pada sisi tube

ditunjukkan pada gambar 13.3 jadi pengaturan aliran yang berlawanan, didalam F faktor

di hasilkan 1.0. Ini dicapai dengan menggunakan shell E yang memiliki baffle

longitudinal pada sisi shell. Aliran masuk dan keluar nozel terletak diujung yang sama.

Jumlah perpindahan panas lebih dari shell E tetapi biaya penurunan tekanan meningkat

(dibandingkan dengan shell E, kecepatan pada shellside 2 kali lebih banyak dan

penurunan tekanan 8 kali lebih banyak). Meskipun idealnya ini adalah pengaturan arus

yang diinginkan, tetapi itu jarang digunakan karena banyak masalah yang terkait dengan

sisi shell longitudinal baffle. Mereka termasuk sebagai berikut :

a. Akan ada perpindahan panas secara konduksi melalui longitudinal baffle karena

gradien suhu melewati sisi shell.

b. Jika longitudinal baffle tidak terus menerus dilas ke shell, atau jika segel tidak

disediakan secara efektif diantara longitudinal baffle dan shell, akan ada kebocoran

fluida dari sisi HP ke LP.

79

Gambar 13.2 . pengaturan aliran dan distribusi temperature

Gambar 13.3 F shell

Kedua faktor akan berkurang, perbedaan suhu rata-rata dan efektivitas penukar

panaslebih dari keuntungan yang diterima pada pengaturan aliran murni searah.

80

Konstruksi baffle yang dilas memiliki kelemahan: Ini tidak mengizinkan penarikan dari

bundel tube untuk pemeriksaan atau pembersihan. Oleh karena itu, jika salah satu

kebutuhan untuk meningkatkan perbedaan suhu rata-rata, beberapa seri shell lebih

disukai daripada shell F.

TEMA Shell G, H

TEMA desain shell G dan H yang paling cocok untuk aplikasi perubahan fase dimana

bypass sekitar plat longitudinal dan aliran yang berlawanan arah kurang penting

dibandingkan dengan distribusi aliran. Pada tipe shell ini, plat longitudinal memiliki

distribusi aliran untuk vapor lebih baik dan membantu membersihkan tanpa adanya

kondensat.

TEMA Shell G atau Split Flow Exchanger

Dalam exchanger ini, ada satu inlet pusat dan satu nozzle dengan longitudinal baffle.

Fluida shell memasuki di pusat penukar dan terbagi menjadi dua aliran. Oleh karena itu,

juga dikenal sebagai unit split flow. Kemungkinan pengaturan aliran (G1-1, G1-2, dan G1-

4) ditunjukkan pada Gambar 13.3 Shell G yang cukup populer untuk mendesain penukar

panas dengan beberapa alasan. Salah satu alasan penting adalah kemampuan mereka

untuk menghasilkan "faktor koreksi suhu" yang sebanding bagi mereka dalam shell F

dengan hanya sebagian kecil dari kerugian tekanan shellside di kedua tipe.

TEMA Shell H atau Double Split Flow Exchanger

Hampir mirip dengan shell G, tetapi dengan dua nozel inlet dan dua nozel dan dua

baffle horizontal berakibat pada unit split flow ganda. Hal ini digunakan ketika

penurunan tekanan sangat terbatas. Pengaturan yang mungkin berhasil berada pada H1-1 ,

dan H1-2 (Gambar 13.4). Pendekatan shell H pengaturan berdasarkan pengaturan X

shell, dan biasanya mengalami penurunan tekan pada shellside dibandingkan dengan

shell E, F, dan G.

81

Gambar 13.3 G shell flow arrangement and temperature distribution.

(a) G1-1 and (b) G1-2.

Gambar 13.4 H shell flow arrangement. (a) H1-1 and (b) H1-2.

TEMA Shell J atau Divided Flow Exchanger

Divided flow J shell memiliki dua lubang dan satu outlet atau satu inlet dan dua nozel

(yaitu, nozel tunggal pada titik tengah dari shell dan dua nozel dekat ujung tabung).

Dengan nozzle tunggal pada inlet di tengah, fluida shell memasuki pusat penukar dan

terbagi menjadi dua aliran. Fluida ini mengalir di arah longitudinal sepanjang alat

penukar dan keluar dari dua nozel, satu di setiap akhir exchanger. Kemungkin lolos

pengaturan adalah satu shell pass, dan satu, dua, empat, N (bahkan) atau melewati

82

tabung yang tak terbatas. Pengaturan shell J dengan distribusi temperatur ditunjukkan

pada Gambar 13.4. Dengan shell TEMA J, kecepatan pada shell-side akan menjadi

setengah dari TEMA shell E dan karenanya penurunan tekanan akan sekitar

seperdelapan dari shell E. Karena alasan ini, digunakan karena rendahnya tekananan

aplikasi seperti kondensasi dalam ruang hampa. Untuk fluida shell dikondensasi, shell J

digunakan dengan dua lubang untuk fasa gas dan satu outlet pusat untuk kondensat dan

gas sisa.

TEMA K Shell or Kettle Type Reboiler

K shell digunakan sebagian untuk menguapkan fluida shell. Hal ini digunakan sebagai

reboiler ketel pada proses industri dan sebagai chiller di industri pendingin. Biasanya,

itu terdiri dari bundel horizontal tabung U dipanaskan atau head floating ditempatkan di

shell. Tabung bundel bebas untuk bergerak dan dapat dilepas. Diameternya sekitar 50%-

70% dari diameter shell. Ruang kosong yang besar di atas bundel tabung bertindak

sebagai ruang uap melepaskan diri. Fluida harus menguap masuk di bagian bawah,

dekat tubesheet, dan mencakup berkas tube; uap menempati ruang atas di shell, dan uap

kering keluar dari nozzle atas (s), sementara bendungan (penyekat unperforated vertical)

membantu untuk menjaga tingkat fluida melalui bundel tube. Pada ruang bawah nosel

digunakan untuk mengalirkan liquid berlebih.

TEMA Shell X

Shell X (gambar 13.5) ditandai dengan kemurnian aliran berlawanan arah pada

shellside. Tidak ada sekat melintang yang digunakan dalam shell X; namun, plat

pendukung digunakan untuk menekan getaran aliran-terinduksi. Shell X memiliki nozel

di tengah seperti pada shell G. Fluida shellside dibagi menjadi banyak sup aliran, dan

masing-masing sub aliran mengalir di atas bundel tube dan keluar melalui nozzle bagian

bawah. Kesalahan pada distribusi aliran pada sisi shell dapat menjadi masalah kecuali

ketentuan yang tepat telah dibuat untuk memberi umpan fluida secara seragam di bagian

inlet.

83

Gambar 13.5 (a) Cross section of TEMA X shell—schematic and (b) tube heat

exchanger.

Gambar 13.6 pengaturan aliran K shell

Comparison of Various TEMA Shells

Secara umum jenis shell, E dan F yang cocok untuk fluida fase tunggal karena banyak

perbedaan pengaturan penyekat dan jalur aliran yang relatif lama. Ketika penurunan

tekanan shellside adalah faktor pembatas, shell G dan H bisa digunakan. Shell G dan H

tidak digunakan untuk aplikasi shellside fase tunggal, karena tidak ada batas atas shell E

atau X. Longitudinal baffle berfungsi untuk mencegah keluarnya dari komponen yang

lebih ringan dari fluida shell, membantu membilas, memberikan peningkatan

pencampuran, dan membantu distribusi aliran.

84

Shell Side Velocity Kepala dan Pressure Drop untuk Beberapa Shells TEMA

13.2 Desain Kepala Depan Dan Belakang

Desain kepala dapat bervariasi dari coran standar polos untuk fabrikasi dapat dirakit

dengan banyak fitur khusus. Dua pertimbangan utama dalam pemilihan kepala adalah

aksesibilitas ke tube, dan kemudahan perpipaan. Dimana kondisi fouling yang dapat

ditemui atau ketika pemeriksaan berkala, kepala atau pelat penutup yang dapat dengan

mudah dihilangkan adalah sebuah pilihan. Di kepala ini, koneksi yang terletak di sisi,

bukan pada ujung kepala yang bisa dilepas. Kepala akhir digunakan untuk tujuan ini

disebut saluran. Mereka dibuat dari shell silinder dan dilengkapi dengan mudah dilepas

pelat penutup sehingga tabung dapat dibersihkan tanpa mengganggu pipa.

13.2.1 Sebutan untuk Jenis-jenis Kepala

Kepala depan: Untuk variabel kepala depan, konstanta dan artinya adalah:

A Channel dengan penutup yang bisa dilepas

B Bonnet dengan cover terpisahkan

C Saluran terpisahkan dengan lembar tabung dan penutup dilepas ketika bundel

tabung dilepas

N Saluran terpisahkan dengan lembar tabung dan memiliki penutup dilepas tapi

bundel tabung tidak dilepas

D Khusus penutupan tekanan tinggi

85

Kepala belakang:

L lembar tabung Tetap seperti A kepala stasioner

M lembar tabung Tetap seperti B kepala stasioner

N lembar tabung Tetap seperti kepala stasioner N

P luar dikemas kepala mengambang

S kepala Terapung dengan perangkat dukungan

T Tarik melalui kepala mengambang

U U-tube bundle

W Eksternal disegel lembar tabung mengambang

Berikut ini beberapa kemungkinan kombinasi rear head dengan penukar panas dengan

bundel yang dapat dilepas:

1. BEU/AEU, 2. CEU, 3. BEW/AEW, 4. AEP/BEP, 5. AES/AET, 6. NEU,

7. NEN, 8. AEM/BEM/AEL, dan lain-lainnya.