modul 3 hysys simulasi alat penukar panas

44
MODUL3 SIMULASI ALAT PENUKAR PANAS ( HEAT EXCHANGER ) ASISTEN LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA 2014

Upload: lkpuntirta

Post on 28-Dec-2015

474 views

Category:

Documents


68 download

DESCRIPTION

hysys lkp

TRANSCRIPT

MODUL3

SIMULASI ALAT PENUKAR PANAS

(H E AT E X C H A N G E R)

ASISTEN LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

2014

Heat Exchanger

Alat penukar energi antara fluida panas denganfluida dingin tanpa terjadi interaksi langsung

Tipe Heat Exchanger

a. Double pipe heat exchangerb. Shell and tube heat exchangerc. Plate & Frame heat exchanger

Hysys SimulationTipe Design Heat Exchanger

■ End Design Model merupakan standard perhitungan HE dengan

data seperti persamaan diatas tanpa perubahan phase selama

proses perhitungan

■ Weighted Design Model merupakan standard perhitungan HE bila

terjadi proses perubahan phase

■ Steady State Rating Model merupakan pengembangan dari End

Design Model pada kondisi tunak

■ Dynamic Rating Model diaplikasikan pada kondisi dynamic

Shell Type (TEMA)

Did You Know TEMA mas broo ??????

■ T = Tubular

■ E = Exchanger

■ M = Manufacturers

■ A = Association

TEMA F

F: Two-Pass Shell

with Longitude Baffle

•Tipe ini diaplikasi dimana aliran pada bagian dibuat seri dengan

harapan temperatur aliran panas keluar dekat dengan

temperatur aliran dingin masuk

• Tipe akan menghasilkan hilang tekan yang cukup besar dengan

perbandingan 8X dari tipe E 16

TEMAG

•Tipe ini dikenal sebagai split flow dengan adanya longitudinal

baffle

•Tipe ini dapat dipergunakan untuk perubahan phasa seperti

reboilertetapi umumnya dipergunakan tanpa terjadi perubahan

phasa

TEMA J

•Tipe ini dikenal sebagai divided flow dengan 2 nossel umpan

dengan 1 nossel keluaran

•Tipe ini memiliki hilang tekanan yang rendah sekitar 1/8

dari tipe E sehingga tipe ini cocok diaplikasikan untuk proses-

proses pada tekanan rendah seperti gas cooler dan

kondensor

TEMA X

•Tipe ini dikenal sebagai cross flow antara aliran di tube dan shel

tanpa adanya suatu baffel

•Tipe ini memiliki hilang tekanan yang sangat kecil dan

umumnya dipergunakan untuk gas-gas dan kondensasi uap pada

tekanan rendah

TEMA DAN BENTUK HEAD HE

Shell and Tub

i .E M E _ L

7.SHELL CAVIH

J.SHELL CHANNEL4.«Hf LL COVffl ENQ F LANGti,SHELL worn(.

CLFLOATING TUflisHtttI.FlOATINGHEAD

FLOATING ^E A& ELAWE

STATION*flV Tu«i3WET

CHHkNNELCHANNft COVER

CilANrfEL UL^ZZ|.ETit ROM ANP bfACEM

16.THANSVE RS E flAF F L ES ORSuPf^nrfLATES

tfl.lUTWOiEMENT BAJF FLE1.?VENT COMlfCKON

IB.DRAIN CONNECTIOWIB.TEil CONNECTIONW.EUPPDfiTBMDLE*Jl,UFTiMORINCi

Why Shell andTube HE ???

Ada beberapa alasan kenapa Shell and Tube HELebih umum digunakan;■ Pressure range dan pressure drop dapat

ditentukan untuk setiap fluida■ Konstruksi material untuk shell dan tube

dapat berbeda sesuai dengan kebutuhan■ Luas Kontak dapat di perluas, untuk

meningkatkan Heat Transfer■ Mudah dalam perawatan

Walas, Chemical Process Equipment

Neraca Energi

Neraca energi aliran panas dan dingin

Laju energi berpindah sepanjang dinding HE

Loq Mean Temperature Difference(ATlmtd)

cokLiu

cold.out

■botju

AT,

roldju

lior.our

Alirau couuter-current Alirau co-current

AT - AT.

In (A T^ /

Correction Factor LMTD (Ft)

T — TT — TR — —^^C _ 1 co 1 a

T -TT - T

Lihat Graphic FT dengan R, S sesuaikan tipe

shell-tube Heat Exchanger yang inemenuhiharganya (Ft > 0.8)

Graphic Factor Correction

One Shell Pass, two or more tube pass

Graphic Factor Correction1

Two Shell Pass, Four or multiple tube pass

Graphic Factor Correction

Divided-flow Shell# Two or more even-tube pass

Graphic Factor Correction

Split-flow Shell, Two tube pass

Overal Heat Transfer Coeficient

Persamaan yang digunakan untuk mencari Overal heat

Transfer Coeficient (U)

Tahapan Perancangan HE

■ Definisikan laju energi antara fluida panas-dingin

(laju alir massa dan temperature)

■ Physical Properties: densitas, viscositas, thermal

conductivity

■ Tentukan tipe HE

■ Assumsikan nilai U

■ Hitunglah LMTD dan Ft

■ Hitung luas area yang diperlukan (A)

Tahapan Perancangan HE

■ Putuskan tipe HE shell - tube (number pass)

■ Tentukan panjang tube dan hitung jumlah tube

■ Hitunglah koefisien perpindahan panas inside, outside

■ Hitunglah overall heat transfer coefficient dan

bandingkan dengan tebakan awal, ulangi kalau beda jauh

■ Hitunglah hilang tekan

■ Optimisasi design untuk mencari luas area yang terkecil

HYSIS SIMULATION

Alat perpindahan panas shell-tube dipergunakan untuk mendinginkan benzena dari temperatur 180 F ke temperatur 100 F pada laju alir 100 lbm/hr dan tekanan 1.2 bar. Air dipergunakan sebagai cooling yang dialirkan berlawanan arah dengan temperatur masuk 70 F dengan tekanan 1 bar dan laju alir 50 lbm/hr berapa temperatur keluar air dan bagaimana kondisi operasi HE double pipe tersebut? Coba improvisasikan pola alirannya (co-current dan counter current) perhatikan apa perbedaannya?

Contoh Kasus

Aliran panas (tube)

■ Fluida = Benzene

■ Temperature (F) = 180 F

■ Pressure (Bar) = 1.2

■ Mass flow = 100 lb/hr

■ Pressure drop (kg/cm2) = 0.2

■ Fouling Resistance (hr.m2.C/kcal) = 0.0002

■ Diameter Tube, OD (mm) = 19.05

■ Inside Diameter (mm) = 14.00

■ Tube Length (m) = 20

Contoh Kasus

Aliran dingin (shell)

■ Fluida = Air

■ Temperature (F) = 70

■ Pressure (kg/cm2) = 1

■ Mass Flow (Lb/hr) = 125

■ Pressure drop (kg/cm2) = 0.86

■ Fouling Resistance (hr.m2.C/kcal) = 0.0004

■ Diameter Shell (mm) = 1500

■ JumlahTube/Shell = 150

■ Tube pitch (In) = 1,5

HYSIS SIMULATION

S/HYSIS SIMULATION

w E-100 EESDesign

Connections

Parameters

Specs

User Variables

Notes

Design Rating

Delete

-Heat Exchanger Modeh

iExchanger Design (End Point ■3-Heat Leak/Loss

(* None C Extremes C Proportional

X

Tube Side

Delta P

Shell Side

0.2000 kg/cm2Delta P

UA

0.S600 kg/cm2

4.360e+005 kJ/C-h

5^

-[Exchanger Geometrv—Calculate Ft Factor

Tube Passes per Shell Shell Passes Shells In Series First Pass Shell TEMA Type

J 1 1 1 Counter E

Worksheet Performance Dynamics HTFS■TASC

Update ~\ignored

Hysys Simulation/ /

w E-100 EESDesign

Connections

Parameters

Specs

User Variables

Notes

Design Rating

Delete

-Heat Exchanger Modeh

iExchanger Design (End Point ■3-Heat Leak/Loss

(* None C Extremes C Proportional

X

Tube Side

Delta P

Shell Side

0.2000 kg/cm2Delta P

UA

0.S600 kg/cm2

4.360e+005 kJ/C-h

5^

-[Exchanger Geometrv—Calculate Ft Factor

Tube Passes per Shell Shell Passes Shells In Series First Pass Shell TEMA Type

J 1 1 1 Counter E

Worksheet Performance Dynamics HTFS■TASC

Update ~\ignored

HYSIS SIMULATION

HYSIS SIMULATION

HYSIS SIMULATION

HYSIS SIMULATION

HYSIS SIMULATION

HYSIS SIMULATION

HYSIS SIMULATION

TRAINING SIMULATIONPada proses “Polimerisasi Cold” pembuatan styrene

butadiene Rubber (SBR). Raw material 1,3 butadiene (75,89%) dan styrene (24,11%) pada tekanan 1 bar, dengan laju alir massa 100 Kg/hr pada kondisi temperatur ruang, terlebih dahulu akan di dinginkan sebelum masuk kedalam reaktor dengan amonia hingga temperaturnya mencapai 8 celcius. Dengan perbedaan tekanan pada tube sebesar 0.5 kg/cm2 dan perbedaan tekanan pada shell 0.89 kg/cm2, hitunglah berapa jumlah laju alir massa amonia dalam Kg/h yang harus di perlukan untuk mendinginkan umpan tersebut, jika temperatur input amonia 4 celcius dan keluaran 7 celcius. Berapa nilai UA dalam Kj/C-h jika alirannya co-current?

TUGAS HEAT EXCHANGERPERTEMUAN KE DUA

TUGAS

TUGAS

TUGAS

Rancang alat penukar kalor untuk E-101 dengan menggunakan high pressure steam (hps) tekanan 45 barg Untuk temperatur input dan output steam silahkan Trial sendiri, key word (Temperatur Cross)1. Berapakah jumlah kebutuhan steam pada proses

tersebut?2. Berapakah luas bidang perpindahan panas yang

diperlukan (m) bila nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan sebesar 40 W/m

3. Berapakah jumlah tube yang diperlukan jika panjang tube = 16 ft dan diameter dalam tube3/4 inch