TUGAS TEKNOLOGI BAHAN DAN KOROSI

HEAT EXCHANGER

NAMA : ELIZABETH CHRISTAMORE

NIM : 140405062

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2015

Heat Exchanger

Heat exchanger merupakan sebuah alat penukar kalor antara dua fluida yang

melewatidua bidang batas. Bidang batas disini adalah dinding pipa yang terbuat dari

berbagai jenislogam bergantung dari jenis heat exchanger itu sendiri.Perpindahan

panas dapat terjadi di heat exchanger karena dua fluida yang masuk kedalam heat

exchanger memiliki temperatur yang berbeda baik secara langsung maupuntidak

langsung. Perpindahan panas secara langsung terjadi ketika dua fluida dengan suhu

yang berbeda mengalami kontak langsung tanpa adanya dinding pembatas.

Perpindahan panas terjadi pada bagian penghubung antara dua fluida. Contoh fluida 

yang mengalami perpindahan panas secara langsung adalah dua jenis fluida yang

tidak saling bercampur, dancampuran gas-liquid. Dua fluida yang mengalami

perpindahan panas secara tidak langsungketika dua fluida tersebut mengalir dengan

dibatasi oleh dinding pemisah.

PLATE HEAT EXCHANGER 2 (HE-102)

Fungsi : Memanaskan campuran bahan tambahan

Bentuk : Balok berisi pelat-pelat tipis yang tersusun vertikal

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C

Susunan pelat : Susunan 1 pass – 1 pass dengan aliran berlawanan arah

Jumlah : 1 unit

Spacing : 3 mm

Tebal pelat : 0,75 mm

Lebar pelat : 0,15 m

Tinggi pelat : 1,5 m

Jumlah pelat : 376

L.C.1 PLATE HEAT EXCHANGER 2 (HE–102)

Fungsi : Memanaskan campuran bahan tambahan

Bentuk : Balok berisi pelat-pelat tipis yang tersusun vertikal

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C

Susunan pelat : Susunan 1 pass – 1 pass dengan aliran berlawanan arah

Jumlah : 1 unit

Data kondisi operasi:

Spacing ( ) = 3 mm = 0,003 m

Diameter ekuivalen (De) = 6 mm = 0,006 m

Tebal pelat (t) = 0,75 mm = 0,00075 m

Lebar pelat (W) = 0,15 m

Tinggi pelat (L) = 1,5 m

Diameter port (Dp) = 0,1 m

Kalor yang dibutuhkan (Q) = 439.232.923,2469 J/jam = 122.009,1453 J/s

Fluida dingin:

Laju alir massa gliserin (m) = 95,9173 kg/jam

Laju alir massa DEA (m) = 6,0368 kg/jam

Laju alir massa NaOH (m) = 965,8800 kg/jam

Laju alir massa propilen glikol(m) = 704,2875 kg/jam

Laju alir massa NaCl (m) = 2,6830 kg/jam

Laju alir massa asam sitrat (m) = 10,0613 kg/jam

Laju alir massa sukrosa (m) = 95,9173 kg/jam

Laju alir massa air (m) = 3.465,0945 kg/jam

Laju alir total (m) = 5.345,8775 kg/jam

Suhu masuk (t1) = 30°C

Suhu keluar (t2) = 70°C

Jumlah pass (np) = 1

Fluida panas:

Laju alir steam (m) = 203,0823 kg/jam

Suhu masuk/keluar (Ts) = 133,6839°C

Tekanan (P) = 2 bar (g)

Jumlah pass (np) = 1

Perhitungan:

a. Corrected Log Mean Temperature Difference (∆TM)

Log Mean Temperature Difference (∆TLM)

∆TLM =

= = 82,0656 °C

Number of transfer unit (NTU) =

= = 0,4874

Pada Gambar 12.62 dalam buku Coulson & Richardson’s Chemical

Engineering Design (Sinnott, 2005) diperoleh nilai correction factor (Ft) = 0,99.

Corrected Log Mean Temperature Difference (∆TM)

∆TM =

= 0,4874 °C 0,99

= 81,2449 °C

b. Overall Heat Transfer Coefficient (U)

Pada Tabel 12.1 dalam buku Coulson & Richardson’s Chemical Engineering

Design (Sinnott, 2005) diperoleh nilai asumsi awal overall heat transfer

coefficient (U) = 500 W/m2°C

c. Temperatur kalorifik (tc)

tc = = = 50 °C

d. Jumlah pelat (np)

Luas perpindahan panas (Ap) =

=

= 3,0035 m2

Luas permukaan pelat (A) =

= 0,5 m 1,5 m = 0,75 m2

Jumlah pelat (np) =

= 4,0047 6 pelat

e. Jumlah channel (nc) = = = 3

Jumlah channel untuk masing-masing aliran fluida dingin dan panas adalah 3.

f. Cross-sectional flow area (Ao)

Ao =

= 0,003 m 0,5 m 3

= 0,0045 m2

Fluida dingin

Data Komponen dan Bahan

Tabel C.3 Data Komponen fluida dingin dalam Plate Heat Exchanger 2 (HE-102)

Komponen Suh

u

(oC)

Ρ

(kg/m3)

Μ

(kg/m s)

K

(W/m.K)

cp

(kJ/kg K)

Gliserin 50 1.014,9000 0,1340 0,1835 3,5038

DEA 50 1.032,6944 0,0177 0,1832 2,6000

NaOH 50 1.485,1500 0,0191 0,2869 3,2700

Propilen glikol 50 847,2721 0,0011 0,1498 3,0641

NaCl 50 1.132,2700 0,0008 0,2376 2,7095

Asam sitrat 50 985,9520 0,0009 0,1318 1,2520

Sukrosa 50 1.965,2000 0,0004 0,4100 3,8680

Air 50 998,07000 0,0005 0,6394 4,1830

Campuran 1.045,1105 0,0013 0,5651 3,8448

(Rodenbush et al., 1999;Sales-cruz et al., 2010;Ojolo et al., 2012; Maria dan Garcia,

2012; Perry, 1999)

g. Mass velocity pada channel (G) =

=

= 329,9924 kg/m2 s

h. Koefisien perpindahan panas fluida dingin (hd)

Bilangan Reynold (NRe) = (Geankoplis, 2003)

=

= 1.576,9007

Bilangan Prandtl (NPr) = (Geankoplis, 2003)

=

= 8,5422

Bilangan Nusselt (NNu) = (McCabe, 2010)

=

= 106,5281

Bilangan Nusselt (NNu) = (McCabe, 2010)

106,5281 =

hd = 10.033,7365 W/m2 K

Fluida panas

i. Temperatur dinding (tw)

tw =

=

= 53,9722 oC

∆T = Tsat - tw

= 133,6839 oC - 53,9722 oC = 79,7117 oC

j. Temperatur fluida (Tf)

Tf =

= = 93,8280 oC

Data Komponen dan Bahan

Tabel C.4 Data komponen fluida panas dalam Plate Heat Exchanger-2 (HE-102)

Komponen Suhu

(oC)

Ρ

(kg/m3)

Μ

(kg/m s)

k

(W/m.K)

Hfg

(J/kg)

Air 93,8280 962,6189 0,0003 0,6800 -

Sat. Steam 93,8280 0,4829 - - -

Sat. Steam 133,683

9- - -

2.163.447,747

6

(Geankoplis, 2003)

Asumsi : Aliran Laminar (NRe < 1800)

k. Koefisien perpindahan panas fluida panas (hp)

Bilangan Nusselt (NNu)

NNu =

=

= 9.005,5318

NNu =

9.005,5318 =

hd = 4.082,7358 W/m2 K

hd = 4.082,7358 W/m2 oC

l. Bilangan Reynold (NRe)

Laju alir kondensat (m)

Q = =

m =

= = 0,1128 kg/s

Bilangan Reynold (NRe) = (Geankoplis, 2003)

=

= 2.975,9651 (Aliran Turbulen)

m. Koefisien perpindahan panas fluida panas (hp)

Bilangan Nusselt (NNu)

NNu =

Asumsi NRe = 5.550,7122

NNu = = 16.796,9427

NNu =

16.796,9427 =

= 7.615,0394 W/m2 oC

n. Bilangan Reynold (NRe)

Laju alir kondensat (m)

Q = =

m =

= = 0,2104kg/s

Bilangan Reynold (NRe) = (Geankoplis, 2003)

=

= 5.550,7122 (NRe hitung = NRe asumsi)

o. Overall Heat Transfer Coefficient (U)

Pada Tabel 12.9 dalam buku Coulson & Richardson’s Chemical Engineering

Design (Sinnott, 2005) diperoleh nilai coefficient fouling factor untuk fluida

panas = 8.000 W/m2°C sementara untuk fluida dingin = 8.000 W/m2°C.

=

U = 2.009,6973 W/m2°C

Nilai U hitung > U estimasi, sehingga perlu dinaikkan jumlah pelat agar nilai U

hitung ≈ U estimasi.

p. Jumlah pelat desain yang dibutuhkan (Np)

Prosedur e hingga o diulangi dengan menaikkan jumlah pelat (np) hingga

diperoleh nilai U hitung ≈ U estimasi.

Akhirnya diperoleh jumlah pelat desain yang dibutuhkan (Np) dinaikkan menjadi

376 pelat.

Fluida dingin Fluida panas

G (kg/m2 s) 5,2658 -

NRe 25,1633 3.970,2570

h (W/m2 oC) 627,2608 7.591,5967

U 501,8551

q. Pressure drop fluida dingin

Mass velocity pada port (Gp) =

=

= 188,9957 kg/m2 s

Friction factor (f) = 0,8 NRe-0,25

= 0,8 (25,1633)-0,25

= 0,3572

∆p =

=

= 14.028,1737 kg/m2 s

= 2,0346 psia (dapat diterima)

r. Pressure drop fluida panas

Mass velocity pada port (Gp) =

=

= 7,1797 kg/m2 s

Friction factor (f) = 0,8 NRe-0,25

= 0,8 (3.970,2570)-0,25

= 0,1008

∆p =

=

= 13.994,8507 kg/m2 s

= 2,0298 psia < 10 psia (dapat diterima)

Alasan mengapa digunakan Carbon Stell SA-285 Grade C ialah karena

bahan ini lebih ekonomis dan digunakan pada alat-alat yang suhunya > 900 oF.

Heat exchanger adalah alat pemanas sehingga suhunya tentu tinggi. Untuk heat

exchanger dapat pula digunakan Carbon Steel SA-212 Grade B. Bahan ini lebih

baik digunakan karena tebal shell hanya 79% dari Carbon Steel SA-285 Grade C

dan suhu maksimumnya <1000 oF. Sehingga dapat digunakan bila industri

membutuhkan temperatur yang lebih panas. Namun apabila tidak dibutuhkan suhu

≥ 900 oF, lebih baik menggunakan Carbon Steel SA-285 Grade C karena lebih

ekonomis.