TUGAS UMUM OPERASI TEKNIK KIMIA I

TUGAS UMUM OPERASI TEKNIK KIMIA IPERCOBAAN HEAT CONDUCTION

SHELL AND TUBE EXCHANGER

Shell and tube heat exchangerTransfer panas ke dan dari cairan proses merupakan bagian penting dari sebagian besar kimia proses. Yang paling sering digunakan jenis peralatan perpindahan panas adalah di mana-mana shell dan tube penukar panas; desain yang merupakan subyek utama dari bab ini. Jenis utama penukar panas yang digunakan dalam proses kimia dan bersekutu industri, yang akan dibahas, tercantum di bawah ini: 1. Double-pipe exchanger: jenis yang paling sederhana, yang digunakan untuk pendinginan dan pemanasan. 2. Shell dan tube exchanger: digunakan untuk semua aplikasi. 3. Piring dan frame exchanger (penukar panas pelat): digunakan untuk pemanasan dan pendinginan.4. Plate-fin exchanger. 5. Penukar panas spiral. 6. Udara didinginkan: pendingin dan kondensor. 7. Kontak langsung: pendinginan dan pendinginan.Kata "exchanger" benar-benar berlaku bagi semua jenis peralatan yang dipertukarkan panas tetapi sering digunakan untuk menyatakan peralatan khusus di mana panas yang dipertukarkan antara proses dua sungai. Exchanger di mana proses fluida dipanaskan atau didinginkan oleh tanaman layanan streaming yang disebut sebagai pemanas dan pendingin. Jika proses stream menguap yang exchanger disebut vaporiser jika sungai pada dasarnya adalah benar-benar menguap; suatu reboiler jika dikaitkan dengan kolom distilasi; dan evaporator jika digunakan untuk berkonsentrasi sebuah solusi. Istilah dipecat exchanger exchanger digunakan untuk dipanaskan oleh pembakaran gas, seperti boiler; exchanger lainnya disebut sebagai "dipecat exchanger". Shell dan tabung penukar panas di antara potongan-potongan lebih membingungkan peralatan untuk pengendalian proses. Prinsip operasi ini cukup sederhana: Dua cairan temperatur yang berbeda dibawa ke kontak dekat tetapi dicegah dari bergaul dengan penghalang fisik. Suhu kedua cairan akan cenderung untuk menyamakan. Dengan mengatur aliran arus balik adalah mungkin bagi suhu di outlet masing-masing fluida mendekati suhu pada inlet yang lain. Panas isinya hanya bertukar dari satu fluida ke yang lain dan sebaliknya. Tidak ada energi yang ditambahkan atau dihapus. Karena tuntutan panas proses tidak konstan, dan isi panas kedua fluida tidak konstan baik, penukar panas harus didesain untuk kasus terburuk dan harus dikontrol untuk membuatnya beroperasi pada tingkat tertentu yang dibutuhkan oleh proses setiap saat dalam waktu. Penukar panas itu sendiri tidak konstan. Khas berubah dengan waktu. Perubahan yang paling umum adalah pengurangan tingkat perpindahan panas akibat menjatuhkan dari permukaan. Exchanger yang awalnya besar untuk memungkinkan menjatuhkan yang secara bertahap membangun selama penggunaan hingga exchanger tidak lagi mampu melaksanakan tugas. Setelah itu telah dibersihkan itu lagi berukuran besar.

Cara mengukurPada tingkat dasar, hanya ada satu variabel yang dapat dikendalikan - jumlah panas yang dipertukarkan. Dalam situasi praktis tidak mungkin untuk mengukur fluks panas. Itu selalu suhu satu cairan atau yang lain yang sedang diukur dan dikendalikan. Tidak mungkin untuk mengendalikan baik karena panas yang ditambahkan dari satu diambil dari yang lain. Oleh karena itu pertimbangan pertama adalah untuk menentukan tempat di mana suhu harus dijaga konstan. Ini biasanya dalam sebuah peralatan di suatu tempat hilir dari outlet salah satu cairan. Dengan anggapan tidak banyak perubahan suhu di sepanjang pipa, pengukuran dapat di manapun di antara outlet itu sendiri dan sudut bunga, mungkin di dasar sebuah menara penyulingan. Dalam kasus-kasus di mana pengukuran sedang dibuat hilir dari katup bypass, semakin jauh hilir, semakin baik akan pencampuran, dan yang lebih representatif pengukuran. Di sisi lain, terlalu jauh di hilir dapat mengakibatkan mati waktu proses yang dapat membuat kontrol sulit. Dalam kasus-kasus di mana "lain" cairan adalah satu dimanipulasi, seringkali cukup memadai untuk membuat pengukuran langsung hilir dari outlet nossel dari exchanger.

di mana Q = panas ditransfer per satuan waktu, W, U = keseluruhan koefisien perpindahan panas, W/m2 oC, A = area perpindahan panas, m2,

(Tm = perbedaan suhu, suhu motor penggerak, oC.

Tujuan utama dalam perancangan sebuah exchanger adalah untuk menentukan luas permukaan yang diperlukan untuk tugas tertentu (laju perpindahan panas) dengan menggunakan perbedaan suhu tersedia. Keseluruhan koefisien adalah kebalikan dari keseluruhan perlawanan terhadap perpindahan panas yang adalah jumlah resistensi dari beberapa individu. Untuk pertukaran panas di heatexchanger khas tabung hubungan antara keseluruhan koefisien dan koefisien individu, yang merupakan individu kebalikan resistensi, diberikan oleh:

Dimana Uo = koefisien secara keseluruhan berdasarkan wilayah di luar tabung, W/m2 oC,

ho = luar film fluida koefisien, W/m2 oC, hi = dalam film fluida koefisien, W/m2 oC, hod = kotoran di luar koefisien (faktor menjatuhkan), W/m2 oC, hid = di dalam kotoran koefisien, W/m2 oC, kw = konduktivitas termal bahan dinding tabung, W / moC, di = diameter dalam tabung, m, do = tabung diameter luar, m. Besarnya koefisien individu akan tergantung pada sifat dari heattransfer proses (konduksi, konveksi, kondensasi, mendidih atau radiasi), di sifat fisik dari cairan, pada aliran fluida-tukar, dan pada susunan fisik dari permukaan perpindahan panas. Sebagai layout fisik exchanger tidak dapat ditentukan sampai daerah dikenal desain exchanger adalah sebuah keniscayaan yang trial and error prosedur. Langkah-langkah dalam prosedur desain khas diberikan di bawah ini: 1. Tentukan tugas: laju perpindahan panas, aliran fluida-tingkat, suhu. 2. Kumpulkan bersama-sama sifat-sifat fisik fluida yang dibutuhkan: densitas, viskositas, termal konduktivitas.3. Tentukan jenis exchanger yang akan digunakan. Pilih nilai sidang untuk keseluruhan koefisien, U.4. Hitung perbedaan suhu rata-rata, (Tm. Hitung daerah diperlukan menentukan tata letak penukar.5. Hitung koefisien individu.6. Hitung koefisien keseluruhan dan bandingkan dengan nilai sidang. Jika dihitung nilai berbeda jauh dari nilai perkiraan, pengganti yang dihitung untuk nilai perkiraan.

7. Hitung penurunan tekanan exchanger,8. Mengoptimalkan desainSebelum rumus dapat digunakan untuk menentukan daerah perpindahan panas yang diperlukan untuk diberikan tugas, perkiraan rata-rata perbedaan suhu (Tm harus dibuat. Ini biasanya akan dihitung dari suhu terminal perbedaan: perbedaan dalam cairan suhu pada inlet dan outlet dari exchanger hanya berlaku perpindahan panas yang bijaksana rekan sejati saat ini atau kontra arus diberikan oleh:

di mana ( TLM = berarti perbedaan suhu, T1 = cairan panas suhu, inlet, T2 = cairan panas suhu, outlet, t1 = cairan dingin suhu, inlet, t2 = fluida dingin suhu, outlet.Aliran fluida simulasi untuk sebuah shell dan gaya tube exchanger; Shell inlet adalah di bagian atas belakang dan outlet di di latar depan di bagian bawah

Sebuah shell dan tabung penukar panas adalah suatu kelas desain penukar panas. Ini adalah jenis yang paling umum dari penukar panas di bidang penyulingan minyak dan proses kimia besar lainnya, dan cocok untuk aplikasi tekanan tinggi. Seperti namanya, jenis penukar panas terdiri dari shell (tekanan besar kapal) dengan setumpuk tabung di dalamnya. Satu cairan mengalir melalui tabung, dan cairan lain yang mengalir melalui tabung (melalui kulit) untuk mentransfer panas antara kedua cairan. Set tabung yang disebut tabung bungkusan, dan dapat disusun oleh beberapa jenis tabung: sederhana, bersirip longitudinal, dllTeori dan Aplikasi Dua cairan, yang berbeda temperatur mulai, mengalir melalui penukar panas. Satu mengalir melalui tabung (tabung sisi) dan aliran lain di luar tabung tapi di dalam shell (sisi shell). Panas yang dipindahkan dari satu fluida ke yang lain melalui dinding tabung, tabung baik dari sisi ke sisi shell atau sebaliknya. Cairan dapat berupa cairan atau gas baik pada shell atau sisi tabung. Dalam rangka untuk mentransfer panas yang efisien, sebagian besar daerah perpindahan panas harus digunakan, menyebabkan penggunaan banyak tabung. Dengan cara ini, limbah panas dapat diletakkan untuk digunakan. Ini adalah cara yang efisien untuk menghemat energi. Penukar panas dengan hanya satu fase (cair atau gas) di setiap sisi dapat disebut satu-fasa atau fasa-tunggal penukar panas. Dua-fasa penukar panas dapat digunakan untuk memanaskan cairan mendidih ke gas (uap), kadang-kadang disebut boiler, atau dingin uap mengembun menjadi cair (disebut kondensor), dengan perubahan fasa biasanya terjadi pada shell sisi. Boiler di mesin uap lokomotif biasanya besar, biasanya berbentuk cylindrically shell-dan-tabung penukar panas. Dalam pembangkit listrik besar digerakkan dengan turbin uap, kerang-dan-tabung kondensor permukaan digunakan untuk memadatkan pembuangan uap keluar dari turbin ke dalam air kondensat yang didaur ulang kembali untuk diubah menjadi uap dalam generator uap.Shell dan tabung penukar panas desain Ada banyak variasi yang dapat di tabung shell dan desain. Biasanya, masing-masing ujung tabung yang terhubung ke plenums (kadang-kadang disebut kotak air) melalui lubang di tubesheets. Mungkin tabung lurus atau bengkok dalam bentuk U, disebut U-tabung. U-tabung panas exchanger.PNG

Pembangkit listrik tenaga nuklir yang disebut reaktor air bertekanan, alat penukar panas yang besar dinamakan steam generator adalah dua-fasa, kerang-dan-tabung penukar panas yang biasanya memiliki U-tabung. Mereka digunakan untuk mendidihkan air daur ulang dari permukaan kondensor menjadi uap untuk menggerakkan turbin untuk menghasilkan daya. Kebanyakan shell-dan-tabung penukar panas yang baik 1, 2, atau 4 lewat desain di sisi tabung. Hal ini mengacu pada berapa kali cairan di dalam tabung melewati fluida di shell. Dalam satu lulus penukar panas, cairan dimasukkan ke dalam salah satu ujung setiap tabung dan keluar yang lain.Straight-tabung penukar panas 1-pass.PNG

Permukaan kondensor di listrik sering 1-pass lurus-tabung penukar panas (lihat Permukaan kondensor untuk diagram). Dua dan empat lewat desain Common karena cairan dapat masuk dan keluar di sisi yang sama. Hal ini membuat konstruksi jauh lebih sederhana

Straight-tabung penukar panas 2-pass.PNG Ada sering membingungkan mengarahkan aliran melalui sisi shell sehingga cairan tidak mengambil jalan pintas melalui sisi shell meninggalkan volume aliran rendah tidak efektif. Counter saat ini penukar panas yang paling efisien karena mereka mengijinkan log tertinggi berarti perbedaan suhu antara panas dan dingin sungai. Namun banyak perusahaan tidak menggunakan lulus satu penukar panas karena mereka dapat mudah patah selain menjadi lebih mahal untuk membangun. Seringkali beberapa penukar panas dapat digunakan untuk mensimulasikan arus konter satu exchanger besar.Pemilihan material tabung

Untuk dapat mentransfer panas dengan baik, material tabung harus memiliki konduktivitas termal yang baik. Karena panas yang dipindahkan dari panas ke dingin melalui tabung sisi, ada perbedaan suhu melalui tabung lebar. Karena kecenderungan material tabung untuk memperluas termal yang berbeda pada berbagai temperatur, tekanan termal terjadi selama operasi. Ini merupakan tambahan untuk setiap stres dari tekanan tinggi dari cairan sendiri. Bahan tabung juga harus kompatibel dengan kedua shell dan sisi tabung cairan dalam waktu lama di bawah kondisi operasi (suhu, tekanan, pH, dll) untuk meminimalkan kerusakan seperti korosi. Semua persyaratan ini panggilan untuk berhati-hati seleksi yang kuat, termal-konduktif, tahan korosi, tabung bahan berkualitas tinggi, biasanya logam, termasuk paduan tembaga, stainless steel, baja karbon, non-ferrous paduan tembaga, Inconel, nikel, dan titanium Hastelloy. Pilihan miskin material tabung dapat mengakibatkan kebocoran melalui tabung antara shell dan sisi tabung cairan menyebabkan kontaminasi silang dan kemungkinan hilangnya tekanan.Shell dan Tube Heat Exchanger

Bowman Shell dan Tube Heat exchanger: dimaksudkan untuk pemanasan atau proses pendinginan cairan, mereka misalnya cocok untuk sirkuit tertutup pendinginan peralatan listrik dengan menggunakan air dan demineralised untuk minyak larut dalam air pendingin solusi pendinginan tank. Sisi shell biasanya berisi cairan proses dan sisi tabung air dari kota utama atau menara pendingin, atau solusi ethylene glycol dari chiller unit.Konstruksi detail shell dan tube exchanger Shell dan tabung penukar adalah yang paling umum digunakan jenis perpindahan panas peralatan yang digunakan dalam industri kimia dan sekutu. Keuntungan dari jenis ini adalah: 1. Konfigurasi ini memberikan area permukaan besar dalam volume kecil. 2. Baik mekanis layout: bentuk yang baik untuk tekanan operasi. 3. Mapan menggunakan teknik fabrikasi. 4. Bisa dibangun dari berbagai material. 5. Mudah dibersihkan. 6. Desain mapan prosedur. Pada dasarnya, sebuah shell dan tabung penukar terdiri dari seikat tabung tertutup dalam silinder shell. Ujung tabung dipasang ke tabung lembar, yang memisahkan sisi shell dan tabung-sisi cairan. Speaker disediakan dalam shell untuk mengarahkan aliran fluida dan dukungan tabung. Perakitan speaker dan tabung diselenggarakan bersama oleh dukungan batang dan spacer,Penukar panas standar dan kode Fitur desain mekanis, fabrikasi, bahan konstruksi, dan pengujian exchanger tabung shell dan ditutupi oleh British Standard, BS 3.274. Standar American Tubular Heat Exchanger Manufacturers Association, standar TEMA, adalah juga universal digunakan. TEMA standar yang mencakup tiga kelas exchanger: kelas R mencakup exchanger untuk tugas berat umumnya minyak bumi dan industri terkait; kelas C meliputi exchanger untuk tugas moderat komersial dan aplikasi proses umum; dan kelas B mencakup exchanger untuk digunakan dalam proses kimia industri. Inggris dan standar Amerika harus berkonsultasi untuk rincian lengkap tentang desain mekanis fitur dari shell dan tube exchanger. Standar memberikan pilihan shell dan tabung dimensi, desain dan manufaktur toleransi; korosi tunjangan dan tegangan yang disarankan untuk bahan desain konstruksi. Kulit exchanger adalah sebuah bejana tekanan dan akan dirancang dalam sesuai dengan bejana tekanan nasional yang tepat kode atau standar,Peralatan dan perlindungan cara kerja shell and tube exchanger

Biasa exchanger shell dan tabung tidak memiliki bagian yang bergerak maupun dalam menempatkan energi eksternal. Ada beberapa masalah perlindungan mesin. Korosi parah kadang-kadang masalah. Jika demikian, alat deteksi korosi dapat dipasang. Ini terdiri dari kawat tipis atau film dari bahan yang sama sebagai penukar. Kawat diadakan di sebuah dudukan yang dimasukkan melalui nosel ke exchanger. Dua kontak listrik dapat diakses dari luar. Bila resistansi diukur, tingkat korosi dapat ditentukan secara langsung. Perangkat ini biasanya tidak terhubung ke jaringan penebangan data. Praktek yang biasa untuk membuat pengukuran dengan monitor portabel secara teratur. Intrinsik aman monitor yang tersedia untuk lokasi berbahaya. Pendingin udara membutuhkan perlindungan dari energi diperkenalkan oleh motor listrik. Bahaya yang paling serius adalah dilempar pisau. Getaran yang dihasilkan cukup parah dan dapat menyebabkan kerusakan. Sederhana mengaktifkan getaran seismik dipasang pada struktur yang memegang bantalan lebih rendah dari setiap penggemar cukup memadai. Cara kerjanya adalah dengan memiliki berat badan kecil ditahan oleh magnet melawan gaya pegas. Sebuah "bump" dislodges berat dari magnet dan memungkinkannya untuk membuka kontak shutdown. Metode yang biasa "kalibrasi" adalah cahaya memukul dengan palu. Sebuah tombol memungkinkan operator untuk me-reset dengan menekan saklar berat kembali terhadap magnet. Switch reset listrik dengan remote bisa dibeli, tapi pasti selalu terbaik bagi operator untuk melihat mesin dan menentukan penyebab sebelum restart shutdown peralatan. Tindakan pencegahan harus diambil ketika membalikkan sebuah motor yang telah berjalan. Seperti perubahan yang cukup mengejutkan ke mesin. Pendekatan yang biasa untuk memberikan waktu tunda berpaut sehingga cukup waktu berakhir, untuk memastikan bahwa penggemar telah berhenti berputar sebelum motor bisa dimulai dalam arah yang berlawanan. Jika hal ini tidak dilakukan kipas kemungkinan besar perjalanan pada getaran. Resetting gangguan getaran saklar dipasang secara lokal akan mendorong operator untuk lebih berhati-hati di masa depan.Safety alatOverpressure adalah satu-satunya masalah yang mempengaruhi keselamatan umum shell dan tabung penukar panas. Mereka tekanan pembuluh dan dengan demikian tunduk pada kode-kode dan praktek-praktek yang sama seperti bejana tekanan lainnya. Itu berarti ASME Boiler dan Pressure Vessel Code, Section VIII, Pressure Vessels, Parts UG-125-1.361 menghadapi tekanan perangkat lega. Spesifikasi ini memberikan panduan yang sangat jelas mengenai semua aspek persyaratan bantuan tekanan dan aplikasi. Lega tekanan harus disediakan untuk kedua shell dan tabung sisi. Jika sumber overpressure adalah dari hulu, katup buang untuk stream terbaik ditempatkan pada inlet. Kalau tidak, tidak jadi masalah apakah pada inlet atau outlet selama mereka berada di dalam setiap kontrol atau katup isolasi. Hal ini tidak cukup untuk menempatkan minimum berhenti pada katup seperti ini mudah berubah. Bahkan jika berhenti akan dilas di tempat, katup dapat digantikan di masa depan dan modifikasi dilupakan. Jika analisis menunjukkan bahwa tidak ada proses, kebakaran, atau kegagalan kondisi yang mungkin memerlukan bantuan katup, masih sangat disarankan untuk menginstal termal relief di kedua sisi dari setiap exchanger yang mampu diblokir masuk itu dapat dikatakan bahwa fluida gas atau bahwa proses tidak mampu menambahkan panas ke diblokir di exchanger. Argumen ini mengabaikan berbagai kondisi tak terduga yang mungkin timbul selama pengujian dan pemeliharaan. Sebuah skenario terburuk: Sebuah pendingin diambil dari uap pelayanan dan dibersihkan. Tidak ada seorang pun yang menguras air pendingin yang diperluas dalam tabung dan pecah sendi. Benar, praktek pemeliharaan yang baik akan mencegah insiden ini. Tapi kemudian sebuah NPS katup buang akan memberikan solusi permanen dan akan biaya yang jauh lebih sedikit daripada kerusakan yang disebabkan oleh ketiadaan. Karena tujuan dari penukar panas adalah mentransfer panas dari satu cairan ke yang lain, instrumen harus disediakan untuk memeriksa bahwa hal ini terjadi. Sebuah termometer diperlukan pada setiap saluran masuk dan keluar. TEMA2 merekomendasikan NPS nozel pada masing-masing dari empat nosel utama. Dalam praktiknya tidak selalu berguna. Pertama, dalam proses industri, NPS 1 threaded sambungan, atau bahkan 1 mengarah NPS adalah minimum thermowell diperbolehkan untuk sambungan ke pipa atau kapal. Kedua, exchanger sering dipasang sedemikian rupa sehingga termometer di nozel yang tidak dapat diakses tanpa tangga atau platform. _1330358872.unknown

_1330362548.unknown

_1330190670.unknown