MAKALAHPERANCANGAN ALAT PROSES 1LANGKAH LANGKA DALAM MERANCANG HEAT EXCHANGER

Disusun oleh :1. Rizky Maulidiyani/13 644 0212. Bagus Aryananda/13 644 0223. Yuli Ekawati/13 644 0244. Siti Maisyarah/13 644 0275. Andryana Nur Azizah/13 644 0286. Luthfan Nur Huda/13 644 0307. Taufiq Nurrachman/13 644 0328. Erika Medina/13 644 0349. Digna Surya Hapsari/13 644 036

TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRITEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI SAMARINDAKATA PENGANTAR

Assalamualaikum Wr. WbAlhamdullilah, segala Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah dengan judul : Perancangan Alat Proses 1 : Langkah Langkah Dalam Merancang Heat Exchanger. Makalah ini disusun dengan maksud untuk memenuhi tugas Perancangan Alat Proses 1. Di dalam penyusunan Makalah ini penulis mengalami banyak hambatan dan kesulitan. Namun bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak maka makalah dapat kami selesikan, oleh karena itu perkenankanlah penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang membantu dalam penyusunan Makalah ini. Penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam Makalah ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan Makalah ini.Wassalamualaikum Wr. Wb

Samarinda, 18 April 2015

Penulis

DAFTAR ISI

BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangPerancangan alat alat proses yang dalam praktek merupakan bagian terpenting dalam perancangan pabrik kimia, memiliki beberapa macam tingkatan perancangan, sesuai dengan perancangan pabrik kimia.Perancangan alat proses harus berusaha memilih alat proses dengan ukuran standar, karena alat standar memiliki harga yang lebih rendah, ada ready stock, dijamin dapat bekerja lebih baik dan pemeliharaannya lebih mudah.Salah satu alat proses yang penting dalam pabrik kimia adalah unit penukar kalor atau heat exchanger.Heat exchanger adalah suatu alat untuk memindahkan panas dari suatu fluida ke fluida yang lain. Proses perpindahan panas ini biasanya terjadi dari fase cair ke fase cair atau dari fase uap ke fase cair.Alat ini menjalankan dua fungsi yaitu: Memanfaatkan fluida dingin. Menggunakan fluida panas yang didinginkan.Tipe heat exchanger yang banyak digunakan adalah : 1) Double Pipe Heat Exchanger2) Plate and Frame Heat Exchanger3) Shell and Tube Heat Exchanger4) Adiabatic Wheel Heat Exchanger5) Pillow Plate Heat Exchanger6) Dynamic Scraped Surface Heat Exchanger7) Phase-change Heat ExchangerDalam merancang heat exchanger perlu dilakukan hal hal berikut ini yaitu :1. Memperhatikan faktor faktor dalam menentukan pemilihan heat exchanger.2. Langkah langkah yang harus diambil dalam merancang heat exchanger.3. Optimasi heat exchanger.Dalam makalah ini akan dibahas langkah langkah yang harus diambil dalam merancang heat exchanger. Agar haet exchanger yang akan digunakan nantinya sesuai dengan standar pabrik kimia yang membutuhkan.1.2 Rumusan Masalah1. Langkah langkah yang harus diambil dalam merancang heat exchanger Analisa kerja heat exchanger Komponen dasar penyusun heat exchanger

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Langkah Langkah dalam Merancang Heat ExchangerA. Analisa Kerja Heat Exchanger1. Koefisien overall perpindahan panas (U)Mudah atau tidaknya panas berpindah dari fluida panas ke fluida dingin dan juga menyatakan aliran panas menyeluruh sebagai gabungan proses konduksi dan konveksi.2. Fouling Factor (Rd)Dalam heat exchanger, fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak dikehendaki dipermukaan penukar panas yang terkontak dengan fluida kerja, termasuk permukaan perpindahan panas. Peristiwa tersebut adalah pengedapan, pengerakan, korosi, polimerisasi dan proses-proses biologi.Fouling mengakibatkan kenaikan tahanan perpindahan panas, sehingga meningkatkan biaya, baik investasi maupun perawatan. Akibatnya terjadinya fouling, ukuran penukar panas menjadi lebih besar, kehilangan energi meningkat, waktu shut down dapat lebih panjang, dan biaya perawatan meningkat.Antisipasi terhadap terjadinya fouling dalam perancangan , dengan memiliki variable operasi dan konfigurasi yang tepat, dapat menekan terjadinya fouling dan kerugian diatas.Pencegahan fouling dapat dilakukan dengan tindakan :1. Menekan potensi fouling, misalnya dengan penyaringan.2. Menggunakan bahan konstruksi yang tahan terhadap korosi3. Menepatkan nozzle (tube side dan shell side) di permukaan tertinggi atau terendah pada heat exchanger, untuk menghindari terjadinya kantung-kantung gas ataupun kantung volume fluida diam. Interface gas cair merupakan lokasi terjadinya korosi, dan kantung udara diam memungkinkan terjadinya pengendapan.Fouling factor adalah suatu angka yang menunjukan hambatan akibat adanya kotoran yang terbawa oleh fluida yang mengalir dalam heat exchanger. Kotoran ini berupa lumpur, polimer, dan deposit lain yang terbentuk di bagian dalam maupun bagian luar dinding tube exchanger. Nilai ini digunakan untuk mendesain agar mengetahui hambatan yang masih diperbolehkan selama operasi normal sebelum pembersihan.Fouling factor tergantung pada nilai koefisien perpindahan panas ke seluruh permukaan bersih (Uc), dan nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk permukaan kotor (Ud). Jika fouling factor makin besar efisiensi perpindahan panas semakin menurun dan akibatnya pressure drop makin besar.Secara umum yang dapat menyebabkan terjadinya fouling pada alat operasi adalah :1. Hard Deposit, yaitu kerak yang berasal dari hasil korosi maupun cooking.2. Porous Deposit, yaitu kerak yang berasal dari dekomposisi dari kerak keras.3. Loss Deposit, yaitu berasal dari deposit seperti lumpur dan material lunak yang lain.Variabel proses yang berpengaruh terhadap fouling :1. Kecepatan linier fluida (Velocity)Semakin tinggi kecepatan linier fluida, semakin rendah kemungkinan terjadinya fouling. Sebagai batasan dalam rancangan dapat digunakan nilai nilai berikut : Kecepatan fluida proses di dalam tube adalah 3 -6 ft/s. Kecepatan fluida pendingin di dalam tube adalah 5 8 ft/s. Kecepatan fluida tube maksimum untuk menghambat terjadinya fouling adalah 10 15 ft/s. Kecepatan fluida shell adalah 1-3 ft/s.2. Temperatur permukaan dan temperatur fluida.Kecepatan terbentuknya fouling akan meningkat dengan meningkatnya temperatur.3. Pressure DropPenurunan tekanan (pressure drop) adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan penurunan tekanan dari satu titik dalam pipa atau tabung ke hilir titik. Penurunan tekanan adalah hasil dari gaya gesek pada fluida ketika mengalir melalui tabung. Pressure drop dapat disebabkan oleh dua hal : Friksi aliran dengan dinding. Pembelokan aliran.Ada dua jenis pressure drop : P terlalu besar.Disebabkan jarak antara buffle yang terlalu dekat. Aliran menjadi lambat dan memerlukan tenaga pompa yang besar. P terlalu rendahPerpindahan panas tidak sempurnaBesar kecilnya nilai pressure drop alat penukar panas menyatakan sejauh mana fluida tersebut dapat mempertahankan tekanan yang dimiliki selama fluida tersebut mengalir. 4. Pembersihan Heat ExchangerAda tiga tipe pembersihan :1. Chemical / Phsyical CleaningMetode pembersihan dengan mensirkulasikan agent melalui peralatan biasanya menggunakan HCL 5-10%.2. Mechanical Cleaning Drilling atau TurbiningPembersihan dilakukan dengan medrill deposit yang menempel pada dinding tube. HydrojetingPembersihan dilakukan dengan cara mengijeksikan air ke dalam tube pada tekanan yang tinggi, untuk jenis deposit yang lunak. Gabungan dari keduanya.

B. KOMPONEN DASAR PENYUSUN HEAT EXCHANGER1. TubeMerupakan pipa kecil yang tesusun di dalam shell. Aliran di dalam tube sering dibuat melintas lebih dari satu kali dengan tujuan untuk memperbesar koefisien perpindahan panas lapisan film fluida dengan tube.

Tipe susunan tube : Susunan Segitiga (Trianguler Pitch)

Gambar 1. Susunan SegitigaKeuntungan : Film koeffisien lebih tinggi daripada square pitch. Dapat dibuat jumlah tube yang lebih banyak sebab susunannya kompak.Kerugian : Pressure drop yang terjadi antara menengah ke atas. Tidak baik untuk fluida fouling. Pembersihan secara kimia.

Susunan Segitiga Diputar 30(Rotated Triangular Pitch)

Gambar 2. Susunan Segitiga Diputar 30Keuntungan : Film koeffisisennya tidak sebesar susunan triangular pitch, tetapi lebih besar dari susunan square pitch. Dapat digunakan pada fluida fouling.Kerugian : Pressure drop yang terjadi antara menengah ke atas. Pembersihan secara kimia.

Susunan Bujur sangkar (Square Pitch)

Gambar 3. Susunan Bujur sangkarKeuntungan : Bagus untuk kondisi yang memerlukan pressure drop rendah. Baik untuk pembersihan luar tube secara mekanik. Baik untuk menangani fluuida fouling.Kerugian : Koeffisien filmnya relatif rendah.

Susunan Bujur sangkar yang Diputar 45 (Diamond Square Pitch).

Gambar 4. Susunan Bujur sangkar yang Diputar 45Keuntunga : Film koeffisiennya lebih baik dari susunan square pitch, tetapi tidak sebaik triangular pitch dan rotated triangular pitch. Mudah untuk pembersihan dengan mekanik. Baik untuk fluida fouling.Kerugian : Film koeffisisen relatif rendah. Pressure drop tidak serendah square pitch.Tube pitchLubang yang tidak dapat dibor dengan jarak yang sangat dekat, karenajarak tube yang terlalu dekat akan melemahkan struktur penyangga tube.

Gambar 5. Tube PitchClearanceJarak terdekat antara 2 tube yang berdekatan

Gambar 6. Clearance

2. Tube SheetSuatu flat lingkaran yang fungsinya memegang ujung-ujung tube dan juga sebagai pembatas.3. BaffleSekat-sekat yang digunakan untuk : Mengatur aliran lewat shell sehingga turbulensi yang tinggi akan diperoleh. Menahan struktur tube bundle. Menahan atau mencegah terjadinya getaran pada tube.4. Shell Merupakan bagian tengah alat penukar panas Merupakan tempat untuk tube bundle5. Tube Side Channel dan NozzleMengatur aliran fluida di tube6. Channel CoverTutup yang dapat dibuka saat pemeriksaan dan pembersihan.

BWG (Birmingham Wire Gage) yaitu menyatakan ukuran tebal tube. BWG kecil berarti tube semakin tebal dan sebaliknya BWG besar berarti tube semakin tipis. Keuntungan Heat Exchanger CountercurrentMempunyai LMTD (perbedaan temperatur yang dipukul rata setiap bagian Heat Exchanger, karena perbadaan temperatur di setiap bagian Heat Exchanger tidak sama) yang besar, sehingga luas transfer panas yang dibutuhkna kecil , maka ukuran Heat Exchanger juga kecil.

Akibat terlalu banyak lewatan pada Heat Exchanger :a. P besar.b. Diperlukan tenaga untuk memompa yang besar.c. Sulit dilakukan pembersihan karena banyak pipa belok. Pada Heat Exchanger, pendingin masuk lewat bawah, karena cairan akan memenuhi rongga atas terlebih dahulu. Sedangkan pemanas (steam) masuk lewat atas, karena steam akan memenuhi rongga atas terlebih dahulu. Rd hitung sebaiknya tidak melebihi 10% dari Rd required karena : Supaya Heat Exchanger dibersihkan setahun sekali. Jika Rd terlalu besar UD kecil perlu A yang besar, sehingga biaya mahal. Jika Rd terlalu kecil Heat Exchanger harus sering dibersihakan (