MANAJEMEN ENERGI

Pendahuluan

Energi selalu dipakai dan dihasilkan dalam proses kimia, maka perlu dilakukan peninjauan terhadap nilai-nilai ekonomis dari energi. Berbagai jenis energi yang digunakan antara lain ; gas alam, batu bara, minyak residu, listrik, dsb.Biasanya ada tiga jenis maalah manajemen energi di pabrik kimia, yaitu :

a. Panas SensibelReaksi kimia karena pertimbangan kecepatan reaksi, biasanya terjadi pada temperatur di atas temperatur kamar karena kesetimbangan yang menguntungkan. Kadang-kadang operasi bekerja di bawah temperatur kamar, contohnya, pada polimerisasi butadiena, maka reaktor perlu didinginkan.

b. Panas ReaksiUmumnya reaksi eksotermal atau endotermal sehingga sesudah reaktan dimasukkan ke dalam reaktor, pelu usaha untuk menghilangkan atau memberikan panas.

c. Energi untuk Pemurnian ProdukProduk yang didinginkan dari reaksi kimia sering keluar dari reaktor bercampur dengan produk sampingan, bahan baku yang tidak terkonversi, dsb. Proses pemisahan dan pemurniannya bisanya memerlukan energi dalam bentuk panas.

1. Manajemen Panas Sensibel

Untuk mempelajari manajemen panas sensibel, perlu dipelajari karakteistik penukar panas. Penukar panas yang sering dipakai adalah sistem penukar panas gas-gas atau cair-cair. Operasi penukar panas dapat berupa aliran searah atau barlawanan arah, seperti terlihat pada gambar.

(a) = arus berlawanan

(b) = arus searah

T' masuk

T”keluar

T’keluar

T" masuk

T’keluar

T”keluar

T’ masuk

T” masuk

(a)

(b)

Kedua aliran tersebut perlu dipisahkan oleh suatu dinding jika saling larut atau bereaksi.

1.1 Performa dari Penukar Panas

Bagian luar penukar panas biasanya diisolasi untuk mengurangi kehilangan panas ke lingkungan. Penukar panas yang ideal merupakan penukar panas yang adiabatis sehingga panas yang dikeluarkan oleh aliran panas sama dengan panas yang dingin.

Jika panas yang ditransfer adalah q, maka :

q=Σn'MC p 'd T ' (T 'masuk−T 'keluar )=Σn} MCdT keluar} ( {T−T } rsub {masuk} ¿¿ (1)

Dan, jika harga Cp dianggap konstan :

q= ∫T keluar

T masuk

Σn 'MC p' dT '= ∫Tmasuk

T keluar

Σn} MCd T}}¿ ¿¿¿ (2)

Pada penukar panas selalu dapat dilihat ujung panas dan ujung dingin, dimana ujung panas menunjukkan aliran yang lebih panas pada waktu masuk ke dalam penukar panas. Beda panas dari kedua aliran pada tiap bagian penukar panas adalah

Δa = (T’a – T”a) (3)

Pada operasi arus berlawanan :

Pada ujung panas ; ΔH = (T 'masuk−T 'keluar )

Pada ujung dingin ; ΔC = (T 'keluar−T 'masuk )

Pada operasi arus searah :

Pada ujung panas ; ΔH = ¿

Pada ujung dingin ; ΔC = ¿

Panas yang ditransfer dihubungkan dengan luas pertukaran pnas A, koefisien transfer panas U, menghasilkan :

q=UA ΔLM (4)

ΔLM=Δpanas−Δdingin

ln (Δ panas/¿ Δdingin)¿(5)

1.2 Keuntungan Penukar panas Arus Berlawanan

Biasanya jika harga U tertentu, maka A untuk aliran arus berlawanan lebih kecil dari A untuk aliran arus searah. Umumnya penukar panas arus berlawanan dipakai dalam industri, sedangkan arus searah hanya dipakai bila aliran dingin tidak boleh “over heating”, atau karena naiknya viskositas aliran panas pada pendinginan.

Penukar panas arus berlawanan dapat dibagi menjadi dua golongan :

1. Balanced Counter Current Heat Exchanger; penukar panas dimana harga n, M, dan Cp dari kedua aliran adalah sama disebut balanced counter current heat exchanger(T } rsub {keluar} - {Tmasuk) = ¿ = (T’a – T”a) (6)

Jika area a makin besar, beda (T’a – T”a) menjadi lebih kecil. Jika A tak terhingga, maka ΔT = 0. Penukar panas ini disebut balanced infinite. Untuk keduanya berlaku :

(T } rsub {keluar} - {Tmasuk ) = (T 'keluar−T 'keluar )(7)

2. Unbalanced Counter Current Heat Exchanger; secara umum Σn, M, dan Cp tidak sama untuk kedua aliran dalam penukar panas arus berlawanan sehingga disebut unbalanced. ¿ ≠ ¿ ≠ (T’a – T”a) (8)

Akibatnya, aliran yang mempunyai harga Σn, M, dan Cp yang lebih besar mengalami perubahan temperatur yang lebih kecil.

1.3 Efisiensi Penukar PanasPada infinite balanced counter current heat exchanger, pertukaran

panas terjadi dengan sempurna; aliran panas dapat mentransfer semua panasnya kepada aliran dingin pada saat temperaturnya diturunkan sampai temperatur aliran dingin. Karena (T’a – T”a) = 0, panas selalu mengalir secara isotermal diantara kedua aliran sehingga penukar panas reversibel sempurna.

Unbalanced Counter Current Heat Exchanger mempunyi efisiensi yang lebih rendah dari penukar panas balnced. Jadi, aliran yang isotermalhanya terjadi pada satu titik, yaitu pada ujung penukar panas dimana aliran

mempunyai kapasitas panas yang lebih besar sehingga harga (T’a – T”a) hanya nol pada satu ujung meskipun dipakai infinite unbalanced HE. Akibatnya perubahan temperatur pada aliran yang menmpunyai Σn, M, dan Cp lebih besar, menjadi lebih kecil. Penukar panas seperti ini merupakan penukar panas yang tidak reversibel ditinjau dari segi termodinamika sehingga makin besar ΔT, makin berkurang efisiensi penukar panas.

2. Manajemen Panas Reaksi