TUGAS UMUM OPERASI TEKNIK KIMIA I

PERCOBAAN HEAT CONDUCTION

”SHELL AND TUBE EXCHANGER”

Shell and tube heat exchanger

Transfer 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 mengukur

Pada 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 desain

Sebelum 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, dll

Teori 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 alat

Overpressure 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 ¾ 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 ½ nozel pada masing-masing dari empat nosel utama. Dalam praktiknya tidak selalu

berguna. Pertama, dalam proses industri, NPS 1 threaded sambungan, atau bahkan 1 ½

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.