Nama : Lisa Febrina

NIM : 03053130029

Heat Exchanger

Heat Exchanger adalah alat yang difungsikan untuk mengakomodasi

perpindahan sejumlah tertentu panas dari fluida panas ke fluida dingin. Tujuan

penggunaan Heat Exchanger dalam industri proses diantaranya adalah:

a. Memanaskan atau mendinginkan fluida sehingga mencapai temperatur

tertentu yang digunakan dalam proses selanjutnya, seperti : pemanasan

reaktan, pendinginan produk dan lain-lain.

b. Mengubah sifat fluida, yaitu : distilasi, evaporasi, kondensasi dan lain-lain.

Berdasarkan arah relatif aliran kedua fluida tersebut, Shell and Tube Heat Exchanger

Jenis-jenis Heat Exchanger :

1. Chiller

Alat ini digunakan untuk mendinginkan fluida sampai pada temperatur sangat

rendah. Temperatur pendingin di dalam chiller jauh lebih rendah bila di

bandingkan dengan pendinginan yang dilakukan dengan pendingin air.media

pendinginnya adalah amoniak atau Freon.

2. Condensor

Alat ini digunakan untuk mendinginkan atau mengembunkan uap atau

campuran uap, sehingga berubah fasa menjadi cairan. Media pendingin yang di

pakai air,uap atau campuran uap itu akan melepaskan panas latent kepada

pendingin.

3. Cooler

Alat ini digunakan untuk mendinginkan ( menurunkan suhu ) cairan atau gas

dengan mempergunakan air sebagai media pendingin. Pada alat ini tidak terjadi

perubahan fase tidak seperti kondensor.

4. Reboiler

Alat ini di gunakan untuk mendidihkan kembali seta menguapkan sebagian

cairan yang di proses. Media pemanasnya uap atau zat panas yang di proses itu

sendiri.

5. Shell and Tube Exchanger

Alat ini bertujuan untuk memanfaatkan panas suatu aliran fluida untuk

pamanasan aliran fluida yang lain.

6. Heater

Alat ini betujuan untuk memanaskan/menaikan suhu suatu fluida proses. Zat

pemanas yang di gunakan uapa atau fluida panas lain. Pada alat ini uap tersebut

melepaskan sensible heat sehingga menjadi kondensat.

7. Steam generator atau pembangkit uap

Alat ini dikenal dengan ketel uap dimana terjadi pembentukan uap dalam unit

pembangkit .

8. Superheater

Alat ini digunakan untuik mengubah saturated steam menjadi superheated

steam.

9. Evaporator

Alat ini digunakan untuk menguapkan cairan yang ada pada larutan sehingga

dari suatu larutan diperoleh thick liquor. Media pemanasnya adalah uap dengan

tekanan rendah yang di gunakan adalah latent heat.

10. Vaporizer

Sama seperti evaporator tetapi untuk menguapkan cairan pelarut yang bukan

air.

11. Ekonomizer

Pemanas air pengisi ketel untuk menaikan suhu air pengisi ketel, sebelum air

masuk kedalam drum uap guna meringankan beban ketel. Perpindahan panas

yang terjadi secara konveksi dan konduksi.

Sheel and Tube Heat Exchanger

Exchanger dapat dikelompokan dalam 3 (tiga) kelompok dasar, yaitu:

1. Heat Exchanger Counter Current (Aliran Berpapasan).

2. Heat Exchanger Co Current (Aliran Searah).

3. Heat Exchanger Cross Current (Aliran Silang).

Sumber: Perry H. Robert and Don W. Green, 7th Edition (1997: 11-36,11-38)

Gambar.4.1 Shell and Tube Exchanger

Komponen Dasar Penyusun Shell and Tube Heat Exchanger

Pada dasarnya sebuah Shell and Tube Heat Exchanger tersusun dari 7 (tujuh)

komponen utama, yaitu:

1. Tube

2. Tube Sheet

3. Shell dan Shell Side Nozzle

4. Tube Side Channel dan Nozzle

5. Channel Cover

6. Pass Divider

7. Baffle

Standarisasi Shell and Tube Heat Exchanger Menurut TEMA

Tubular Exchanger Manufacturer Association (TEMA) telah menetapkan standar Shell

and Tube Heat Exchanger mengenai penamaan, tolerasi dimensi, petunjuk instalasi

dan operasi desain.

Sumber: Perry H. Robert and Don W. Green, 7th Edition (1997: 11-36,11-34)

Gambar 4.2 Figure Shell and Tube TEMA

Berdasarkan kondisi kerjanya, Shell and Tube Heat Exchanger diklasifikasikan dalam

3 (tiga) kelas besar, yaitu:

1. Kelas R

Kelas yang dioperasikan pada kondisi relatif berat, biasanya digunakan dalam

industri petroleum.

2. Kelas B

Kelas yang dioperasikan pada kondisi ringan.

3. Kelas C

Kelas yang dioperasikan pada kondisi sedang dan biasanya digunakan dalam

industri proses kimia.

Nama Shell and Tube Heat Exchanger menurut standar TEMA dinyatakan dengan 3

(tiga) huruf, yang berurutan menyatakan tipe Stationary Head, Shell dan Rear Head.

1. Tipe Stationary Head

a.Stationary Head Tipe A

b. Stationary Head Tipe B

c. Stationary Head Tipe C

d. Stationary Head Tipe N

e. Stationary Head Tipe D

2. Tipe Shell

a. Shell Tipe E

b. Shell Tipe F

c. Shell Tipe G

d. Shell Tipe H

e. Shell Tipe J

f. Shell Tipe K

g. Shell Tipe X

3. Tipe Rear Head

a. Fixed Tube Sheet

b. Tipe U Bundle

c.Floating Head

Di dalam pemilihan Heat Exchanger Shell and Tube, harus diperhatikan faktor-faktor

yang mempengaruhi kinerjanya, yaitu:

1. Fouling

Fouling adalah peristiwa terakumulasinya padatan yang tidak dikehendaki di

permukaan Heat Exchanger yang berkontak dengan fluida kerja, termasuk

permukaan heat transfer. Peristiwa tersebut adalah pengendapan, pengerakan,

korosi, polimerisasi dan proses biologi.

Fouling mengakibatkan kenaikan tahanan heat transfer, sehingga meningkatkan

biaya, baik investasi, operasi maupun perawatan. Akibat terjadinya fouling,

ukuran Heat Exchanger menjadi lebih besar, kehilangan energi meningkat, waktu

shutdown lebih panjang dan biaya perawatan meningkat.

Antisipasi terhadap terjadinya fouling dalam perancangan dengan memilih

variabel operasi dan konfigurasi yang tepat. Variabel operasi yang berpengaruh

terhadap fouling adalah sebagai berikut:

a. Kecepatan Linier Fluida (Velocity)

Semakin tinggi kecepatan linier fluida, semakin rendah kemungkinan

terjadinya fouling. Semakin tinggi kecepatan linier fluida semakin tinggi

pressure drop fluida dan semakin tinggi biaya pemompaan yang dibutuhkan

b. Temperatur Permukaan dan Temperatur Fluida

Fouling terbentuk dari hasil reaksi, baik di permukaan maupun di dalam

fluida. Kecepatan terbentuknya fouling akan meningkat dengan meningkatnya

temperatur. Fouling dapat dicegah dengan tindakan-tindakan sebagai berikut:

1) Menekan potensi fouling, misalnya dengan penyaringan.

2) Menggunakan bahan kontruksi yang tahan terhadap korosi.

3) Menempatkan nozzle dipermukaan tertinggi atau terendah pada Heat

Exchanger.

Fouling tidak dapat sama sekali dihindari, maka tindakan penanggulangan harus

dipikirkan sejak perancangan Heat Exchanger, seperti:

1) Mengalirkan fluida berpotensi fouling yang relatif tinggi di dalam tube.

2) Menggunakan stationary head yang dilengkapi dengan channel cover yang

mudah dibuka.

3) Meletakkan Heat Exchanger pada posisi horizontal.

2. Kebocoran di dalam Heat Exchanger

Kebocoran kecil dari sisi tube ke shell dan sebaliknya dapat berkibat fatal,

sehingga perancang harus memahami proses yang akan melibatkan Heat Exchanger

yang dirancangnya. Kebocoran diakibatkan oleh keretakan sambungan dan penipisan

permukaan yang disebabkan oleh tegangan termal dan mekanik, korosi, vibrasi

dan erosi.

a. Tegangan Termal

Keretakan sambungan tube dan tubesheet dapat disebabkan oleh adanya

tegangan termal akibat, yaitu:

1). Perbedaan ekspansi termal tube dan shell.

2). Siklus termal akibat frekuensi shutdown yang tinggi/ pada operasi batch.

Heat Exchanger tipe floating head dan U tube bundle merupakan pilihan

utama pertama untuk operasi dengan kemungkinan ekspansi termal yang

tinggi.

Kebocoran dapat dicegah dengan penggunaan double tubesheet, tetapi akan

menimbulkan persoalan perawatan, cara ini diterapkan apabila pencampuran

fluida shell dan tube benar-benar tidak dikehendaki.

b. Korosi

Korosi dapat dibatasi dengan penggunaan bahan konstruksi yang sesuai,

seperti pada tabel berikut ini:

No Sifat/ Jenis Fluida Bahan Konstruksi

1. Hidrokarbon Carbon Steel

2. Fluida Akuatik (Aqueous) Cu-Ni

3. Fluida Korosif, Temperature

Tinggi

Stainless Steel

4. Fluida Sangat Korosif,

Temperature Sangat Tinggi

Paduan Khusus: Hasteloy,

dan lain-lain

Tabel 4.1 Bahan Kontruksi

c. Vibrasi

Penyebab utama vibrasi tube pada Shell and Tube Heat Exchanger adalah

persilangan aliran fluida shell dan fluida tube. Vibrasi dapat menyebabkan

penipisan tube pada bagian baffle dan bagian tersangga lainnya. Penipisan lebih

lanjut akan berakibat kebocoran tube. Cara-cara yang diajurkan untuk

menanggulangi vibrasi antara lain, yaitu:

1) Pengurangan kecepatan fluida shell dengan meperhatikan faktor fouling.

2) Penambahan jumlah baffle dengan memperhatikan batas maksimum

pressure drop yang diperbolehkan.

3) Penggunaan baffle dan tube yang lebih tebal dibandingkan dengan standar

TEMA.

4) Pemasangan penyangga tambahan pada bagian belokan U jika tipe yang

digunakan adalah U tube bundle.

5) Penggunaan Heat Exchanger tipe jendela baffle tanpa tube (no tube in

baffle window).

Upaya menekan kehilangan energi, fouling, korosi, vibrasi, dan biaya perawatan

dapat dilakukan dengan mengalokasikan fluida secara tepat, yaitu:

1). Fluida bertekanan tinggi dialirkan di dalam tube karena tube standar cukup

kuat menahan tekanan yang tinggi. Apabila ingin mengalirkan fluida

bertekanan tinggi di dalam shell, maka harus dipilih diameter shell yang kecil

dengan panjang yang dapat memenuhi luas heat transfer yang dibutuhkan.

2). Fluida berpotensi fouling dialirkan di dalam tube agar pembersihan lebih

mudah dilakukan.

3). Fluida korosif dialirkan di dalam tube karena pengaliran di dalam shell

membutuhkan bahan konstruksi yang mahal yang lebih banyak. Apabila

korosif tidak dapat dihindarkan, maka diusahakan perbaikan dapat secara

mudah dilakukan.

4). Fluida bertemperatur tinggi dan diinginkan untuk memanfaatkan panasnya

dialirkan di dalam tube karena dengan ini kehilangan panas dapat

dihindarkan.

5). Fluida dengan viskositas yang lebih rendah dialirkan di dalam tube karena

pengaliran fluida dengan viskositas tinggi di dalam penampang alir yang

kecil membutuhkan energi yang lebih besar.

6). Fluida dengan laju alir rendah dialirkan di dalam tube. Diameter tube yang

kecil menyebabkan kecepatan linier fluida masih cukup tinggi, sehingga

menghambat fouling dan mempercepat perpindahan panas

Gambar 4.3 Layout sebuah Shell and Tube Heat Exchanger