MODUL3
SIMULASI ALAT PENUKAR PANAS
(H E AT E X C H A N G E R)
ASISTEN LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA
2014
Heat Exchanger
Alat penukar energi antara fluida panas denganfluida dingin tanpa terjadi interaksi langsung
Tipe Heat Exchanger
a. Double pipe heat exchangerb. Shell and tube heat exchangerc. Plate & Frame heat exchanger
Hysys SimulationTipe Design Heat Exchanger
■ End Design Model merupakan standard perhitungan HE dengan
data seperti persamaan diatas tanpa perubahan phase selama
proses perhitungan
■ Weighted Design Model merupakan standard perhitungan HE bila
terjadi proses perubahan phase
■ Steady State Rating Model merupakan pengembangan dari End
Design Model pada kondisi tunak
■ Dynamic Rating Model diaplikasikan pada kondisi dynamic
Shell Type (TEMA)
Did You Know TEMA mas broo ??????
■ T = Tubular
■ E = Exchanger
■ M = Manufacturers
■ A = Association
TEMA F
F: Two-Pass Shell
with Longitude Baffle
•Tipe ini diaplikasi dimana aliran pada bagian dibuat seri dengan
harapan temperatur aliran panas keluar dekat dengan
temperatur aliran dingin masuk
• Tipe akan menghasilkan hilang tekan yang cukup besar dengan
perbandingan 8X dari tipe E 16
TEMAG
•Tipe ini dikenal sebagai split flow dengan adanya longitudinal
baffle
•Tipe ini dapat dipergunakan untuk perubahan phasa seperti
reboilertetapi umumnya dipergunakan tanpa terjadi perubahan
phasa
TEMA J
•Tipe ini dikenal sebagai divided flow dengan 2 nossel umpan
dengan 1 nossel keluaran
•Tipe ini memiliki hilang tekanan yang rendah sekitar 1/8
dari tipe E sehingga tipe ini cocok diaplikasikan untuk proses-
proses pada tekanan rendah seperti gas cooler dan
kondensor
TEMA X
•Tipe ini dikenal sebagai cross flow antara aliran di tube dan shel
tanpa adanya suatu baffel
•Tipe ini memiliki hilang tekanan yang sangat kecil dan
umumnya dipergunakan untuk gas-gas dan kondensasi uap pada
tekanan rendah
Shell and Tub
i .E M E _ L
7.SHELL CAVIH
J.SHELL CHANNEL4.«Hf LL COVffl ENQ F LANGti,SHELL worn(.
CLFLOATING TUflisHtttI.FlOATINGHEAD
FLOATING ^E A& ELAWE
STATION*flV Tu«i3WET
CHHkNNELCHANNft COVER
CilANrfEL UL^ZZ|.ETit ROM ANP bfACEM
16.THANSVE RS E flAF F L ES ORSuPf^nrfLATES
tfl.lUTWOiEMENT BAJF FLE1.?VENT COMlfCKON
IB.DRAIN CONNECTIOWIB.TEil CONNECTIONW.EUPPDfiTBMDLE*Jl,UFTiMORINCi
Why Shell andTube HE ???
Ada beberapa alasan kenapa Shell and Tube HELebih umum digunakan;■ Pressure range dan pressure drop dapat
ditentukan untuk setiap fluida■ Konstruksi material untuk shell dan tube
dapat berbeda sesuai dengan kebutuhan■ Luas Kontak dapat di perluas, untuk
meningkatkan Heat Transfer■ Mudah dalam perawatan
Walas, Chemical Process Equipment
Loq Mean Temperature Difference(ATlmtd)
cokLiu
cold.out
■botju
AT,
roldju
lior.our
Alirau couuter-current Alirau co-current
AT - AT.
In (A T^ /
Correction Factor LMTD (Ft)
T — TT — TR — —^^C _ 1 co 1 a
T -TT - T
Lihat Graphic FT dengan R, S sesuaikan tipe
shell-tube Heat Exchanger yang inemenuhiharganya (Ft > 0.8)
Overal Heat Transfer Coeficient
Persamaan yang digunakan untuk mencari Overal heat
Transfer Coeficient (U)
Tahapan Perancangan HE
■ Definisikan laju energi antara fluida panas-dingin
(laju alir massa dan temperature)
■ Physical Properties: densitas, viscositas, thermal
conductivity
■ Tentukan tipe HE
■ Assumsikan nilai U
■ Hitunglah LMTD dan Ft
■ Hitung luas area yang diperlukan (A)
Tahapan Perancangan HE
■ Putuskan tipe HE shell - tube (number pass)
■ Tentukan panjang tube dan hitung jumlah tube
■ Hitunglah koefisien perpindahan panas inside, outside
■ Hitunglah overall heat transfer coefficient dan
bandingkan dengan tebakan awal, ulangi kalau beda jauh
■ Hitunglah hilang tekan
■ Optimisasi design untuk mencari luas area yang terkecil
HYSIS SIMULATION
Alat perpindahan panas shell-tube dipergunakan untuk mendinginkan benzena dari temperatur 180 F ke temperatur 100 F pada laju alir 100 lbm/hr dan tekanan 1.2 bar. Air dipergunakan sebagai cooling yang dialirkan berlawanan arah dengan temperatur masuk 70 F dengan tekanan 1 bar dan laju alir 50 lbm/hr berapa temperatur keluar air dan bagaimana kondisi operasi HE double pipe tersebut? Coba improvisasikan pola alirannya (co-current dan counter current) perhatikan apa perbedaannya?
Contoh Kasus
Aliran panas (tube)
■ Fluida = Benzene
■ Temperature (F) = 180 F
■ Pressure (Bar) = 1.2
■ Mass flow = 100 lb/hr
■ Pressure drop (kg/cm2) = 0.2
■ Fouling Resistance (hr.m2.C/kcal) = 0.0002
■ Diameter Tube, OD (mm) = 19.05
■ Inside Diameter (mm) = 14.00
■ Tube Length (m) = 20
Contoh Kasus
Aliran dingin (shell)
■ Fluida = Air
■ Temperature (F) = 70
■ Pressure (kg/cm2) = 1
■ Mass Flow (Lb/hr) = 125
■ Pressure drop (kg/cm2) = 0.86
■ Fouling Resistance (hr.m2.C/kcal) = 0.0004
■ Diameter Shell (mm) = 1500
■ JumlahTube/Shell = 150
■ Tube pitch (In) = 1,5
S/HYSIS SIMULATION
w E-100 EESDesign
Connections
Parameters
Specs
User Variables
Notes
Design Rating
Delete
-Heat Exchanger Modeh
iExchanger Design (End Point ■3-Heat Leak/Loss
(* None C Extremes C Proportional
X
Tube Side
Delta P
Shell Side
0.2000 kg/cm2Delta P
UA
0.S600 kg/cm2
4.360e+005 kJ/C-h
5^
-[Exchanger Geometrv—Calculate Ft Factor
Tube Passes per Shell Shell Passes Shells In Series First Pass Shell TEMA Type
J 1 1 1 Counter E
Worksheet Performance Dynamics HTFS■TASC
Update ~\ignored
Hysys Simulation/ /
w E-100 EESDesign
Connections
Parameters
Specs
User Variables
Notes
Design Rating
Delete
-Heat Exchanger Modeh
iExchanger Design (End Point ■3-Heat Leak/Loss
(* None C Extremes C Proportional
X
Tube Side
Delta P
Shell Side
0.2000 kg/cm2Delta P
UA
0.S600 kg/cm2
4.360e+005 kJ/C-h
5^
-[Exchanger Geometrv—Calculate Ft Factor
Tube Passes per Shell Shell Passes Shells In Series First Pass Shell TEMA Type
J 1 1 1 Counter E
Worksheet Performance Dynamics HTFS■TASC
Update ~\ignored
TRAINING SIMULATIONPada proses “Polimerisasi Cold” pembuatan styrene
butadiene Rubber (SBR). Raw material 1,3 butadiene (75,89%) dan styrene (24,11%) pada tekanan 1 bar, dengan laju alir massa 100 Kg/hr pada kondisi temperatur ruang, terlebih dahulu akan di dinginkan sebelum masuk kedalam reaktor dengan amonia hingga temperaturnya mencapai 8 celcius. Dengan perbedaan tekanan pada tube sebesar 0.5 kg/cm2 dan perbedaan tekanan pada shell 0.89 kg/cm2, hitunglah berapa jumlah laju alir massa amonia dalam Kg/h yang harus di perlukan untuk mendinginkan umpan tersebut, jika temperatur input amonia 4 celcius dan keluaran 7 celcius. Berapa nilai UA dalam Kj/C-h jika alirannya co-current?
TUGAS
Rancang alat penukar kalor untuk E-101 dengan menggunakan high pressure steam (hps) tekanan 45 barg Untuk temperatur input dan output steam silahkan Trial sendiri, key word (Temperatur Cross)1. Berapakah jumlah kebutuhan steam pada proses
tersebut?2. Berapakah luas bidang perpindahan panas yang
diperlukan (m) bila nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan sebesar 40 W/m
3. Berapakah jumlah tube yang diperlukan jika panjang tube = 16 ft dan diameter dalam tube3/4 inch