Plate Heat Exchanger adalah salah satu jenis alat penukar panas yang terdiri atas paket pelat-pelat tegak lurus bergelombang atau dengan profil lain, yang
D-3 Teknik Kimia POLBAN Heat Exchanger 38 dipisahkan antara satu dengan lainnya oleh sekat-sekat lunak. Pelat-pelat ini dipersatukan oleh suatu perangkat penekan dan jarak antara pelat-pelat ditentukan oleh sekat-sekat tersebut. Pada setiap sudut dari pelat yang berbentuk empat persegi panjang terdapat lubang. Melalui dua di antara lubang-lubang ini media yang satu disalurkan masuk dan keluar pada satu sisi, sedangkan media yang lain karena adanya sekat mengalir melalui ruang antara disebelahnya. Dalam hal itu hubungan ruang yang satu dan yang lainnya dimungkinkan. pelat-pelat yang dibentuk sesuai kebutuhan dan umumnya terbuat dari baja (stainless steel type 304, 316, 317) atau logam lainnya.
Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak lurus, bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat lunak ( biasanya terbuat dari karet ). Pelat – pelat dan sekat disatukan oleh suatu perangkat penekan yang pada setiap sudut pelat 10 ( kebanyakan segi empat ) terdapat lubang pengalir fluida. Melalui dua dari lubang ini, fluida dialirkan masuk dan keluar pada sisi yang lain, sedangkan fluida yang lain mengalir melalui lubang dan ruang pada sisi sebelahnya karena ada sekat.
Sistem Kerja dari Plate Heat Exchanger
Produk akan dipanaskan dan masuk kedalam suatu larutan yang kemudian akan mengalir pada sebuah pelat. Proses pemanasan ini terjadi dengan adanya medium pemanas yang mengalir pada saluran dan pelat yang lainnya. Dimana pelat yang telah tersusun ini akan secara bergantian mengalirkan produk dan medium pemanas. Pelat yang dialiri produk tidak akan dialiri oleh komponen lain.
Cairan panas yang melintasi bagian bawah head dialirkan ke atas melintas diantara setiap plae genap sementara cairan dingin pada bagian puncak head dialirkan turun diantara plat-plat ganjil. Arah aliran produk dan medium pemanas di dalam pelat biasanya berbeda atau boleh dikatakan mengalir secara berlawanan. Pada umumnya produk akan masuk melalui saluran atas dan mengalir kebawah melewati pelat, sehingga aliran keluaran produk akan berada dibawah, sedangkan medium pemanas akan masuk melalui saluran yang berkebalikan dari produk, yaitu masuk melalui saluran bawah dan mengalir ke atas melewati pelat, sehingga aliran pengeluaran medium pemanas akan berada diatas. Arah aliran yang berlawanan ini dimaksudkan agar proses pemanasan dapat lebih cepat berlangsung.
D-3 Teknik Kimia POLBAN Heat Exchanger 39 Produk yang mengalir pada suatu pelat akan terhimpit oleh medium pemanas dengan arah aliran yang berbeda, sehingga produk akan cepat memanas karena tertekan oleh pelat yang mengalirkan medium pemanas. Produk yang telah menjadi panas dan medium yang telah mengalir pada suatu pelat akan mengalir keluar.
Saluran pengeluaran medium pemanas dan produk ada dua macam tergantung dari rangkaian pelat yang digunakan, baik itu seri maupun paralel. Pada rangkaian seri produk yang masuk dan keluar akan melewati ports pada bagian front head yang sama. Sedangkan pada rangkaian paralel produk dan medium pemanas akan masuk dan keluar melewati bagian yang berbeda, yaitu masuk melewati ports pada bagian front head dan keluar melalui ports pada bagian belakangnya.
Prinsip Alat Ukur PHE
1. Alat ukur laju alir 2. Alat ukur tekanan 3. Alat ukur suhu
Kelebihan PHE
1. Mempunyai permukaan perpindahan yang sangat besar pada volume alat yang kecil,sehingga perpindahan panas yang efisien.
2. Mudah dirawat dan dibersihkan
3. Mudah dibongkar dan dipasang kembali ketika proses pembersihan 4. Waktu tinggal media sangat pendek
5. Dapat digunakan untuk cairan yang sangat kental (viskos)
6. Plate and Frame lebih fleksibel, dapat dengan mudah pelatnya ditambah
7. Ukuran yang lebih kecil dapat mengurangi biaya dalam segi bahan (Stainless Steel,Titanium, dan logam lainnya)
8. Aliran turbulensinya mengurangi peluang terjadinya fouling dan sedimentasi
Kekurangan PHE
1. Pelat merupakan bentuk yang kurang baik untuk menahan tekanan. Plate and Frame Heat Exchanger tidak sesuai digunakan untuk tekanan lebih dari 30 bar. 2. Pemilihan material gasket yang sesuai sangatlah penting
3. Maksimum temperatur operasi terbatas hingga 250 oC dikarenakan performa dari material gasket yang sesuai.
D-3 Teknik Kimia POLBAN Heat Exchanger 40 Gambar 2.30 Penukar panas jenis pelat and Frame (Stevano Viktor, 2011)
Gambar 2.31 Penukar panas jenis pelat and Frame (Stevano Viktor, 2011) PHE yang banyak dijumpai di industri adalah type:
a. Glue type
Tipe glue ini memerlukan lem untuk memasang gasket pada plat PHE. Lem yang digunakan hendaknya ialah lem yang mempunyai ketahanan terhadap panas yang baik.
D-3 Teknik Kimia POLBAN Heat Exchanger 41 Gambar 2.32 Glue type (Stevano Viktor, 2011)
b. Clip type
Luar gasket tipe ini terdapat clip-clip, sehingga dalam pemasangannya cukup menancapkan clip-clip tersebut ke lubang yang terdapat pada plat. Pemasangan gasket tipe ini lebih mudah dan ringkas jika dibandingkan dengan tipe glue.
Gambar 2.33 Clip type (Stevano Viktor, 2011) Klasifikasi alat penukar panas :
a. Berdasarkan kontak antara bahan atau fluida
Pertukaran panas langsung
Bahan yang dipanaskan atau yang didinginkan dikontakan langsung dengan media pemanas atau pendingin.
Pertukaran Panas tidak langsung
Memungkinkan terjadinya perpindahan panas dari satu cairan fluida ke fluida lain melalui dinding pemisah.
D-3 Teknik Kimia POLBAN Heat Exchanger 42 b. Berdasarkan arah aliran
Penukar panas satu lintas (single-pass)
Penukar panas aliran searah (parallel-flow)
Penukar panas berlawanan arah (Counter-flow)
Penukar panas aliran lintang (Cross-flow)
Bagian-Bagian dari Plate Heat Exchanger
Gambar. 2.34 Plate Heat Exchanger (Stevano Viktor, 2011)
1. Gasket terbuat dari karet (non logam) atau bahan yang biasa digunakan adalah nitrile dan ethylene propylene rubber (EPR/EPDM)
a. Nitrile : -400F - 2500F untuk temperatur rendah b. Nitrile : -400F - 2500F untuk temperatur tinggi
c. EPR/ EPDM : -800F – 3000 F sangat tahan terhadap air yang sangat panas dan uap serta memiliki ketahanan yang baik untuk kompresi atau volume yang besar.
Fungsi gasket ini adalah sebagai perekat alat atau pengatur aliran fluida, sehingga antara fluida yang satu dengan fluida yang lain tidak mengalami kontak secara langsung yang menyebabkan kebocoran.
2. Pelat penekan (Compression Plate) terbuat dari logam yang berfungsi sebagai penekan pelat agar pada saat operasi alat berjalan tidak ada rongga didalam aliran fluida agar tidak terjadi kebocoran.
3. Pelat (plates), umumnya berukuran 0,4 - 0,6 mm terbuat dari stainless steel atau titanium dan terdapat pada berbagai macam susunan yang berombak-ombak, berfungsi sebagai tempat mengatur fluida serta tempat terjadinya pertukaran panas antara fluida panas dengan fluida dingin. Fluida pada pelat ini mengalir secara turbulen, hal ini dikarenakan bentuk dari pelat tersebut yang bergerigi sehingga
D-3 Teknik Kimia POLBAN Heat Exchanger 43 pertukaran panas dapat berlangsung secara cepat. Makin banyak pelat tekanan makin besar.
Gambar 2.35 Tipe pelat (Stevano Viktor, 2011)
Tipe Pelat
Vertical, termasuk salah satu pola pelat yang sering digunakan karena mempunyai banyak pembatas untuk mengalir, sehingga menyebabkan banyak gerakan putaran (turbulen), perpindahan panas dengan kecepatan tinggi, dan menurunkan tekanan.
Horizontal, juga merupakan pola yang sering digunakan. Mempunyai pembatas, gerak putaran (turbulen), dan penurunan tekanan yang lebih sedikit dibandingkan pola vertical
Combination, penggunaan pola pelat ini biasanya ditujukan untuk hasil pemanasan dan penurunan tekanan yang lebih optimal.
4. Pelat penyangga tetap (fixed frame), terbuat dari logam dan berfungsi menjaga pelat agar tetap stabil
D-3 Teknik Kimia POLBAN Heat Exchanger 44 5. Alat penekan (Compression Bolt), berupa baut pelat baja yang digunakan untuk
menekan pelat dan frame
Gambar 2.37 Compression Bolt (Anonim, 2010) 6. Guide Bars, berupa batang yang terbuat dari carbon steel atau stainless steel yang
mendukung dan menjaga agar pelat berjajar secara rapi.
Gambar 2.38 Guide Bars (Anonim, 2010)
7. Front and Rear Heads . (Bagian depan dan kepala bagian belakang), merupakan bagian yang dilapisi oleh frame carbon steel yang melekat pada kumpulan pelat yang ditekan.