Bab 1.
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan Industri kimia di Indonesia sudah cukup maju seiring dengan globalisasi perdagangan dunia. Industri pembuatan Nylon yang merupakan salah satu industri kimia mulai sering di bicarakan di even-even nasional maupun internasional. Untuk itu secara spesifik industri -industri ini tentu menggunakan teknologi tinggi dalam setiap kegiatan operasional proses produksinya.
Didalam Industri pembuatan Nylon yang menggunakan teknologi tinggi tentu instalasi unit – unit prosesnya menggunakan banyak sekali Alat Penukar Kalor ( Heat Exchanger ). Manfaat dan penggunaan alat ini tentu teramat penting di industri ini, karena kesalahan atau ke abnormalan dalam sistem operasi dari suatu unit Heat Exchanger akan berakibat ganguan pada sistem proses produksi keseluruhan dan bila terlalu parah akan menyebabkan terhentinya operasi dari industri tersebut ( shutdown ). Oleh karena itu sangatlah penting untuk memperhatikan secara serius dalam mengaplikasikan unit tersebut dimana digunakan.
Alat penukar kalor ( Heat Exchanger ) pada dasarnya adalah sebuah alat yang merupakan tempat pertukaran atau transfer energi dalam bentuk panas atau kalor dari suatu sumber atau fluida ke sumber yang lain.
Perpindahan kalor yang terjadi adalah dari suatu fluida yang temperatur lebih tinggi kepada fluida lain yang temperature lebih rendah.
Didalam industri proses kimia masalah perpindahan energi atau kalor adalah hal yang sangat banyak dilakukan. Penerapan prinsip-prinsip perpindahan kalor untuk menganalisa kemampuan peralatan tersebut guna mencapai sesuatu tujuan teknik sangatlah penting, karena dalam penerapan
prinsip kedalam pengoperasiannya orang dapat bekerja ke arah pencapaian tujuan untuk mengembangkan barang hasil yang dapat memberikan manfaat ekonomi. Akhirnya faktor ekonomi pula yang memegang peranan penting dalam perancangan dan pemilihan heat exchanger. Dengan peningkatan biaya operasi akibat keterbatasan sumber energi , maka diperlukan penghematan energi secara optimal. Dan sebagai parameter ukuran dan berat juga adalah faktor biaya yang penting dalam setiap penerapan di bidang ini, karena dapat dianggap sebagai variabel ekonomi yang ikut mnentukan pula..
Jenis alat penukar kalor sangatlah beragam dan masing masing dirancang untuk memenuhi kebutuhan yang spesifik.
Heat exchanger tipe tabung dan buluh ( shell & tube ) sejauh ini merupakan jenis yang paling banyak dipergunakan karena konstruksi yang relatif sederhana dan kemampuan yang tinggi dalam mengoperasikan beragam fluida kerja .
1.2. Pokok Permasalahan
Heat exchanger yang dipergunakan di Industri pembuatan Nylon adalah jenis shell & tube dengan aliran fluida jenis melintang ( counter flow ), unit ini merupakan komponen yang penting didalam proses Polymerisasi, dimana peralatan ini difungsikan sebagai pendingin atau biasa disebut
“ Cooler “. Mekanisme aliran fluida yang melewati cooler ini adalah Nitrogen ( N2 ) yang mengalir didalam pipa sedangkan sebagai fluida pendingin adalah Cooling water ( H2O ) yang mengalir dipermukaan luar berkas pipa.
Proses perpindahan panas berlangsung melalui perantara dinding pipa. Didalam alat tersebut berkas pipa terpasang secara paralel satu sama lain dan dikedua ujungnya ditopang oleh suatu pelat bundar. Kemudian kesatuannya dibungkus oleh sebuah shell yang berbentuk silindrik. Aliran fluida yang mengalir didalam biasanya disebut sisi tube dan yang mengalir mengelilingi berkas pipa disebut sisi shell. Fluida yang mengalir di sisi shell mengalir diantara berkas pipa dan kecepatannya akan mengalami perubahan arah karena adanya sekat- sekat ( baffle ). Sekat-sekat tersebut yang dipasang dengan jarak tertentu juga
mempunyai fungsi sebagai penopang berkas pipa didalam shell.
Sistem pendinginan gas nitrogen didalam siklus ini adalah, Gas nitrogen bersirkulasi untuk mendinginkan Chips berbentuk granulate yang berada di dalam Cooling Silo , dimana chips hasil proses sebelumnya mempunyai temperature yang tinggi. Nitrogen sebagai media pendingin yang bersirkulasi lambat laun akan naik pula temperaturnya , untuk itu dibutuhkan alat penukar kalor guna pendinginan nitrogen tersebut. Media pendingin di dalam alat penukar kalor digunakan air atau biasa disebut cooling water.
Cooling water yang menyerap kalor dari heat exchanger tersebut, dan melepaskan kalor nya di Cooling Tower.
Dengan kenaikan harga energi yang semakin tinggi, maka diupayakan peningkatan efisien yang seoptimal mungkin dari peralatan ini, karena dalam banyak hal penghematan biaya energi sangat bergantung dari efektifitas proses perpindahan panas yang terjadi diberbagai peralatan penukar kalornya. Untuk itu diperlukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui performan dari unit terpasang, dan akan dikembangkan lagi secara teknis yang baru bila nanti diketemukan hasil yang kurang ekonomis.
N2 oututlet
Tube side
outlet Shell side fluid Inlet (H2O)
Baffle
Tube side gas Inlet ( N2 ) Shell side
fluid outlet
Tube Shell Rear End
Header
Front End Header
Gambar 1.1. Heat Exchanger Tipe Shell and Tube
1.3. Tujuan
Penulisan ini bertujuan dengan menganalisa dan pengolahan data akan diketahui seberapa besar parameter-parameter performance yang terjadi pada proses di dalam heat exchanger dengan tipe shell & tube yang difungsikan sebagai pendingin ( Cooler ).
Selanjutnya dari hasil analisa yang diperoleh diperhitungkan pula nilai effisiensi efektivitasnya yang disesuaikan dengan karakteristik beban operasional, sehingga nanti dapat diketahui seberapa besar kemampuan dari unit heat exchanger ini. Disamping itu penting juga dilakukan pemeriksaan terhadap penurunan tekanan ( pressure drops ) yang terjadi di sisi shell maupun sisi tube serta pemeriksaan kekuatan material ( shell dan tube ) apakah cukup mampu di operasikan kontinu dengan lancar dan aman.
Dengan tersusunnya penulisan ini paling tidak kita akan mengetahui keuntungan dan kerugian pengunaan material yang dipakai serta akan mendapatkan gambaran dan wawasan kedepan bagaimana operasional dan perawatan ( maintenance ) yang terbaik dari sebuah unit heat exchanger.
1.4. Pembatasan Masalah.
Didalam analisa unit heat exchanger ini, pembatasan yang akan dikemukan adalah merupakan perpaduan kebutuhan dari 2 aspek saja, yaitu ;
1. Kebutuhan dari aspek operasi yang mencakup masalah kapasitas, kontinuitas reliability, keselamatan . Dan yang ( 2 ) ialah aspek mekanik, yang merupakan aspek konstruksi, kekuatan, dimensi, analisa perpindahan kalor. Oleh karena luasnya permasalahan tentang heat exchanger, maka penyusun membatasi permasalahan pada :
• Analisa perpindahan panas
• Penurunan tekanan ( pressure drops )
• Kekuatan kontruksi shell dan tube
• Batasan-batasan lain disesuaikan dengan aktualisasi perhitungan.
.Data-data hasil observasi penelitian diperoleh dari industri kimia pembuatan Nylon 6 ( polyamide 6 ) yang di produksi oleh PT. Filamendo Sakti.
1.5. Metodologi Penelitian
Untuk metode penelitian ini , diperoleh dengan beragam cara yaitu :
a. Studi Kepustakaan , dilakukan dengan menggunakan metode studi literature, refrensi yang membahas mengenai proses perpindahan panas, heat exchanger , machine design dan lain sebagainya, untuk keperluan dasar teori dan untuk selanjutnya digunakan sebagai landasan pengolahan data.
Disamping itu dengan adanya landasan teoritis dapat meningkatkan pemahaman terhadap permasalahan yang mungkin muncul.
b. Observasi Lapangan, adalah dengan melakukan mengamatan dan pengambilan data-data lansung terhadap unit terpasang di PT. Filamendo Sakti.. Unit terpasang bekerja selama 24 jam tanpa henti, dan dilakukan pemindahan operasional ke unit lain, bila ada jadwal perawatan ( maintenance ).
1.6. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisannya adalah sebagai berikut ; Bab 1 : Pendahuluan.
Berisikan tentang penjelasan latar belakang judul , pokok bahasan, tujuan penulisan , pembatasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.
Bab 2 : Landasan Teori
Berisikan tentang teori dasar perpindahan panas secara konduksi dan konveksi, pengertian alat penukar kalor, pembagian jenis heat exchanger, heat exchanger tipe shell dan tube, konstruksi heat exchanger tipe shell dan tube, komponen pendukung . Dan penjelasan persamaan-persamaan yang digunakan dalam perancangan ulang heat exchanger yaitu ; laju aliran, koefisien perpindahan panas global, fouling factor dan
perhitungan pressure drop, dan perhitungan kekuatan bahan shell dan tube.
Bab 3 : Pengumpulan data
Berisikan data-data teknis, seperti parameter indicator, physical properties dari fluida panas dan fluida dingin . Data spesifikasi seperti, dimensi utama, material digunakan dari unit heat exchanger. Selanjutnya ditentukan parameter-parameter sifat- sifat fluida pada kondisi yang sebenarnya.
Bab 4 : Pengolahan data
Berisikan tentang hasil analisa perhitungan yang diperoleh berupa parameter performance dari perpindahan panas yang terjadi, koefisien perpindahan panas, efektifitas, penurunan tekanan dan pemeriksaan kekuatan bahan.
Bab 5 : Kesimpulan dan saran.
Dalam bab ini dimuat kesimpulan yang diperoleh dari hasil perhitungan analisa termal , pressure drops yang terjadi dan kekuatan material dari unit heat exchanger serta saran-saran untuk peningkatan lebih baik.
