i
HALAMAN JUDUL
PRARANCANGAN HEAT EXCHANGER PADA PABRIK STIRENA MONOMER DENGAN PROSES DEHIDROGENASI KATALITIK
KAPASITAS 100.000 TON/TAHUN
Skripsi
diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Kimia
Oleh
Alfiyah Trisyani (5213416003)
TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2020
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN MOTTO :
“So verily, with the hardship, there is relief. Verily, with the hardship, there is relief (94:5-6).”
PERSEMBAHAN
1. Perkembangan ilmu dan teknologi Bangsa dan Negara Indonesia 2. Bapak, Ibu, Kakak dan seluruh keluarga besar tercinta
3. Seluruh Dosen Teknik Kimia Universitas Negeri Semarang
4. Teman-teman seperjuangan Teknik Kimia Universitas Negeri Semarang Angkatan 2016
vi ABSTRAK
Trsiyani, Alfiyah. 2020. Prarancangan Heat Exchanger Pada Pabrik Stirena Monomer Dengan Proses Dehidrogenasi Katalitik Kapasitas 100.000 Ton/Tahun. Skripsi: Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang. Dosen Pembimbing: Dr. Widi Astuti, S.T., M.T
Hampir semua operasi di industri kimia salah satunya pada pabrik stirena monmer dengan proses dehidrogenasi katalitik melibatkan perpindahan panas (heat transfer). Pada pabrik stirena monomer terdapat beberapa jenis heat exchanger yang digunakan, salah satunya yaitu heat exchanger (E-02) dengan jenis Shell and Tube Heat Exchanger. Heat exchanger (E-02) pada peracangan pabrik stirena monomer berfungsi untuk memanaskan feed menara distilasi 1 menggunakan pemanas steam. Pada penelitian ini, akan membahas secara spesifik perancangan heat exchanger jenis shell and tube. Hasil dari perhitungan perancangan heat exchanger (E-02) jenis shell and tube heat exchanger adalah luas perpindahan panas yang dihasilkan sebesar 866,9097 ft2, nilai LMTD sebesar 59,32°F. Clean
Overall Coefficient (Uc) sebesar 53,3755 Btu/jam.ft2.°F, Design Overall Coefficient
(Ud) sebesar 45,2477 Btu/jam.ft2.°F, Fouling Factor (Rd) sebesar 0,0034 ft2.jam.°F /Btu dan jumlah tube sebanyak 252 buah. Nilai pressure drop pada shell sebesar 0,0771 psi, sedangkan pada tube sebesar 0,0164 psi.
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya. Karena dengan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan Skripsi yang berjudul “Prarancangan Heat Exchanger pada Pabrik Stirena Monomer dengan Proses Dehidrogenasi Katalitik Kapasitas 100.000 Ton/Tahun” Oleh karena itu dengan kerendahan hati penulis sampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum., Rektor Universitas Negeri Semarang. 2. Dr. Nur Qudus, MT., Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. 3. Dr. Dewi Selvia Fardhyanti S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Kimia
Universitas Negeri Semarang.
4. Dr. Widi Astuti, S.T., M.T. Dosen Pembimbing yang selalu memberikan bimbingan, motivasi dan pengarahan dalam penyusunan skripsi.
5. Dr. Dewi Selvia Fardhyanti, S.T., M.T. dan Dhoni Hartanto, S.T., M.T., M.Sc. yang telah memberi arahan dan masukan dalam penyusunan Skripsi. 6. Semua Dosen Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Negeri
Semarang yang telah memberi bekal pengetahuan yang berharga.
7. Kedua orang tua yang senantiasa memberikan motivasi, dukungan serta doa.
8. Serta semua pihak yang telah membantu dalam penyususnan skripsi ini. Penulis juga menyadari bahwa dalam skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu dengan segala kerendahan hati pemulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dalam perbaikan skripsi ini.
Semarang, 18 September 2020 Penulis
viii DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
PERSETUJUAN PEMBIMBING ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
PERNYATAAN KEASLIAN ... iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... v
ABSTRAK ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... x DAFTAR TABEL………..xi BAB I ... 1 PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Identifikasi Masalah ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 2 1.4 Rumusan Masalah ... 3 1.5 Tujuan Penelitian ... 4 1.6 Manfaat Penelitian ... 4 BAB II ... 5 TINJAUAN PUSTAKA ... 5 2.1 Perpindahan Kalor ... 5
2.2 Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger) ... 6
2.3 Tipe-tipe Heat Exchanger ... 8
2.4 Komponen-komponen pada Heat Exchanger ... 10
BAB III ... 18
METODE PENELITIAN ... 18
3.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan ... 18
3.2 Studi Literatur ... .18
ix
3.4 Prosedur Perancangan Shell and Tube Heat Exchanger ... 20
BAB IV ... 23
HASIL DANPEMBAHASAN ... 23
4.1 Data Perancangan ... 23
4.2 Desain Tube Side ... 23
4.3 Perancangan Shell and Tube Heat Exchanger ... 24
BAB V ... 35
PENUTUP ... 35
5.1 Simpulan ... 35
5.2 Saran ... 35
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pola aliran dan distribusi temperatur dalam co-current flow ... 7
Gambar 2.2 Pola aliran dan distribusi temperatur dalam counter-current flow ... 7
Gambar 2.3Pola aliran Cross flow Heat Exchanger ... 8
Gambar 2.4 Konstruksi Double Pipe Exchanger (1 hairpin) ... 9
Gambar 2.5 Konstruksi Plate Heat Exchanger ... 10
Gambar 2.6 Konstruksi Shell and Tube Heat Exchanger ... 11
Gambar 2.7 Komponen-komponen Shell and Tube Heat Exchanger ... 12
Gambar 2.8 Jenis-jenis susunan tube ... 13
Gambar 2.9 Jenis-jenis tube pitch ... 13
Gambar 2.10Jenis-jenis baffle untuk STHE ... 13
Gambar 2.11Spesifikasi shell side ... 15
Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Penelitian ... 19
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data Densitas Maing-masing Komponen ... 24
Tabel 4.2 Data Viskositas Masing-masing Komponen ... 24
Tabel 4.3 Data Kapasitas Panas Masing-masing Komponen ... 25
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi dunia saat ini sangatlah pesat seiring dengan berkembangan zaman dalam dunia industri. Industri kimia salah satu industri yang sangat vital hamper di setiap negara yang ada di dunia, salah satunya yaitu Indoensia. Perkembangan industri kimia memiliki peran penting dalam kesejahteraan dan peningkatan kualitas hidup suatu negara.
Stirena monomer merupakan salah satu bahan kimia yang kontribusi besar dalam kehidupan manusia hingga saat ini. Hal ini dikarenakan stirena monomer merupakan monomer penting dalam industri petrokimia sebagai bahan baku dari produk - produk polimer (Aghayarzadeh, 2014). Pembuatan stirena monomer dapat dilakukan dengan dua proses, yaitu dehidrogenasi katalitik atau oksidasi etilbenzena (Ulmann’s, 2005). Proses dehidrogenasi katalitik yaitu dengan reaksi langsung etilbenzena menjadi stirena monomer, reaksi ini terjadi pada fase uap. Proses dehidrogenasi katalitik dipilih karena proses ini banyak dikembangkan dalam produksi komersial dan membuthkan tekanan operasi yang lebih rendah dibandingan dengan proses oksidasi etilbenzena (Kirk Othmer, 1980). Pendirian pabrik stirena monomer memiliki beberapa alasan yaitu memnuhi kebutuan stirena monomer dalam negeri, menambah devisa negara dengan melakukan ekspor, selain itu juga dapat membuka lapangan pekerjaan sehingga dapat menurunkan tingkat pengangguran di Indonesia.
2
Hampir semua operasi dibidang proses industri pabrik stirena monmer dengan proses dehidrogenasi katalitik melibatkan perpindahan panas (heat transfer). Heat exchanger adalah alat perpindahan panas yang digunakan sebagai media perpindahan panas yang terjadi karena perbedaan temperatur dari dua fluida yang mengalir dan tidak saling bercampur (Geankoplis, 1993). Pada pabrik stirena monomer terdapat beberapa jenis heat exchanger yang digunakan, salah satunya yaitu heat exchanger (E-02) dengan jenis Shell and Tube Heat Exchanger.
Pada perancangan Shell and Tube Heat Exchanger pada pabrik stirena monomer yang digunakan adalah heater, dimana alat ini berfungsi untuk memanaskan keluaran decanter sebelum masuk sebagai feed menara distilasi 1 menggunakan pemanas steam. Proses desain Shell and Tube Heat Exchanger sangat diperlukan untuk mengetahui faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi ukuran dari Shell and Tube Heat Exchanger yang digunakan berdasarkan fungsinya. Oleh karena itu, pada prarancangan pabrik stirena monomer ini akan membahas secara spesifik perancangan heat exchanger jenis shell and tube. 1.2 Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan maka dapat diidentifikasi masalah sebagai berikut:
1. Kebutuhan panas steam dalam memanaskan feed menara distilasi 1. 2. Bahan konstruksi yang digunakan dalam desain heat exchanger.
3. Asumsi jumlah tube, diameter tube, diameter shell, dan dirt factor coefficient (Ud) agar diperoleh nilai fouling factor dan pressure drop yang sesuai. 1.3 Pembatasan Masalah
3
Dalam hal ini perlu dilakukan pembatasan masalah agar permasalahan tidak meluas dan dapat dibahas secara mendalam pada perancangan ini yaitu: 1. Jenis heat exchanger yang digunakan yaitu shell and tube heat
exchanger.
2. Media pemanas yang digunakan berupa air pemanas (steam).
3. Fluida panas diletakan pada aliran didalam shell sedangkan fluida dingin diletakan pada aliran didalam tube.
1.4 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut maka dapat dikemukakan rumusan masalah sebagai berikut:
1. Berapakah besar luas perpindahan panas yang dibutuhan steam dan campuran feed menara distilasi 1?
2. Bagaimana cara menentukan bahan konstruksi dan letak aliran fluida panas dan fluida dingin pada heat exchanger?
3. Bagaimanakah langkah-langkah dalam menentukan desain dan spesifikasi heat exchanger jenis shell and tube?
1.5 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui seberapa besar luas perpindahan panas yang dibutuhan steam dan campuran feed menara distilasi 1.
2. Mengetahui cara menentukan bahan konstruksi dan letak aliran fluida panas dan fluida dingin pada heat exchanger.
3. Mengetahui langkah-langkah dalam menentukan desain dan spesifikasi heat exchanger jenis shell and tube.
4
1.6 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebgai berikut:
1. Memberikan pengetahuan cara menentukan bahan kostruksi shell and tube heat exchanger yang sesuai.
2. Memberikan penegtahuan mengenai langkah-langkah dalam merancang shell and tube heat exchanger dengan benarsesuai dengan teori yang sudah ada.
5 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor atau perpindahan panas adalah ilmu yang mempelajari berpindahnya suatu energi (berupa kalor) dari suatu sistem ke sistem lain karena adanya perbedaan temperatur. Perpindahan kalor tidak akan terjadi pada sistem yang memiliki temperatur sama. Perbedaan temperatur menjadi daya penggerak untuk terjadinya perpindahan kalor. Sama dengan perbedaan tegangan sebagai penggerak arus listrik. Proses perpindahan kalor terjadi dari suatu sistem yang memiliki temperatur lebih tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Keseimbangan pada masing – masing sistem terjadi ketika sistem memiliki temperatur yang sama (Bizzy, 2013). Perpindahan kalor dapat berlangsung dengan 3 (tiga) cara, yaitu:
a. Konduksi
Perpindahan panas secara konduksi merupakan mekanisme perpindahan panas yang terjadi dengan suatu aliran atau rambatan proses dari suatu benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah atau dari suatu benda ke benda lain dengan kontak langsung. Dengan kata lain proses perpindahan panas secara molekuler dengan perantaraan molekul–molekul yang bergerak. Perpindahan panas konduksi dapat berlangsung pada zat padat, cair, dan gas.
6
Perpindahan panas secara konveksi merupakan mekanisme perpindahan panas yang terjadi dari satu benda ke benda yang lain dengan perantaraan benda itu sendiri Perpindahan panas konveksi terdapat dua macam yaitu konveksi paksa dan konveksi bebas. Konveksi alami adalah perpindahan molekul– molekul didalam zat yang dipanaskan karena adanya perbedaan densitas. c. Radiasi
Perpindahan panas tanpa melalui media (tanpa melalui molekul). Suatu energi dapat dihantarkan dari suatu tempat ke tempat lainnya (dari benda panas ke benda yang dingin) dengan pancaran gelombang elektromagnetik dimana tenaga elektromagnetik ini akan berubah menjadi panas jika terserap oleh benda yang lain.
2.2. Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger)
Secara umum pengertian alat penukar panas atau heat exchanger (HE), adalah suatu alat yang digunakan dalam proses perpindahan panas fluida dengan fluida yang lain tanpa adanya perpindahan massa dan dapat digunakan sebagai pemanas maupun pendingin. Menurut Geankoplis (1993), heat exchanger adalah alat perpindahan panas yang digunakan sebagai media perpindahan panas yang terjadi karena perbedaan temperatur dari dua fluida yang mengalir dan tidak saling bercampur. Adapun heat exchanger memiliki empat buah aliran yaitu:
a. Aliran searah (co current)
Pertukaran panas jenis ini, kedua fluida (dingin dan panas) masuk pada sisi heat exchanger yang sama, mengalir dengan arah yang sama, dan keluar pada sisi yang sama. Karakter heat exchanger jenis ini, temperatur fluida dingin yang
7
keluar dari heat exchanger (Tco) tidak dapat melebihi temperatur. fluida panas yang keluar (Tho), sehingga diperlukan media pendingin atau media pemanas yang banyak.
Gambar 2.1 Pola aliran dan distribusi temperatur dalam co-current flow a. Pola aliran berlawanan (counter current)
Penukar panas jenis ini, kedua fluida (panas dan dingin) masuk dan keluar pada sisi yang berlawanan.Temperatur fluida dingin yang keluar dari penukar panas lebih tinggi dibandingkan temperatur fluida panas yang keluar dari penukar kalor, sehingga dianggap lebih baik dari aliran searah.
Gambar 2.2 Pola aliran dan distribusi temperatur dalam counter-current flow b. Arah Aliran Silang (cross flow)
Pada tipe aliran ini fluida panas dan fluida dingin mengalir pada right angle satu sama lain. Heat Excanger dengan tipe aliran ini digunakan dalam pemanasan dan pendinginan udara atau gas. Untuk tipe aliran counter flow memberikan transfer panas yang lebih baik bila dibandingkan dengan
8
aliran searah atau paralel. Sedangkan banyaknya pass juga berpengaruh terhadap efektifitas daripada alat penukar panas yang digunakan.
Gambar 2.3 Pola aliran Cross flow Heat Exchanger 2.3. Tipe-tipe Heat Exchanger
Heat Exchanger memiliki beberapa tipe sesuai dengan kebutuhan proses yang ada. Menurut Geankoplis (1993), menjelaskan bahwa ada beberapa macam jenis heat exchanger yaitu:
2.3.1 Double-Pipe Heat Exchanger
Exchanger yang paling sederhana adalah double-pipe atau concentric-pipe exchanger. Prosesnya, yaitu dimana satu fluida mengalir di dalam pipa (inner pipe) sedangkan fluida yang lain mengalir dalam annular space diantara dua pipa. Fluida tersebut bisa dalam aliran co-current atau counter current. Exchanger itu bisa dibuat dari sepasang pipa tunggal panjang dengan fitting pada bagian akhir atau dari beberapa pasang yang dihubungkan secara seri. Exchanger tipe ini biasanya digunakan untuk aliran rate yang kecil. Merupakan jenis exchanger yang sederhana. Double pipe exchanger pada dasarnya terdiri dari dua buah pipa konsentrik, dimana satu fluida mengalir lewat pipa dalam sedangkan fluida yang satu lagi mengalir lewat annulus antara pipa dalam dan pipa luar. Fluida dapat mengalir secara
9
searah (cocurrent) atau berlawanan (countercurrent). Panjang efektif exchanger tipe ini biasanya 12, 15, dan 20 ft. Exchanger tipe ini mudah dibuat dari bahan-bahan standar dan harganya relatif murah (Geankoplis,1993).
Gambar 2.4 Konstruksi Double Pipe Exchanger (1 hairpin) 2.3.2 Plate Heat Exchanger
Plate heat exchanger adalah salah satu tipe alat penukar panas yang memilki efisiensi tinggi. Heat exchanger ini terdiri dari pelat (plate) dan rangka (frame), pada plat disusun dengan susunan yang membentuk jalur yang disebut dengan hot side dan cold side. Hot side dimana tempat untuk mengaliri fluida panas sedangkan cold side untuk mengaliri fluida dingin. Fluida panas dan fluida dingin mengalir dengan arah yang berlawanan pada kedua sisi plat (Walikrom, dkk, 2018).
Plate heat exchanger dibuat dari plat logam berbahan stainless steel tipe 304, 316, 317 atau bahan logam lainnya yang tahan karat. Upaya mencegah kebocoran dan pencampuran antara fluida panas dan fluida
10
dingin, karet pengatur jarak digunakan untuk menyegel plat-plat logam. Pengatur jarak dan plat dirakit dalam rangka (frame).
Gambar 2.5 Konstruksi Plate Heat Exchanger 2.3.3 Shell and Tube Heat Excanger
Heat excahnger tipe shell and tube banyak digunakan dalam berbagai proses industri. Shell and tube heat exchanger (STHE) terdiri dari sejumlah tube yang berdiameter relatif kecil yang terpasang didalam shell berbentuk silindris. Satu jenis fluida mengalir didalam pipa-pipa (tube) sedangkan fluida lainnya mengalir dibagian luar pipa tetapi masih didalam shell. Shell and tube heat exchanger biasa digunakan pada proses industri dengan jumlah fluida yang dipanaskan atau didinginkan dalam jumlah besar. Desain alat ini dapat memberikan luas area penukar panas yang besar dan memberikan nilai efisiensi perpindahan panas yang besar.
Pada STHE terdapat beberapa jumlah tube dengan susunan parallel ataupun susuan seri, dimana salah satu fluida mengalir didalam tube, sedangkan fluida lainnya mengalir di shell. Agar aliran didalam shell turbulen maka pada shell dipasang penyangga atau disebut juga baffle (Putra, 2017). Pemasangan buffle juga untuk memperbesar perpindahan panas konveksi, namun pemasangan baffle juga akan memperbesar pressure drop
11
dan menyebabkan beban kerja pompa bertambah berat, sehingga laju alir fluida harus diatur sedemikian rupa.
Gambar 2.6 Konstruksi Shell and Tube Heat Exchanger
Dari semua tipe alat penukar panas, shell and tube heat exchanger memiliki sejumlah keunggulan diantaranya:
1) Perawatan atau maintenance yang relatif lebih mudah karena dapat dibongkar pasang.
2) Kondensasi atau boiling heat transfer dapat dengan mudah diakomodasikan dari shell and tube heat exchanger.
3) Memiliki permukaan perpindahan panas per satuan volume yang luas. 4) Pemilihan bahan atau pemilihan material yang bervariasi dan tersedia
dalam berbagai bahan kosntruksi.
5) Pressure drop yang dapat di variasikan sesuai dengan kapasitas heat exchanger.
2.4. Komponen-Komponen pada Shell and Tube Heat Exchanger Alat penukar panas shell and tube memiliki komponen-komponen yang sangat berpengaruh terhadap kinerjanya. Adapun komponen-komponen dari shell and tube ditunjukan pada Gambar 2.7 Komponen-komponen Shell and Tube Heat Exchanger berikut:
12
Gambar 2.7 Komponen-komponen Shell and Tube Heat Exchanger A. Tubes
B. Tube sheets
C. Shell and shell side nozzles D. Tube side channels and nozzles E. Channel covers
F. Pass divider G. Baffles
2.4.1 Komponen dasar penyusun shell and tube heat exchanger 1) Tube
Dimensi dati tube tersedia dalam satuan inch, ketebalan dinding tube diukur dalam satuan Birmingham Wire Gage (BWG). Tebal tipisnya dnding tube berkaitan dengan tahanan termal pada sisi dinding tube, semakin tebal dinding tube maka semakin besar tahanan termalnya yang mengakibatkan semakin tidak baik dalam menghantarkan panas. Material dalam pembuatan tube biasanya berupa alumunium, tembaga dan alloy. Tube dalam alat perpindahan panas tersusun dalam berbagai jenis susunan yaitu triangular, square,
13
rotate square yang ditunjukan pada Gambar 2.8 Jeni-jenis susunan tube berikut (Coulson, 2003):
Gambar 2.8 Jenis-jenis susunan tube
Susunan tube jenis triangular pitch digunakan jika diinginkan laju perpindahan panas yang besar, dalam kemudahan perawatan secara mekanik dapat dipilih susunan square pitch karena terdapat suatu clearance yang posisinya teratur membentuk garis horizontal dan vertikal. Dalam standar TEMA (Tubular Exchanger Manufacture Association) diatur tube pitch atau jarak antar tube terpendek yaitu 1-1/4 kali dari titik pusat tube. Berikut ini jenis-jenis tube pitch yang ditunjukan pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Jenis-jenis tube pitch: (a) square pitch, (b) triangular pitch, (c) square pitch rotate, (d) triangular pitch with cleaning lanes (Kern, 1980).
1) Baffles
14
Baffle berfungsi sebagai sekat untuk mengarahkan aliran fluida yang ada didalam shell dan untuk memperebar aliran fluida agar turbulen. Adanya aliran turbulensi akan meingkatkan koefisien perpindaha n panas sehingga meningkatkan laju perpindahan panas. Pemasangan baffle juga berfungsi untuk menaikan penurunan tekanan atau pressure drop. Berikut ini jenis-jenis baffle untuk shell and tube heat exchanger yaang ditunjukan pada Gambar 2.8.
Gambar 2.10 Jenis-jenis baffle untuk STHE: (a) segmental, (b) segmental and strip, (c) disc and doughnut, (d) orifice (Coulson, 2003).
Dalam standar TEMA, jarak antara satu baffle dengan baffle yang lain disebut dengan baffle spacing. Baffle spacing dibatasi paling dekat 1/5 dari diameter dalam shell, hal ini untuk menghindari terjadinya penurunan tekanan yang terllu besar, sedangkan untuk jarak terjauh tidak lebih besar dari diameter dalam shell agar tidak terjadi getaran pada tube. Jenis baffle yang sering digunakan yaitu jenis
15
segmental yang ditunjukan pada gambar (a), keuntungan single segmental baffle yaitu heat transfer area yang tinggi. Nama baffle biasanya disesuaikan dengan berapa persen dari baffle yang terptong, potongan baffle yang sering digunakan yaitu sekitar 15-45%. Pada umumnya, potongan baffle yang optimum yaitu 20-25% karena memberikan tingkat perpindahan panas yang baik tanpa penurunan yang berlebihan (Coulson, 2003).
3) Shell
Shel merupakan tempat tube bundle biasanya shell terbuat dari baja maupun campurannya, standr TEMA yang mengatur dimensi tebal dinding shell dalam satuan inch dan milimeter. Pada gambar (a) merupakan tipe shell yang paling umum digunakan, gambar (b) shell dengan dua pass tipe ini digunakan bila pada shell side dan tube side memiliki perbedaan temperatur dan tidak cocok bila menggunakan single pass (Coulson, 2003). Berikut ini Gambar 2.11 spesifikasi shell side.
Gambar 2.11 Spesifikasi shell side (Coulson, 2003)
16
2.4.2 Langkah-langkah Perancangan Shell and Tube Heat Exchanger Dalam perancangan heat exchanger, dibutuhkan data primer berupa laju alir (flow rate) fluida panas dan fluida dingin, temperatur keluar dan temperatur masuk fluida serta tekanan operasi dari masing-masing fulida. Langkah-langkah yang dilakukan untuk merancang atau mendesain heat exchanger sebagai berikut:
1. Menentukan beban panas (Q) dari neraca panas.
2. Menentukan beda temperatur logaritma rata-rata (LMTD).
3. Menghitung area perpindahan panas, dengan mengasumsikan UD
sementara yang dapat dilihat pada Tabel 8 (Kern, 1983) 4. Menentukan jumlah tube.
5. Koreksi UD.
6. Mennetukan suhu kalorik. Suhu kalorik merupkan suhu rata-rata fluida yang terlibat dalam perpindahan panas.
7. Menghitung hi, hio, ho. Perhitungan hi, hio, ho dilakukan dengan
menggunakan persamaan atapun gambar.
8. Menentukan Uc (Clean Overall Coefficient) atau koefisien perpindahan
panas menyeluruh pada saat bersih.
9. Menentukan Rd (Dirt factor). Faktor pengotor sangat mempengaruhi
perpindahan panas pada alat penukar panas. Terjadinya pengotoran tersebut dapat menggangu dan mempengaruhi temperatur fluida yang mengalir serta mempengaruhi koefisien perpindahan panas menyeluruh pada fluida.
17
10. Menentukan Pressure drop. Pressure drop proposional terhadap kecepatan dan total jarak yang harus dilalui fluida (Kern, 1983). Oleh karena itu, ketika jumlah pass pada tube atau jumlah baffle dan pass pada shell bertambah pada kecepatan alir tertentu, maka pressure drop pada heat exchanger akan meningkat.
35 BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Nilai luas perpindahan panas yang dibutuhkan pada Heater (E-02) yaitu 866,9097 ft2.
2. Bahan kostruksi yang digunakan yaitu Carbon Steel SA 283 Grade C. Fluida dingin mengalir sepanjang tube, untuk fluida panas mengalir di shell.
3. Dari hasil perhitungan Heat exchanger pada perancangan Heater (E-02) peroleh pressure drop tube sebesar 0,0164 psi. Diperoleh pressure drop shell sebesar 0,0771 psi. Terdapat 1 pass pada shell dan 4 pass pada tube, terdapat 304 tube dengan panjang 18 in. Pada luas transfer panas sebesar 866,9097 ft2 diperoleh Clean Coefficient (UC) sebesar 53,3755 Btu/jam.ft2.F dan Design Coefficient (UD)
sebesar 45,2477 Btu/jam.ft2.F. Nilai Rd perhitungan sebesar 0,0034 ft2.jam.°F /Btu.
5.2 Saran
Untuk memudahkan dalam perencanaan pemilihan tipe heat exchanger harus disesuiakan dengan sifat fluida panas dan fluida dingin untuk meminimalisir kesalahan pada saat konstruksi.
36
DAFTTAR PUSTAKA
Aghayarzadeh, M. 2014. Simulation and Optimization of Styrene Monomer Production Using Neural Network. Vol. 11, No. 1 (Winter), 2014, IAChE Iranian Journal of Chemical Engineering.
Bizzy, I. & Setiadi, R. 2013. Studi Perhitungan Alat Penukar Kalor Tipe Shell and Tube dengan Program Heat Transfer Research Inc. (HTRI). Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya. Jurnal Rekayasa Mesin Vol 13 No. I Maret 2013, 67 – 72.
Coulson and Ricardson. 2003. Chemical Engineering Design. Edisi keempat. Vol,6.
Geankoplis, J.C.1993. Transport Process and Unit Operation 2nd ed. Allyn and Bacon Inc, Massachussett.
Kern, D. Q., 1983. Process Heat Transfer. 2nd ed. Tokyo: McGraw-Hill Book Company, Inc.
Kirk, R.E.& Othmer, D.F., 1980, “ Encyclopedia of Chemical Technology”, 4thed, Vol. 1, International Publisher Inc., New York
Putra, Iriansyah. 2017. Studi Perhitungan Heat Exchanger Type Shell and Tube Dehumidifer Biogas Limbah Sawit untuk Pembangkit Listrik Tenaga Biogas. Jurnal Polimesin, Volume: 15, Nomor: 2.
Ullman’s, Barbara Elvers, 2005,”Encyclopedia of Industrial Chemistry”, Vol. A19, VCH, German
Walikrom, dkk. 2018. Studi Kinerja Plate Heat Exchanger pada Sistem Pendingin PLTGU. Turbulen: Jurnal Teknik Mesin, Vol. 1, No. 1, hal. 40 – 47.
Yaws, C.L, 1999, “Thermodynamic and Physical Property Data”, Gulf Publishing Co., Houston, Texas.
