Dokumen.tips_modul-3-hysys-simulasi-alat-penukar-panas.pptx

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 dengan fluida dingin tanpa terjadi interaksi langsung Tipe Heat Exchanger a. Double pipe heat exchanger b. Shell and tube heat exchanger c. Plate & Frame heat exchanger

Hysys Simulation Tipe 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 prosesproses 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

TEMA DAN BENTUK HEAD HE

Shell and Tub

EME _L SHELL CAVIH

SHELL CHANNEL «Hf LL COVffl ENQ F LANGt

i. 7. J. 4.

worn.(

i,

TUflisHttt

CL

FlOATINGHEAD

I.

SHELL FLOATING

FLOATING ^E A& ELAWE STATION*flV Tu«i3WET CHHkNNEL CHANNft COVER CilANrfEL UL^ZZ|.E Tit ROM ANP bfACEM

THANSVE RS E flAF F L ES OR SuPf^nrfLATES

16.

lUTWOiEMENT BAJF FLE VENT COMlfCKON DRAIN CONNECTIOW TEil CONNECTION EUPPDfiTBMDLE* UFTiMORINCi

tfl. 1?. IB. IB. W. Jl,

Why Shell andTube HE ??? Ada beberapa alasan kenapa Shell and Tube HE Lebih 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

Neraca Energi Neraca energi aliran panas dan dingin

Laju energi berpindah sepanjang dinding HE

Loq Mean Temperature Difference

(ATlmtd) ■ botju

lior.our cold.out

AT,

roldju

cokLiu

Alirau couuter-current

Alirau co-current

AT - AT. In ( A T / ^

Correction Factor LMTD (Ft)

C_1

T —T co a T - T 1

T —T ^

T -T

R —

—^

Lihat Graphic FT dengan R, S sesuaikan tipe shell-tube Heat Exchanger yang inemenuhi harganya (Ft > 0.8)

Graphic Factor Correction

One Shell Pass, two or more tube pass

Graphic Factor Correction 1

Two Shell Pass, Four or multiple tube pass

Graphic Factor Correction

Divided-flow Shell# Two or more even-tube pass

Graphic Factor Correction

Split-flow Shell, Two tube pass

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

HYSIS SIMULATION

S/HYSIS SIMULATION w

EES

E-100 Design

-Heat Exchanger Modeh

i

Exchanger Design (End Point Connections

-Heat Leak/Loss

■3

(* None

C

Extremes

Parameters

C

Proportional

X

Specs

Shell Side Tube Side

User Variables Notes

0.S600 kg/cm2 Delta P

Delta P 0.2000 kg/cm2

4.360e+005 kJ/C-h UA

5^

[-Exchanger Geometrv— Calculate Ft Factor Tube Passes per Shell

Shell Passes

Shells In Series

First Pass

Shell TEMA Type

1

1

Counter

E

J1

Design Rating Delete

Worksheet

Performance

Dynamics

HTFS■TASC Update

\~ ignored

Hysys Simulation //

w

EES

E-100 Design

-Heat Exchanger Modeh

i

Exchanger Design (End Point Connections

-Heat Leak/Loss

■3

(* None

C

Extremes

Parameters

C

Proportional

X

Specs

Shell Side Tube Side

User Variables Notes

0.S600 kg/cm2 Delta P

Delta P 0.2000 kg/cm2

4.360e+005 kJ/C-h UA

5^

[-Exchanger Geometrv— Calculate Ft Factor Tube Passes per Shell

Shell Passes

Shells In Series

First Pass

Shell TEMA Type

1

1

Counter

E

J1

Design Rating Delete

Worksheet

Performance

Dynamics

HTFS■TASC Update

\~ ignored

HYSIS SIMULATION

HYSIS SIMULATION

HYSIS SIMULATION

HYSIS SIMULATION

HYSIS SIMULATION

HYSIS SIMULATION

HYSIS SIMULATION

TRAINING SIMULATION Pada 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 HEAT EXCHANGER PERTEMUAN KE DUA

TUGAS

TUGAS

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