APLIKASI PERPINDAHAN PANAS PADA INDUSTRI MIGAS
Heat Exchanger (HE) adalah suatu peralatan penukar panas antar dua fluida yang berbeda temperature dan panasnya. Satu fluida memberikan panas, sedangkan yang yang lainny lainnyaa meneri menerima ma panas. panas. Kebutu Kebutuhan han fuida fuida pada pada suhu suhu terten tertentu tu merupak merupakan an tuntut tuntutan an spesif spesifikas ikasii disain disain proses proses.. Crude oil yang dialirkan secara kontinyu dari tangki adalah bersuhu sekitar 4o!. Sebelum crude ini difraksionasi men"adi beberapa komponen produk, terlebih dahulu harus dikurangi kadar garam dan kandungan air didalamnya hingga konsentrasi tertentu. #emisahan ini dilakukan pada desalter yang yang berdasarkan sifat fisik crude akan crude akan efektif dan optimum pada suhu sekitar $4%o!. &ila kurang akan menghasilkan pemisahan yang kurang baik dan bila berlebihan akan mengh engham ambu burr'ham hambur burkan kan
ener energ gi.
Sela Selan" n"ut utny nyaa
ali aliran ran
crude
akan akan
dipr dipros oses es
difrak difraksio sionat nator or dimana dimana suhu suhu inlet inlet harus harus di"aga di"aga pada %o!. Setelah Setelah fraksionas fraksionasi, i, produk'produk akan dikirim ke unit'unit proses selan"utnya atau langsung ke tangki penampungan sementara. Suhu penyimpanan di tangki tidak boleh melebihi 4o!. ambaran proses tadi menun"ukkan bagaimana perlunya suatu alat penukar panas, baik untuk menaikkan (dari 4o! ke $4%o!) atau menurunkan suhu fluida (dari %o! ke 4o!).Syarat minimum ter"adinya pertukaran panas adalah terdapatnya dua aliran media dengan suhu yang berbeda. Salah satunya sebagai penyuplai panas, sedang lainnya sebagai penerima panas.Se*aktu melepaskan panasnya, penyuplai panasa akan kehilangan panasnya atau men"adi lebih ringan, begitu "uga sebaliknya sepenerima panas, akan mendapat tambahan panas. Secara logika, setelah proses perpindahan panas, suhu akhir penyuplai panas tidak akan lebih kecil dari suhu a*al penerima panas. &egitu "uga sebaliknya. +edia perpindahan panas antar kedua fluida (penyuplai atau penerima panas) umumny umumnyaa berupa berupa tube tube atau pipa. alam alam kontek kontekss ini perpindaha perpindahan n panas panas secara secara langsung tidak dibahas, contoh "enis ini adalah cooling to*er. #enyuplai panas untuk HE dapat berupa fluida proses itu sendiri atau media khusus penyuplai panas seperti steam atau media dari hasil pembakaran (fuel burning). Sedangkan penerima panas
dapat berupa media fluida proses yang harus diinginkan atau menggunakan media khusus pengambilan panas seperti air pendingin (cooling *ater) atau udara dari fan. #roses perpindahan panas berlangsung dengan salah satu, dua, atau semua dari prinsip konduksi, kon-eksi, dan radiasi. &eberapa "enis fungsi peralatan HE adalah sebagai berikut a. Heat Excahnger Kedua sisi aliran merupakan fluida proses dan keduanya tidak mengalami perubahan fase, umumnya fase cair. HE berfungsi sebagai alat penukar panas antara minyak mentah yang akan masuk ke furnace dengan residu yang akan masuk ke cooler sehingga panas yang terkandung dalam residu dapat dimanfaatkan untuk menaikkan suhu minyak mentah dan beban furnace men"adi lebih ringan. /enis HE yang digunakan adalah Shell and 0ube Heat Exchanger, yang ber"umlah buah disusun secara seri. b. !ooler #eralatan tabung yang digunakan untuk mendinginkan li1uid yang panas sampai suhu tertentu yang dikehendaki. Satu sisi aliran merupakan fluida proses yang akan didinginkan tanpa perubahan fase. +edia pendinginan adalah dari sarana utilities seperti air pendingin atau udara (tanpa perubahan fase). Cooler berfungsi untuk menurunkan temperatur atau mendinginkan produk'produk minyak yang keluar dari kolom fraksinasi, kolom stripper, heat exchanger maupun condensor dengan air sebagai media pendingin sampai suhu yang dikehendaki tanpa adanya perubahan fase. c. !ondenser #eralatan yang digunakan untuk menurunkan suhu dari uap atau -apour sampai ke suhu cair dengan menyerahkan panasnya kepada fluida yang lain. Salah satu aliran merupakan fluida (uap) yang akan dikondensasi, biasanya uap dari top kolom distilasi atau fraksionasi. +edia pendingin adalah dari sarana utilities seperti air pendingin atau udara (tanpa perubahan fase). Kondensor berfungsi untuk mengembunkan uap yang keluar dari puncak kolom fraksinasi. i dalam condensor ter"adi perubahan fase,
yaitu dari fasa uap ke fase cair dengan bantuan air sebagai media pendingin yang mele*ati tube sedangkan uap fraksi ringan mele*ati shell. d. 2eboiler Reboiler ialah heat exchanger yang secara tipikal dipasang pada kolom distilasi. Reboiler menghasilkan uap untuk separasi distilasi fraksional seperti condenser menghasilkan refluks liquid yang mana akan dikembalikan ke kolom distilasi. Secara umum reboiler merupakan alat penukar panas yang digunakan untuk menyediakan aliran panas untuk destilasi dan proses'proses lainnya yang serupa. Reboiler adalah salah satu bagian integral proses produksi, tetapi bukan merupakan bagian dari sistem steam, karena reboiler terletak "auh terpisah dari boiler utama (atau power house). Konsekuensinya, umumnya perhatian yang ditu"ukan pada reboiler lebih kecil bila dibandingkan dengan boiler utama hingga sebuah kegagalan ter"adi. #rinsip ker"a reboiler pada dasarnya sama dengan heat exchanger secara umum, namun reboiler digunakan untuk menguapkan cairan yang masuk sehingga uap yang dihaslikan masuk kembali dan naik ke column, dan cairan sisanya akan tertinggal di bagian column sebagai residu. 2eboiler "uga sebagai suatu sistem yang memerlukan peralatan tambahan lebih daripada sekedar heat exchanger sebagai instrumen, sehingga reboiler tidak dapat berdiri sendiri. 2eboiler terdiri atas beberapa sistem yang berhubungan langsung, misalnya sistem heat exchanger dan sistem kolom (distilasi, e-aporasi, dan yang se"enisnya). Kedua sistem ini terhubung men"adi sebuah sistem reboiler dengan adanya pengembalian fluida (panas) ke dalam kolom dari reboiler. e. E-aporator Evaporator merupakan salah satu alat yang sering digunakan dalam proses perindustrian. Evaporator adalah alat yang digunakan untuk menge-aporasi larutan. E-aporasi sendiri artinya adalah menghilangkan air dari larutan dengan mendidihkan larutan di dalam tabung evaporator . E-aporasi bertu"uan untuk memekatkan larutan yang terdiri dari 3at terlarut yang tidak mudah menguap dengan pelarut yang mudah menguap. tau bisa dikatakan bah*a e-aporasi adalah proses penguapan.
Evaporator berfungsi untuk mengubah sebagian atau keseluruhan pelarut dari suatu larutan dari betuk cair men"adi uap. da empat komponen dasar yang dibutuhkan untuk melakukan penguapan, yaitu sebuah tabung penguapan, sebuah alat pindah panas, sebuah kondensor dan sebuah metode untuk men"aga tekanan -akum. Keempat komponen ini harus diperhatikan dalam merencanakan suatu evaporator . Sistem tekanan -akumnya harus dapat mengalirkan gas yang tidak terkondensasi agar bisa men"aga tekanan -akum yang diinginkan di dalam tabung penguapan. #anas yang cukup harus dialirkan atau diberikan ke produk untuk penguapan se"umlah air yang diinginkan, serta sebuah kondensor yang berguna untuk mengembangkan dan memindahkan uap air yang diprosuksi melalui penguapan. Evaporator mempunyai berbagai macam "enis. /ika kita melihat dari penggunaan evaporator itu sendiri, terdapat tiga metode yang biasa digunakan. 5ang pertama bila kita hanya menggunakan satu evaporator sa"a, uap dari 3at cair yang mendidih dikondensasikan dan dibuang. +etode ini disebut dengan e-aporasi efek'tunggal ( single-effect evaporation). 6alaupun metode ini sederhana, namun proses ini tidak efektif alam penggunaan uap. 7ntuk menguapkan llb air dari larutan, diperlukan $ 8 $. lb uap. 5ang kedua, "ika uap dari satu evaporator dimasukkan ke dalam rongga uap (steam chest) e-aporator kedua, dan uap dari evaporator kedua dimasukkan ke dalam kondensor, maka metode ini akan men"adi efek dua kali atau biasa disebut e-eporasi efek'dua (double-effect evaporation). 5ang ketiga, ketika evaporator yang digunakan dalam suatu metode lebih dari satu, seperti misalnya uap dari evaporator kedua dimasukkan ke dalam rongga uap evaporator ketiga, dan berlan"ut sampai beberapa e-aporasi,
maka
metode
ini
disebut
e-aporasi
efek'ganda
(multiple-effect
evaporation). f.
!hiller Chiller adalah mesin yang memindahkan panas dari cairan melalui kompresi'uap
atau pendingin siklus penyerapan . Chiller 'kompresi uap air terdiri dari empat
komponen utama dari siklus pendingin kompresi uap'(kompresor, evaporator, kondensor , dan beberapa bentuk metering device. +esin ini dapat melaksanakan berbagai refrigeran. Absorption Chillers use municipal water as the refrigerant and benign silica gel as the desiccant. #enyerapan pendingin menggunakan air sebagai pendingin dan silika gel
sebagai pengering tersebut. #enyerapan pendingin
menggunakan air sebagai pendingin dan bergantung pada hubungan yang kuat antara air dan larutan lithium bromide untuk mencapai efek pendinginan. Chiller "uga merupakan mesin refrigerasi yang berfungsi untuk mendinginkan air pada sisi evaporator nya. ir dingin yang dihasilkan selan"utnya didistribusikan ke mesin penukar kalor ( 9!7 : 9an !oil 7nit ). alam aplikasi industri air dingin atau cairan lainnya dari Chiller dipompa melalui proses atau peralatan laboratorium. ;ndustri pendingin digunakan untuk mendinginkan produk yang dikendalikan, mekanisme dan mesin pabrik di berbagai industri. Chiller sering digunakan dalam industri plastik di in"eksi dan blo* molding, minyak pemotong logam, peralatan las, die'casting dan mesin perkakas, proses kimia, formulasi farmasi, makanan dan pengolahan minuman, kertas dan pengolahan semen, sistem vakum, <' difraksi sinar, pasokan listrik dan stasiun pembangkit listrik, peralatan analitis, semikonduktor, kompresi udara dan pendinginan gas. Chiller "uga digunakan untuk mendinginkan panas yang tinggi, barang khusus seperti mesin +2; dan laser, dan di rumah sakit, hotel dan kampus. #ada dasarnya ada empat "enis kompresor yang digunakan dalam pendingin kompresi uap, yaitu reciprocating kompresi, gulir kompresi, sekrup'didorong kompresi, dan sentrifugal kompresi semua mesin mekanik yang dapat didukung oleh motor listrik , uap , atau turbin gas . lat 8 alat tersebut menghasilkan efek pendinginan mereka melalui = reverse-Rankine siklus =, "uga dikenal sebagai >uap' compression>. alam beberapa tahun terakhir, aplikasi ariable !peed "rive (?S) teknologi telah meningkatkan efisiensi pendingin kompresi uap. 0he ?S pertama diterapkan untuk pendingin kompresor sentrifugal pada akhir tahun $@A dan telah
men"adi norma sebagai biaya energi meningkat. Sekarang, ?S sedang diterapkan untuk sekrup rotar# dan kompresor gulir teknologi. #endingin adsorpsi didorong oleh air panas. ir panas ini dapat berasal dari se"umlah sumber industri termasuk limbah panas dari proses industri, panas utama dari instalasi panas matahari atau dari knalpot atau air panas "aket mesin piston atau turbin. #rinsip adsorpsi didasarkan pada interaksi antara gas dan padatan. engan pendinginan adsorpsi, interaksi molekul antara padat dan gas memungkinkan gas yang akan terserap ke dalam solid . 2uang adsorpsi Chiller diisi dengan bahan padat, gel silika, menghilangkan kebutuhan untuk memindahkan bagian dan menghilangkan kebisingan yang terkait dengan bagian'bagian bergerak. !ilika gel menciptakan kondisi kelembaban yang sangat rendah yang menyebabkan pendingin air menguap pada suhu rendah. Ketika air menguap di evaporator , ini mendinginkan air pendingin. #enggunaan pengering silika gel dapat men"adabiaya pemeliharaan dan biaya operasi dari pendingin adsorpsi rendah. Siklus termodinamika chiller absorpsi didorong oleh sumber panas, panas ini biasanya dikirimkan ke Chiller melalui uap, air panas, atau pembakaran . ibandingkan dengan pendingin bertenaga listrik, alat ini sangat rendah kebutuhan daya listrik ' sangat "arang di atas $% k6 konsumsi gabungan untuk kedua solusi dan pompa pompa pendingin. g. 9urnace 9urnace merupakan dapur pemanas yang berfungsi untuk memanaskan minyak mentah sampai suhu tertentu. i sini maksimal suhu yang diperbolehkan adalah %o!, karena bila lebih dari %o! dapat ter"adi proses cracking atau rengkahan yang besar pada minyak bumi tersebut. /umlah furnace di kilang #usdiklat +igas !epu ada 4 buah yang dipasang secara paralel. 0iga buah dioperasikan untuk memanaskan minyak mentah dan $ buah untuk cadangan, yang baru dioperasikan bila salah satu furnace ter"adi kerusakan.
$urnace sendiri sering di analogikan dengan furnace sebagai keperluan industri yang digunakan untuk banyak hal, seperti pembuatan keramik, ekstraksi logam dari bi"ih ( smelting ) atau di kilang minyak dan pabrik kimia lainnya, misalnya sebagai sumber panas untuk kolom distilasi fraksional dapun bahan bakar yang paling umum untuk furnace modern adalah gas alam, termasuk B# (liquefied petroleum gas), bahan bakar minyak, batu bara atau kayu. alam beberapa kasus pemanasan resistensi listrik "uga sering digunakan sebagai sumber panas, "ika sa"a biaya listriknya rendah furnace yang dibakar dengan minyak bakar hampir seluruhnya menggunakan minyak, terutama untuk pemanasan kembali dan perlakuan panas bahan. #rinsip ker"a furnace adalah memanaskan sampel dengan memasukkan ke dalam ruang pemanas yang didalamnya terdapat filamen'filamen pemanas, termokouple dan alumina. 9ilamen'filamen pemanas tersebut diberi tegangan sehingga menimbulkan panas yang menyebabkan termokouple : sensor suhu dapat beker"a.panas yang dihasilkan tersebut merambat secara radiasi menu"u sampel. inding furnace diberi alumina agar tahan terhadap suhu tinggi dan sampel tidak terbakar, terdapat fire gate di bagian ba*ah sebagai alas bahan bakar dan yang sekelilingnya adalah pipa'pipa air ketel yang menempel pada dinding tembok ru ang pembakaran yang menerima panas dari bahan bakar secara radiasi, konduksi, dan kon-eksi. imensi furnace dan kemampuan menghasilkan panasnya dapat ditentu kan berdasarkan perhitungan sesuai fungsi dan kebutuhannya. +isalkan furnace untuk kebutuhan pembangkit listrik sudah barang tentu memerlukan dimensi yang besar. Karena untuk menghasilkan uap melalui boiler diperlukan energi panas yang besar pula. +aterial furnace "uga ditentukan sesuai dengan kebutuhan dan energi apa yang akan digunakannya. &isa menggunakan dinding terbuat dari plat dengan isolasi ceramic fiber , atau menggunakan dinding bata tahan api. $urnace secara luas dibagi
men"adi dua "enis berdasarkan metoda pembangkitan panasnya furnace pembakaran yang menggunakan bahan bakar, dan furnace listrik yang menggunakan listrik. $urnace pembakaran dapat digolongkan men"adi beberapa bagian, "enis bahan bakar yang digunakan, cara pemuatan bahan baku, cara perpindahan panasnya dan cara pemanfaatan kembali limbah panasnya. 0etapi, dalam prakteknya tidak mungkin menggunakan peng golongan ini sebab furnace dapat menggunakan berbagai "enis bahan bakar, cara pemuatan bahan ke furnace yang berbeda. h. ?apori3er Secara umum vapori%er digunakan untuk menguapkan cairan. 7ap yang dihasilkan digunakan untuk proses kimia, bukan sebagai sumber panas seperti halnya steam dan menggunakan elemen pemanas listrik. apori%er adalah salah satu komponen dari mesin anestesi yang berfungsi untuk menguapkan 3at anestesi cair yang mudah menguap. lat ini dilengkapi dengan angka penun"uk (dial) yang berfungsi untuk mengatur besar kecil konsentrasi 3at anestesi yang keluar. nestetik -olatil (Seperti halothan, isoflurane, desflurane atau sevoflurane) harus diuapkan sebelum diberikan ke pasien. apori%er mempunyai knob yang dikalibrasikan untuk konsentrasi yang secara tepat menambahkan anestetik -olatil ke campuran aliran gas dari seluruh flowmeter . 0erletak antara flowmeter dan common gas outlet . Bebih lan"ut, kecuali mesin hanya bisa menampung satu vapori%er , semua mesin anestesi harus mempunyai alat inter locking atau ekslusi untuk mencegah penggunaan lebih dari satu vapori%er secara bersamaan. #rinsip ker"a cairan diumpankan ke dalam vapori%er kemudian dipanaskan dengan suatu media pemanas (umpan tidak kontak langsung dengan media pemanas). &iasanya tidak semua umpan dapat teruapkan dengan sempurna. #roduk yang dihasilkan (uap dan cairan) dipisahkan dalam suatu tangki pemisah. 7ap yang dihasilkan kemudian digunakan untuk proses selan"utnya, cairan yang tidak menguap
di rec#cle kembali. #ada temperatur tertentu, melekul dari 3at -olatil dalam tempat tertutup akan berdistribusi dalam fase cair dan gas. +olekul gas menghantam dinding kontainer, menciptakan tekanan uap dari 3at itu. +akin tinggi temperaturnya, makin tinggi kecendrungan molekul berubah dari cair ke gas, dan makin tinggi tekanan uapnya. #enguapan memerlukan energi, yang didapat dari kehilangan panas dari fase cair. Ketika penguapan berlangsung, temperatur 3at cair turun dan tekanan uap menurun hingga terdapat kalor yang dapat masuk ke sistem. apori%er memiliki ruangan dimana gas pemba*a akan larut bersama 3at -olatil. i.
&oiler Salah satu peralatan yang sangat penting di dalam suatu pembangkit tenaga
listrik adalah &oiler (Steam enerator) atau yang biasanya disebut ketel uap. lat ini merupakan alat penukar kalor, dimana energi panas yang dihasilkan dari pembakaran diubah men"adi energi potensial yang berupa uap. 7ap yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi inilah yang nantinya digunakan sebagai media penggerak utama turbin uap. Energi panas diperoleh dengan "alan pembakaran bahan bakar di ruang bakar. &oiler merupakan be"ana bertekanan dengan bentuk dan ukuran yang didesain untuk menghasilkan uap panas atau steam. Steam dengan tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. #roses perubahan air men"adi uap ter"adi dengan memanaskan air yang berada didalam pipa'pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. #embakaran dilakukan secara kontinyu didalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar. 7ap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. /umlah produksi uap tergantung pada luas permukaan pemindah panas, la"u aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. #ada unit pembangkit, boiler "uga biasa disebut dengan steam generator (pembangkit uap) mengingat arti kata boiler hanya pendidih, sementara pada kenyataannya dari boiler dihasilkan uap superheat bertekanan tinggi.
#ada dasarnya boiler adalah suatu *adah yang berfungsi sebagai pemanas air, dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. ir adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. /ika air didihkan sampai men"adi steam, -olumenya akan meningkat sekitar $C kali dari -olume sebelumnya dan menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dengan baik. &ahan bakar yang digunakan untuk memanaskan boiler bisa berupa gas, minyak dan batu bara. i ;ndonesia bahan bakar yang umum untuk digunakan pada kehidupan sehari'hari adalah solar.
".
ouble #ipe Exchanger ouble #ipe Exchanger adalah suatu peralatan penukar panas yang tersusun dari
tube atau pipa ganda secara konsentris satu berdiameter lebih kecil dari lainnya (tube dalam tube).7mumnya ouble #ipe Exchanger berbentuk hairpin (dua kaki yang dihubungkan), tetapi ada "uga -arian lainnya seperti multitube hairpin. ouble #ipe Exchanger adalah termasuk alternati-e HE yang murah karena dapat dirangkai dengan pipa'pipa standar. Karena konfigurasinya, HE ini dapat mengatasi fluida bertekanan tinggi pada sisi tube (potensi bocor rendah karena tidak seperti Shell D 0ube yang membutuhkan pertisi untuk pass'stream yang membutuhkan gasket). Selain itu dalam rangka pembersihan. Selain itu, dibandingkan HE "enis lain, alat ini mempunyai pendekatan lintas suhu counter'current murni. Salah satu kekurangannya yang cukup prinsip adalah rendahnya area permukaan perpindahan panas. k. irfin !ooler irfin !ooler adalah suatu alat pendingin fluida proses dengan menggunakan udara yang dialirkan menggunakan fan. #ertimbangan pemilihan HE "enis ini adalah murah dibandingkan harus menggunakan Shell D 0ube Exchanger. #erbandingannya harus secara keseluruhan, karena dengan membangun irfin !ooler, maka fasilitas pelengkap lain tidak diperlukan. Sedangkan penggunaan Shell D 0ube Exchanger, berarti harus menyiapkan sarana air pendingin dalam "umlah besar, yang berarti penambahan secara cooling to*er, bahan kimia, system perpipaan dengan instrumentasi dan kontrolnya, pompa, dan lain'lain. Secara ekonomis bila area memungkinkan, maka instalasi irfin !ooler "auh lebih baik, karena hanya membutuhkan tambahan suplai listrik untuk po*er fan. Selain itu kualitas udara relati-e "auh lebih bersih dari air pendingin, sehingga biaya maintenance untuk cleaning "auh berkurang. irfin !ooler terdiri dari serangkaian tube bundle, dimana masing'masing tube diberi lilitan spiral sirip metal (fin). 7dara sebagai media pendingin dihembuskan dengan fan yang digerakkan oleh motor listrik. #osisi fan dapat diatas (induced) atau diba*ah
(forced) tube bundle. alam aplikasinya irfin !ooler banyak digunakan sebagai cooler dan condenser (top -apour stream distillation column). Bokasi irfin !ooler harus cukup luas agar udara dapat bersirkulasi dengan baik, umumnya diletakkan di atas pipe'rack.
