NAMA : Dian Mustika Uwete / 121130244 Yuyut setyaningsih / 121130008
TUGAS HEAT INTEGRATION
Heat integration merupakan salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi konsumsi energi yang saat ini semakin meningkat, sedangkan cadangan energi dunia saat ini terus menurun. Pada heat integration, energi yang tidak terpakai pada suatu system dimanfaatkan untuk system yang lain. Salah satu contoh adalah dengan menggunakan panas dari arus steam bersuhu tinggi untuk memanaskn cairan yang suhunya lebih rendah. Metode dalam heat integration yang paling mudah adalah teknologi pinch. Teknologi ini menganalisa nilai termodinamika dari arus-arus yang ada, sehingga bisa ditentukan bagaimana memanfaatkan panas yang terbuang dari arus-arus tersebut secara efisien. Teknologi ini biasanya dipakai untuk jaringan heat exchanger, menara distilasi, ataupun system utilitas. Dalam industri, arus-arus yang masuk dan keluar setiap alat memiliki syarat kondisi suhu tertentu. Untuk mencapai kondisi suhu target yang diinginkan baiasanya dalam industri digunakan steam sebagai pemanas dan cooling water sebagai pendingin. Namun, dengan saling mengintegrasikan arus-arus keluar masuk alat, arus-arus tersebut bisa saling mendinginkan atau memanaskan sehingga kebutuhan steam dan cooling water bisa dikurangi. Dengan menggunakan metode pinch dapat ditunjukkan mana arus panas yang perlu didinginkan dan arus dingin yang perlu dipanaskan. Dalam metode pinch terdapat nilai suhu yang disebut pinch point yang merupakan titik optimum pada desain proses, dimana arus dengan nilai suhu yang berada di atas pinch point merupakan sumber panas, sementara yang
berada di bawah pinch point merupakan arus yang membutuhkan panas. Arus yang merupakan sumber panas bisa dipakai untuk memanaskan arus dingin dan sebaliknya arus dingin bisa dipakai untuk mendinginkan arus panas dengan memasang heat exchanger pada kedua arus tersebut. Dengan metode pinch bisa ditentukan arus mana saja yang bisa dihubungkan dengan heat exchanger dan seberapa banyak transfer panas yang terjadi pada heat exchanger tersebut untuk mendapatkan
jaringan
heat
exchanger
yang
paling
optimum
untuk
memanfaatkan panas dari arus-arus tersebut. Analisa metode pinch mula-mula dilakukan dengan menentukan arus-arus mana saja yang akan saling diintegrasikan. Kemudian arus-arus tersebut dipisahkan menjadi dua yaitu arus yang membutuhkan pemanasan dan arus yang membutuhkan pendinginan. Kemudian ditentukan heat capacity flow rate (CP) tiap arus : CP = Cp x F Dimana : CP = heat capacity flow rate, W/oC Cp = specific heat capacity,W/ oC kg F = flow rate ,kg/s Selanjutnya perlu ditentukan pinch point. Untuk menentukan titik pinch point mula-mula perlu dibuat tabel analisa algoritma untuk masing-masing nilai suhu. Kemudian diambil beda suhu minimum (ΔTmin), sehingga didapat nilai T*s dan T*t untuk masing-masing arus dengan ketentuan : Untuk hot stream : T*s = T- ΔTmin/2 Untuk cold stream : T*h = T+ ΔTmin/2
Kemudian dibuat tabel cascade dengan menghitung nilai heat deficit dari tiap-
tiap interval suhu, sehingga dapat ditentukan nilai pinch point yaitu pada interval suhu dimana nilai heat deficit paling besar (penggunaan energi target minimum,ΔH=0). Selanjutnya dapat dirancang rangkaian heat exchanger untuk memenuhi kebutuhan energi pada masing-masing arus dengan aturan sebagai berikut : 1. Membagi arus menjadi 2 bagian yaitu bagian atas pinch dan bagian bawah pinch. 2. Memulai rangkaian HE dari pinch point. Bertujuan agar kebutuhan energi untuk heater/cooler minimum. 3. Pemasangan HE menghubungkan hot stream dan cold stream dengan syarat : Untuk bagian atas pinch CP hot ≤ CP cold Untuk bagian bawah pinch CP hot ≥ CP cold 4. Memaksimalkan beban HE. 5. Heater hanya diberikan pada bagian atas pinch dan cooler hanya pada bagian bawah pinch.
Dari penjelasan tersebut dapat disimpulkan langkah-langkah penyusunan heat integration adalah sebagai berikut : 1. Identifikasi arus-arus panas dan dingin dari proses flow diagram. 2. Membuat tabel analisa algoritma. 3. Membuat tabel cascade. Dari tabel ini bisa diketahui nilai suhu yang menjadi pinch point. 4. Evaluasi rangkaian HE sesuai aturan diatas.
Heat integration dapat diterapkan dalam berbagai industri kimia. Misalnya pada unit produksi amonia. Heat integration dapat menghemat energi yang sangat besar, selain itu juga dapat untuk menghemat kebutuhan steam pemanas dan cooling agent yang tentunya berarti penghematan biaya operasional pabrik tersebut.
Keuntungan
utama
dari
proses
integrasi
adalah
untuk
mempertimbangkan sistem secara keseluruhan (yaitu pendekatan terpadu atau holistik) dalam rangka meningkatkan desain dan / atau operasi mereka. Sebaliknya, pendekatan analitis akan berusaha untuk meningkatkan atau mengoptimalkan
unit
proses
secara
terpisah
tanpa
harus
mengambil
keuntungan dari potensi interaksi di antara mereka. Misalnya, dengan menggunakan teknik integrasi proses itu mungkin untuk mengidentifikasi bahwa suatu proses dapat menggunakan panas ditolak oleh unit lain dan mengurangi konsumsi energi secara keseluruhan, bahkan jika unit tidak berjalan pada kondisi optimum sendiri. Seperti kesempatan akan terjawab
dengan
pendekatan
analitis,
karena
akan
berusaha
untuk
mengoptimalkan setiap unit, dan setelah itu tidak akan mungkin untuk kembali menggunakan panas internal. Biasanya, teknik integrasi proses dipekerjakan pada awal proyek (misalnya pabrik baru atau perbaikan dari yang sudah ada) untuk menyaring pilihan menjanjikan untuk mengoptimalkan desain dan / atau pengoperasian pabrik proses. Juga sering digunakan, dalam hubungannya dengan simulasi dan optimasi matematika alat untuk mengidentifikasi peluang untuk lebih mengintegrasikan
sistem (baru atau yang sudah ada) dan mengurangi modal dan / atau biaya operasi. Kebanyakan teknik integrasi proses mempekerjakan analisis Pinch atau Pinch Alat untuk mengevaluasi beberapa proses sebagai keseluruhan sistem. Oleh karena itu, tegasnya, kedua konsep tidak sama, bahkan jika dalam konteks tertentu mereka digunakan secara bergantian. Review oleh Nick Hallale (2001) menjelaskan bahwa di masa depan, beberapa tren yang diharapkan di lapangan. Di masa depan, tampaknya mungkin bahwa batas antara target dan desain akan kabur dan bahwa ini akan berdasarkan informasi yang lebih struktural mengenai jaringan proses. Kedua, ada kemungkinan bahwa kita akan melihat berbagai aplikasi yang lebih luas dari proses integrasi. Masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan di daerah pemisahan, tidak hanya dalam sistem distilasi yang kompleks, tetapi juga dalam jenis campuran dari sistem pemisahan. Ini termasuk proses yang melibatkan padatan, seperti flotasi dan kristalisasi. Penggunaan teknik integrasi proses untuk desain reaktor telah melihat kemajuan pesat, namun masih dalam tahap awal. Ketiga, generasi baru perangkat lunak diharapkan. Munculnya perangkat lunak komersial untuk integrasi proses merupakan dasar untuk aplikasi yang lebih luas dalam proses desain. integrasi proses panas berarti panas yang sebelumnya mendingin pulih dan digunakan kembali dalam operasi unit lain. Dengan proses langsung integrasi panas, panas ditransfer langsung dari satu aliran proses yang lain dalam penukar panas tunggal. Dua aliran harus cukup dekat satu sama lain, dan ada tidak boleh ada bahaya yang terlibat jika aliran campuran dalam kasus kebocoran.
Hasilnya
adalah
beban
berkurang
pada
kedua
pemanasan
dan
pendinginan sistem utilitas. Ada banyak contoh di pabrik kimia di mana proses integrasi langsung panas dapat dimanfaatkan, misalnya:
Di kilang, panas dari beberapa aliran limbah dapat digunakan untuk memanaskan minyak mentah.
Pemanasan awal nafta atau gas umpan di steam reformer.
Pemanasan awal dari pakan dalam membakar pemanas.
Pemanasan awal air mill dan klorin dioksida di pabrik pulp kimia.
integrasi kolom di distilasi bertingkat.
Contoh 1. Umpan pemanasan di awal langsung membakar pemanas / tungku Dalam contoh ini panas dari aliran gas proses pulih dan digunakan untuk pemanasan awal gas umpan dari pemanas dibakar langsung. Sebuah shell-dantabung digantikan oleh penukar panas kompak, meningkatkan pemulihan panas dan mengurangi konsumsi gas. Hasilnya adalah peningkatan pemulihan panas dengan 1,7 MW (5,814 MMBtu / jam).
Before
2. Evaporator
After
tang ki
HE
reactor
Sistem integrasi panas pada alat yang digunakan:
Reactor adalah analisis awal tentang integrasi panas reaktor kimia, sebelum menerapkan analisis pich-pich point untuk keseluruhan flowsheet (proses yang mendekati optimum bersama dengan neraca massa yang konsisten.). Reaksi yang sangat eksotermis merupakan bagian utama yang berkenaan dengan : (1) stabilitas sistem reaksi kimia yang dihadapkan pada umpan balik dari 22 kimia yang dihadapkan pada umpan balik dari bahan-ba han dan energi, dan (2) penggunaan energi yang optimum untuk menutupi kebutuhan sendiri dan mengekspor surplus tersebut. Pada sisi lain, reaksi endotermis dibatasi oleh ketersediaan utilitas, serta dengan perangkat mahal untuk menghasilkan panas dan listrik.
