BAB I PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang Alat penukar kalor (Heat Exchanger) merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menukarkan energi dalam bentuk panas antara fluida yang berbeda temperatur yang dapat terjadi melalui kontak langsung maupun secara kontak tidak langsung. Fluida yang bertukar energi dapat berupa fluida yang sama fasanya (cair ke cair atau gas ke gas) atau dua fluida yang berbeda fasanya. Ada berbagai macam alat penukar kalor berdasarkan bentuknya anatara lain : 1. Heat Exchanger Shell dan Tube 2. Heat Exchanger Coil dan Box 3. Heat Exchanger Double dan Pipe 4. Heat Exchanger tipe Plate Alat penukar kalor sangat berpengaruh dalam industri terhadap keberhasilan keseluruhan rangkaian proses, karena kegagalan operasi alat ini baik akibat kegagalan mekanikal maupun opersional dapat menyebabkan berhentinya operasi unit. Maka suatu alat penukar kalor (Heat Exchanger) dituntut untuk memiliki kinerja yang baik agar dapat diperoleh hasil yang maksimal serta dapat menunjang penuh terhadap suatu operasional unit. Salah satu karakteristik unjuk kerja dari penukar panas ini adalah efektivitas penukar panas. Pada pengujian ini penukar kalor yang digunakan adalah Penukar Kalor tipe Plat (Plate Heat Exchanger) dengan bahan dasar graphite, Plate heat exchanger ini mempunyai kelebihan dibandingkan dengan penukar kalor tipe yang lainnya, yaitu tahan terhadap panas dan konduktor panas yang baik. Untuk mendapatkan efisiensi dari penukar panas dilakukan dengan cara meningkatkan luas permukaan perpindahan panas dan dengan jarak antar plat (rongga) yang tidak terlalu jauh. Maka dalam penelitian bertujuan untuk meneliti efektivitas dari penukar kalor (Heat Exchanger).
I.2. Rumusan Masalah Rumusan masalah pada tugas khusus ini adalah menghitung effisiensi dari Heat Exchanger. LAPORAN KERJA PRAKTEK JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
1
I.3. Tujuan Tugas Khusus Tugas khusus dari kegiatan Kerja Praktek di PT. Petrokimia Gresik ini memiliki tujuan adalah menghitung effisiensi dari Heat Exchanger
I.4. Manfaat Dari hasil analisa terhadap efisiensi pemanfaatan panas di Heat Exchanger, diharapkan dapat mengetahui kondisi kinerja Heat Exchanger dan mengetahui faktor apa saja yang berpengaruh terhadap kinerja Heat Exchanger. Diharapkan untuk jangka panjang dapat dilakukan optimalisasi di Heat Exchanger.
LAPORAN KERJA PRAKTEK JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Transfer energi dalam bentuk panas banyak terjadi dalam proses kimia. Perpindahan panas terjadi karena perbedaan temperatur dan aliran panas dari daerah yang tinggi ke daerah yang rendah. Perpindahan panas mungkin dapat terjadi oleh satu atau lebih dari mekanisme dasar dari perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. 1. Konduksi. Panas dapat dikonduksi melalui zat padat, liquid dan gas. Contohnya adalah perpindahan panas melalui dinding exchangers atau alat pendingin, pengolahan besi dan lain-lain. 2. Konveksi. Perpindahan panas melalui konveksi melibatkan perpindahan panas dan pencampuran dari element mikroskopis dari bagian hangat dan bagian dingin dari gas atau liquid. Contohnya adalah kehilangan panas dari
radiator mobil, pendinginan dari
secangkir kopi dan lain-lain. 2. Radiasi. Radiasi adalah perpindahan energi melalui suatu ruangan karena adanya gelombang elektromagnet. Contohnya adalah pemindahan panas ke bumi pemanasan fluida pada koil dari tabung furnace dan lain-lain. ( Geankoplis, 2003: 236-237) Pada proses industri perpindahan panas diantara dua fluida secara umum dikerjakan oleh alat perpindahan panas (heat exchangers). Pemindahan panas terjadi dari fluida panas ke dinding tabung oleh konveksi, melalui dinding tabung atau plate dengan konduksi lalu dengan konveksi ke fluida dingin. ( Geankoplis, 2003: 291) Type dari Heat Exchangers. 1. Double-pipe heat exchanger Double pipe exchanger ini pada dasarnya terdiri dari dua pipa konsentris, dua buah tee, sebuah return head, dan sebuah return bend. Di mana satu rangkaian ini disebut sebagai satu hairpin. Salah satu aliran fluida mengalir melalui pipa dalam , sedangkan aliran fluida lain akan lewat annulus yang berada di antara pipa dalam dan pipa luar. Arah kedua aliran fluida ini dapat dibagi menjadi dua yaitu : co-current (searah) dan counter current (berlawanan arah). LAPORAN KERJA PRAKTEK JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
3
Gambar II.1 Tipe Heat Exchanger (a) counter current flow (b) co-current flow ; (c) Shell and tube ; one shell pass and one tube pass (d) Cross-flow
Gambar II.2 Gambar perbedaan temperatur diantara proses arus panas dan dingin 2. Shell-and-tube exchangers Apabila aliran yang terjadi sangat besar maka digunakan shell-and-tube exchangers.Pada tipe ini aliran yang terjadi kontinu. Banyak tube diparalel digunakan pada waktu ada fluida yang mengalir pada tube. Tube disusun dalam sebuah kotak, aliran fluida mengalir diluar tube pada bagian shell. Fluida dingin masuk dan mengalir pada bagian tube secara pararel. Fluida panas masuk pada bagian luar tube dan mengalir secara counterflow. LAPORAN KERJA PRAKTEK JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
4
3. Cross-flow Exchangers Apabila suatu gas seperti udara dipanaskan atau didinginkan, peralatan yang digunakan biasanya adalah cross-flow exchangers. Salah satu fluida, yaitu liquid mengalir pada bagian dalam tube dan gas mengalir melalui tube bundle. ( Geankoplis, 2003: 267-268)
LAPORAN KERJA PRAKTEK JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
5
BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
III.1. HASIL PERHITUNGAN Dari hasil perhitungan didapatkan nilai effisiensi Heat Exchanger 13-E-102 sebesar 89,726 %
III.2. PEMBAHASAN Tugas Khusus dari kegiatan Kerja Praktek di PT Petrokimia Gresik Departemen Rancang Bangun ini adalah untuk menghitung effisiensi dari Heat Exchanger. Salah satu unit yang terdapat di PT Petrokimia Gresik Departemen Produksi IIB adalah Pabrik ZK dengan bahan baku asam sulfat (H2SO4) dan kalium klorida (KCl). Salah satu alat industri yang digunakan pada pabrik tersebut adalah heat exchanger E- 102 yang digunakan untuk merubah fase gas asam klorida (HCl) menjadi liquid. Dalam mendesain heat exchanger kami harus memperhatikan beberapa aspek seperti tekanan operasi, bahan, suhu dan beberapa hal lain. Tapi dalam tugas khusus ini kami ditugaskan untuk mennghitung effisiensi dan kondisi operasi yang telah ditentukan. Dalam menentukan effisiensi yang harus diketahui yaitu suhu dan flowrate yang masuk pada Heat exchanger graphite cooler. Selain itu, harus mecari nilai koefisien panas dari asam klorida dan air pada buku Kern. Setelah itu dapat menentukan nilai panas jenis yaitu dengan mengkalikan nilai flowrate yang masuk dengan koefisien panas jenis yang sudah diketahui pada buku Kern. Setelah panas jenis diketahui, maka dapat mencari nilai dari perpindahan laju panas secara aktual dan maksimal. Laju perpindahan panas aktual dapat dicari dengan cara nilai dari panas jenis larutan cold dikalikan dengan perbedaan suhu pada air pendingin. Sedangkan panas maksimal dapat dicari dengan cara nilai panas jenis larutan hot dikalikan dengan suhu masuk dari asam klorida dikurangkan dengan suhu masuk pada air pendingin. Data - data untuk mencari effiensi dari heat exchanger sudah diapat, maka dapat diketahui nilai effisiensi dengan cara nilai perpindahan laju panas aktual dibagi dengan perpindahan panas maksimal. Dan nilai effisiensi dari heat axchanger 13-E-102 sebesar 89,726 %. LAPORAN KERJA PRAKTEK JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
6
BAB III KESIMPULAN
III.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan, diperoleh spesifikasi dan dimensi Heat Exchanger untuk tipe 13-E-102. Maka, didapatkan nilai effisiensi heat exchanger tipe 13-E102 yaitu 89,726%
III.2 Saran Dari hasil diatas, perbandingan antara effisiensi pada data sheet sebesar 88% sedangkan pada perhitungan didapatkan nilai sebesar 89,726% sehingga perawatan pada alat Heat Exchanger sudah baik dan dipertahankan agar alat ini dapat berfungsi lebih lama daripada data yang sudah diketahui pada data sheet.
LAPORAN KERJA PRAKTEK JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
7
APPENDIKS
Heat Exchanger 13-E-102 Diketahui: Heat Exchanger Shell and Tube Fluida: Shell : HCl vapor Tube : Air pendingin Temperatur T1
: 320 oC = 608 oF
T2
: 58 oC = 136,4 oF
Tav
: 372,2 oF
t1
: 28 oC = 72,4 oF
t2
: 38 oC = 100,4 oF
tav
: 91,4 oF
M
: 458,446 kg/jam = 1010,7 lb/jam
Air pendingin t1 : 82,4 oF
HCl vapor T1 : 608 oF M : 37478,2 lb/jam T2
t2
: 136,4 oF
: 100,4 oF
Asumsi tipe HE 1-2 Exchanger
HCl vapor c = 0,21 btu/lb F (Fig 3. KERN) LAPORAN KERJA PRAKTEK JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
8
Q= m x cp x Δt Q = 1010.7 x 0,21 x ( 608 – 136,4) Q = 100.096 btu/hr Air pendingin c = 1 btu/lb F m = Q / (c x (t2-t1)) m = 5560,87 lb/hr
Hot Fluid (oF) 608 136,4 471,6
High Low Diff
Cold Fluid (oF) 100,4 82,4 18
Diff 507,6 54 453,6
Effisiensi Heat Exchanger Menghitung panas jenis dari HCl dan air pendingin
HCl Ch = W HCl x cp HCl = 1010.7 x 0,21 = 212,247 Btu/ hr oF
Air pendingin Cc = W Air x cp Air = 5560,87 x 1 = 5560,87 Btu/ hr oF
Menghitung laju perpindahan panas
q actual = Cc x (t2 – t1) = 5560,87 x ( 100,4 – 82,6 ) = 100096 Btu/hr
q maksimal = Ch x (T1 –t1) = 212,247 x ( 608 – 82,6 )= 111557 Btu/hr
Maka efisiensi dari heat exchanger yaitu efisiensi =
x 100 % = 89,726 %
LAPORAN KERJA PRAKTEK JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
9
