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

ii

iii

iv

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

5. Almamater Universitas Negeri Semarang

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.

Kata kunci: Stirena monomer, Heat exchanger, Shell and tube heat exchanger

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

3.3 Diagram Alir Perancangan Heat Exchanger .......................................... 18

ix

3.4 Prosedur Perancangan Shell and Tube Heat Exchanger ............................ 20

BAB IV ................................................................................................................. 23

HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 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

DAFTTAR PUSTAKA ......................................................................................... 36

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 2.3 Pola 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 2.10 Jenis-jenis baffle untuk STHE .................................................... 13

Gambar 2.11 Spesifikasi shell side .................................................................. 15

Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Penelitian ...................................................... 19

Gambar 4.1 Heat Exchanger (E-02) ................................................................... 24

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

Tabel 4.4 Data Konduktivitas Thermal 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.

b. Konveksi

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.