performance combution air preheater 61-101-bl
"PERFORMANCE COMBUSTION AIR PREHEATER 61-101-BL"
1. Latar Belakang Tugas Khusus
Di dalam industri yang menggunakan proses kimia masalah perpindahan energi atau panas adalah hal yang sangat sering dilakukan. Maka dapat dikatakan bahwa unit heat exchanger merupakan salah satu urat nadi proses di lingkungan industri yang sangat diperlukan sebagai sarana perpindahan panas. Salah satu contoh industri yang memanfaakan heat exchanger sebagai alat penukar panas adalah industri pengolahan pupuk urea dengan bahan baku amoniak (NH3) dan gas CO2.
Pada industri pengolahan pupuk urea dan amonia salah satu kegunaan heat exchanger adalah pada tahap pemanasan. Heat exchanger digunakan sebagai alat pendukung untuk memanaskan atau meningkatkan suhu aliran yang akan diproses pada alat-alat utama tersebut. Salah satu heat exchanger yang digunakan pada tahap ini adalah combustion air preheater .
Salah satu faktor yang mempengaruhi perpindahan panas pada heat exchanger adalah fouling factor(Rd). Koefisien transfer panas overallheat exchanger sering berkurang akibat adanya timbunan kotoran (fouling) pada permukaan transfer panas yang disebabkan oleh sedimentasi, karat dan sebagainya. Kotoran ini bisa terjadi pada permukaan kedua dinding. Fouling adalah akumulasi endapan yang tidak diiinginkan pada permukaan perpindahan panas. Fouling dapat menyebabkan pengurangan cross sectional area (luas penampang melintang) dan meningkatkan pressure drop sehingga dibutuhkan energi ekstra. Fouling factor menandakan ketahanan suatu heat exchanger terhadap pengotor.
3. Tujuan Tugas Khusus
Adapun tugas khusus ini adalah :
1. Mempembelajari Kinerja Combustion Air preheater 61-101-DL
2. Mengetahui perbedaan alat penukar panas Plat Heat Exchanger dan Tube Heat Exchanger.
3. Menghitung panas ( kalor ) pada combustion air preheater.
4. Batasan Masalah
Dalam menyelesaikan laporan ini, penulis akan menghitung panas ( kalor ) pada Combustion Air Preheater (61-101-BL) pada AMMONIA II.
5. Landasan Teori
5.5.1 Performance Combustion Air Preheater
Pembakaran (Combustion) adalah serangkaian reaksi-reaksi kimia eksotermal antara bahan bakar dan oksidan berupa udara yang disertai dengan produksi energi berupa panas dan konversi senyawa kimia. Pelepasan panas dapat mengakibatkan timbulnya cahaya dalam bentuk api. Bahan bakar yang umum digunakan dalam pembakaran adalah senyawa organik, khususnya hidrokarbon dalam fasa gas, cair atau padat. Pembakaran yang sempurna dapat terjadi jika ada oksigen dalam prosesnya. Oksigen (O2) merupakan salah satu elemen bumi paling umum yang jumlahnya mencapai 20.9% dari udara (http://maxxtec.com, 2014).
Bahan bakar padat atau cair harus diubah ke bentuk gas sebelum dibakar. Biasanya diperlukan panas untuk mengubah cairan atau padatan menjadi gas. Bahan bakar gas akan terbakar pada keadaan normal jika terdapat udara yang cukup. Hampir 79% udara (tanpa adanya oksigen) merupakan nitrogen, dan sisanya merupakan elemen lainnya. Nitrogen dianggap sebagai pengencer yang menurunkan suhu yang harus ada untuk mencapai oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran. Nitrogen mengurangi efisiensi pembakaran dengan cara menyerap panas dari pembakaran bahan bakar dan mengencerkan gas buang. Nitrogen juga mengurangi transfer panas pada permukaan alat penukar panas, juga meningkatkan volume hasil samping pembakaran, yang juga harus dialirkan melalui alat penukar panas sampai ke cerobong.
Gambar 1. Combustion air preheater
Nitrogen ini juga dapat bergabung dengan oksigen (terutama pada suhu nyala yang tinggi) untuk menghasilkan oksida nitrogen (NOx), yang merupakan pencemar beracun. Karbon, hidrogen dan sulfur dalam bahan bakar bercampur dengan oksigen di udara membentuk karbon dioksida, uap air dan sulfur dioksida, melepaskan panas masing-masing 8.084 kkal, 28.922 kkal dan 2.224 kkal.Pada kondisi tertentu, karbon juga dapat bergabung dengan oksigen membentuk karbon monoksida, dengan melepaskan sejumlah kecil panas (2.430 kkal/kg karbon). Karbon terbakar yang membentuk CO2 akan menghasilkan lebih banyak panas per satuan bahan bakar daripada bila menghasilkan CO atau asap.
Gambar 2. Air Heater
Pembakaran adalah suatu reaksi kimia antara bahan bakar dan oksigen yang menghasilkan panas. Dengan empat kebutuhan pembakaran yaitu bahan bakar, oksigen, panas, dan suatu reaksi kimia. Dapat diilustrasikan dengan penggunaan piramida pembakaran. Jika semua kebutuhan pembakaran ada, pembakaran terjadi, dan apabila salah satu kebutuhan hilang, maka pembakaran berhenti. Jumlah panas yang diserap atau dilepaskan selama reaksi kimia berlangsung disebut dengan panas raksi.
Heat Exchanger atau sering kita sebut Alat Penukar Panas merupakan alat yang berfungsi untuk memindahkan energi panas antara dua atau lebih fluida dan terjadi pada temperatur yang berbeda antara fluida, dimana fluida tersebut ada yang bertindak sebagai fluida panas (hot fluid) dan yang lain bertindak sebagai fluida dingin (cold fluid)(http://jepjourney.blogspot.com, 2013)
Heat Exchanger dapat digunakan sebagai pemanas (regenerator) maupun sebagai pendingin (recuperator) tergantung pada tinjauan perpindahan panas yang terjadi. Alat pemindah panas sangat dibutuhkan sekali dalam suatau proses produksi didalam suatu pabrik yang banyak menggunakan panas. Sehingga perlu didiesain agar mendapatkan spesifikasi yang tepat didalam suatu perpindahan panas, namun ada juga alat pemindah panas tersebut sudah tersedia sehingga perlu adanya evaluasi agar penggunaan bisa optimal. Pada umumnya perpindahan panas dapat berlangsung melalui 3 cara yanitu (Onny, 2011 ) :
a. Konduksi ( hantaran )
Konduksi merupakan perpindahan panas antara molekul-molekul yang berdekatan antar yang satu dengan yang lainnya dan tidak diikuti oleh perpindahan molekul-molekul tersebut secara fisik. Molekul-molekul benda yang panas bergetar lebih cepat dari pada molekul-molekul benda yang berada dalam keadaan dingin. Getaran-getaran yang cepat ini, tenagany dilimpahkan kepada molekul di sekelilingnya sehingga menyebabkan getaran yang lebih cepet maka akan memberikan panas.
b. Konveksi (aliran)
Konveksi yaitu perpindahan panas dari suatu zat ke zat yang lain disertai dengan getaran partikel atau zat tersebut secara fisik. Panas dipindahkan oleh molekul-molekul yang bergerak (mengalir). Oleh karena adanya dorongan bergerak,disini kecepatan gerakan (aliran)memengang peranan penting. Konveksi hanya terjadi pada fluida.
c. Radiasi (pancaran)
Radiasi yaitu 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 elerktromagnetik ini berubah menjadi panas jika terserap oleh benda lain.
5.5.4 Heat Exchanger Tipe Plate (Plat)
4.4.4 Heat Exchanger Tipe Plate (Plat)
Heat exchanger tipe ini menggunakan plat tipis sebagai komponen utamanya. Plat yang digunakan dapat berbentuk polos ataupun bergelombang sesuai dengan desain yang dikembangkan. Heat exchangerjenis ini tidak cocok untuk digunakan pada tekanan fluida kerja yang tinggi, dan juga pada diferensial temperatur fluida yang tinggi pula. Berikut adalah beberapa jenis heat exchanger tipe plat:
a. Heat exchanger tipe plate gasket
Prinsip kerja dari Heat exchanger tipe plat gasket ini yaitu aliran dua atau lebih fluida kerja diatur oleh adanya gasket-gasjet yang didesain sedemikian rupa sehingga masing-masing fluida dapat mengalir diplat-plat yang berbeda.
Gambar 3. Heat exchanger plate tipe gasket
b. Spiral plate heat exchanger
Heat exchanger tipe ini menggunakan desain spiral pada susunan platnya, dengan mengunakan sistem sealing las. Aliran dua fluida didalam heat exchanger tipe ini dapat berbentuk (1) dua aliran fluida spiral mengalir berlawana arah (counterflow), (2) stu fluida mengalir spriral dan yang lainya bersilangan dengan fluida pertama (crossflow), (3) satu fluida mengalir secara spiral dan yang lainnya mengalir secara combinasi antara spiral dengan crossflow.
Gambar 4. Spiral plate heat exchanger
5.5.5 Heat exchanger tipe shell & tube
Heat exchanger tipe shell & tube menjadi satu tipe yang paling mudah dikenal. Tipe ini melibatkan tube sebagai komponen utamanya. Salah satu fluida mengalir di dalam tube, sedangkan fluida lainnya mengalir di luar tube. Pipa-pipa tube didesain berada di dalam sebuah ruang berbentuk silinder yang disebut dengan shell, sedemikian rupa sehingga pipa-pipa tubetersebut berada sejajar dengan sumbu shell.Tipe pemanas udara tubular , energi ditransfer dari gas buang panas mengalir di dalam banyak tabung berdinding tipis ke cold combustion yang mengalir di luar tabung. Unit ini terdiri dari kumpulan tabung lurus yang coilnya diperluas atau dilas ke tubesheets dan tertutup dalam casing baja. casing berfungsi sebagai pelindung untuk udara luar atau gas yang keluar dari tabung dan memiliki dua saluran masuk udara dan gas dan bukaan stopkontak.
Pada tabung yang ber jenis vertikal yang terdiri dari tubesheet atas atau bawah sementara yang lain (floating) tubesheet bebas bergerak didalam casing. sebuah ekspansi bersama antara lapisan tabung mengambang dan casing memberikan segel udara / gas. piring baffle menengah sejajar dengan tubesheets sering digunakan untuk memisahkan tingkat jalur aliran dan menghilangkan masalah aliran didalam tabung yang disebabkan oleh getaran. baja karbon atau tabung yang berbahan tahan korosi yang digunakan dalam tabung yang berkisar 38-102 mm dan memiliki ketebalan dinding 1,24 -untuk 3.05 mm. diameter yang lebih besar, tabung pengukur berat yang digunakan ketika potensi tabung plugging dan korosi. pengaturan aliran yang paling umum adalah counterflow dengan gas yang mengalir secara vertikal melalui tabung dan udara yang mengalir secara horizontal dalam satu atau lebih yang mengalir diluar tabung. Berbagai gas dan jalur udara pengaturan tunggal dan beberapa digunakan untuk menampung layout pabrik. Desain sering mencakup ketentuan-ketentuan untuk memisahkan udara dingin atau resirkulasi udara panas untuk mengontrol penyebab korosi dan debu pencemaran.
Gambar 5. Heat exchanger tipe shell & tube
a) Satu jalur shell, satu jalur tube
b) Satu jalur shell, dua jalur tube
a. Bagian – bagian yang terdapat dalam tipe Shell and Tube Heat Exchanger:
Secara keseluruhan komponen utamapenyusun shell and tube heat exchanger adalah :
1. Shell
Biasanya berbentuk slinder yang berisi tube bundle sekali gusSebagai wadaha mengalirnya zat.
2. Head stationer
Head stationer merupakan salah satu bagian ujung dari penukar panas. Pada bagian ini terdapat saluran masuk fluida yang mengalir kedalam tube.
3. Head bagian belakang
Head bagian belakan ini terletak diujung lain dari alat penukar panas.
4. Sekat ( baffle )
Sekat digunakan untuk membelokan atau membagi aliran dari fluida dalam alat penukar panas. Untuk menemukan sekat diperlukan pertimbangan teknis dan operasional. Macam-macam baffle yaitu :
Ø Horizontal cut buffle
Baik untuk semua fasa gas atau fasa liquit dalam shell baik ada disolves gas dalam liquid yang dapat dilepaskn heat exchanger maka perlu diberi ‘ notches’ dalam buffle.
Ø Vertical cut buffle
Ø Baik untuk liquid yang membawa suspended matter atau yang heavy fouling fluida
5. Tube
Tube merupakan pemisahan dan sebagai pengantar panas yng berbeda suhunya diantara dua zat yang berada didalam sutu alat. Pemilihan tube iniharus sesui dengan suhu , tekanan, dan korosi fluida yang mengalir. Tube ada dua macam, yaitu :
Ø Tube polos (bare tube)
Ø Tube bersirip (finned tube)
6. Tube sheet
Berfungsi sebagai tempat duduk tube bundle pada shell.
7. Channel and pass partition
Chennel merupakan tempat keluar masuk fluidapada tube,sedangkan pass partition merupakan pembatas antara fluida yang masuk dan keluar tube.
8. Shell cover and chennel cover
Shellcover and chennelcover adalah tutup yang dapat dibuka pada saat pembersihan.
5..5.6 Analisa kinerja udara pemanas
Preheater udara penukar panas untuk memanaskan atau pemanasan udara dari udara pembakaran dengan menggunakan gas buang, uap, air atau minyak panas. preheaters udara digunakan ketika suhu knalpot dari sistem pembakaran yang sangat tinggi. Pemanas udara adalah komponen terakhir perpindahan panas sebelum masuk ke cerobong. Dalam proses ini terjadinya flue gas. Flue gas adalah gas buang yang tidak terpakai(di furnace) keluar melalui cerobong pipa furnace. komposisi gas yang keluar tergantung pada proses tersebut, biasanya sebagian besar adalah nitrogen, carbon dioksida, uap air dan oksigen berlebih yang tersisa dari udara intek pembakara.
Untuk pemanas udara, laju perpindahan panas ditentukan sebagai berikut:
q = mg Cp (T1-T2)......................................................................... .................. (1)
Dimana :
q = tingkat perpindahan panas, Kcal / hr
mg = laju aliran massa dari gas buang, kg / hr
Cp = Perkiraan rata-rata panas spesifik dari gas, KJ / kg K
T1 = temperatur Gas memasuki pemanas udara, ° C
T2 = Asumsi suhu udara pemanas keluar, ° C
Untuk sisi udara, kenaikan suhu adalah:
T2 '= T1' + q / (m Cp) ................................................................... .................. (2)
Dimana :
T1 '= Air suhu memasuki pemanas udara, ° C
T2 '= Air suhu meninggalkan udara pemanas, ° C
Q = tingkat perpindahan panas, Kcal / hr
ma = laju aliran massa udara, kg / hr
Cp = Perkiraan rata-rata panas spesifik udara, KJ / kg K
sumber : engineering.chemical.com//
Comments
Post a Comment