Unit Operation is a complicated thing. Here i shared a quality presentation about heat exchanger, shell and tube one
Report
Share
Report
Share
1 of 118
More Related Content
Shell and Tube Heat Exchanger
1. Heat Exchanger Shell & Tube
Kelompok 3:
1. Wahyudi Mahaputra
2. Ikhwan Mutaqqin
3. Vania Anisya Albels
4. Eka Syafei
5. M. Ilham Chairat
6. Olivia Cesarah Tarigan
7. Aula Arief
University of Indonesia
2. KONSEP STANDAR
RANGKA PRESENTASI
RULES OF
THUMB
PROSEDUR
PERHITUNGAN
SOAL
HITUNGAN
P e r a n c a n g a n A l a t P r o s e s 2 0 1 4 – K e l o m p o k 3
University of Indonesia
3. KONSEP HE SHELL & TUBE
P e r a n c a n g a n A l a t P r o s e s 2 0 1 4 – K e l o m p o k 3
University of Indonesia
5. Tujuan
STHE merupakan jenis HE
yang sangat berguna dan
banyak digunakan dalam
proses industri.
Hal ini dikarenakan, industri
membutuhkan jumlah
hairpin double pipe yang
cukup banyak.
University of Indonesia
6. Komponen Utama
1. Shell
2. Nozzles
3. Channels
4. Channel covers
5. Baffles
University of Indonesia
7. Perbandingan
Single Pass Multiple Passes
• Saat fluida dalam HE saling melewati
hanya satu kali disebut singgle pass
heat exchanger.
• Tidak dapat menyediakan heat
recovery
• Saat fluida dalam HE saling melewati
lebih dari satu kali disebut multi pass
heat exchanger.
• Untuk membuat fluida yang multiple
passes ialah menggunakan U-tube
HE dan menambah baffle.
• Contoh 1-4,1-6,1-8,2-4. Angka
pertama menunjukan jumlah shell
dan angka kedua menunjukan
jumlah passes.
University of Indonesia
11. Istilah-istilah dalam HE Shell&Tube
BAFFLE
Merupakan penyokong
agar tubes tidak bergetar
atau bergerak
Terbagi 2 tipe:
PLATE
ROD
University of Indonesia
12. PLATE BAFFLE
J e n i s B a f f l e p a d a S T H E
University of Indonesia
13. ROD BAFFLE
J e n i s B a f f l e p a d a S T H E
University of Indonesia
14. Istilah-istilah dalam HE Shell&Tube
BAFFLE CUT
Sejumlah persenan dari tinggi
yang dipotong dari keseluruhan
setiap baffle untuk
mempengaruhi aliran di dalam
shell
Salah satu parameter penting
dalam desain sebuah STHE
Pengaruhi keefisienan
perpindahan panas di shellside
Biasa digunakan sekitar 15%-40%
dari shell inside diameter
University of Indonesia
15. Effect of Baffle Cut
University of Indonesia
B a f f l e c u t m e m p e n g a r u h i a l i r a n p a d a s h e l l s i d e
16. Istilah-istilah dalam HE Shell&Tube
TUBE LAYOUT PATTERNS
Triangular
Rotated Triangular
Square
Rotated Square
Tipe 30° memberi lebih
banyak tubes dalam shell
Tipe 60° lebih bersih karena
pitch nya dekat
pitch
University of Indonesia
17. Aplikasi HE Shell&Tube
Aplikasi sangat luas
STHE jenis Heat Exchanger yang paling umum dipergunakan
pada proses Revinary, Oil and Gas, Petrochemical, dan
perusahaan-perusahaan energi
Dapat bekerja pada range T dan P yang luas
Dapat terbuat dari berbagai macam material
Banyak supplier
Well established – desain dan kode nya sudah berkembang
melalui pengalaman
Pada power plants biasanya menggunkan 2-4 STHE Desain
dikarenakan lebih simple karena aliran masuk dan keluar disisi
yang sama (economizer)
University of Indonesia
18. Aplikasi
S h e l l a n d t u b e h e a t e x c h a n g e r p a d a o i l a n d g a s i n d u s t r y
University of Indonesia
19. STANDAR HE SHELL & TUBE
P e r a n c a n g a n A l a t P r o s e s 2 0 1 4 – K e l o m p o k 3
University of Indonesia
20. Shell and Tube Heat Exchanger Standards
American
Petroleum Institute
(API)
ANSI/API Standard 660 (8th Ed)
tahun 2007
TEMA
(Tubular Exchanger
Manufactures Association)
University of Indonesia
21. Design STHE
Temperatur
Harus mempunyai
Maximum Design
Temperaute dan
Minimum Design Metal
Temperature (MDMT)
Cladding for Corrosion Allowance
Design Temperature
harus dipengaruhi oleh
shell dan tube
Ketebalan Minimum 10 mm (3/8 in)
University of Indonesia
22. Design
Tubes
Diameter minimim luar tubes harus 19.05 mm (3/4 in),
Radius rata-rata dari lengkungan-U, tidak boleh kurang dari 1.5
kali diameter luar.
University of Indonesia
23. Materials
Tubes
Integrally finned tubes of copper
alloy shall be furnished in the
annealed-temper condition, such
as described in ASTM B 359/B 359M.
Gaskets – seal mekanis yang mengisi
ruang antara dua permukaan rapat
untuk mencegah kebooran
Gaskets shall not contain asbestos.
Gasket
University of Indonesia
28. RULES OF THUMB HE SHELL & TUBE
P e r a n c a n g a n A l a t P r o s e s 2 0 1 4 – K e l o m p o k 3
University of Indonesia
29. RULE OF THUMB #1
1. Kecepatan maksimum pada shellside
Kecepatan harus dijaga tidak
terlalu cepat , hal ini ditujukan
untuk mencegah terjadinya erosi
ketika terdapat moisture dan
partikel dalam aliran.
Untuk mengurangi pressure drop yang tinggi
dapat menggunakan kecepatan aliran di bawah
maksimum pada kondisi operasi tertentu
Kecepatan pada nozzle boleh diizinkan sampai
1,2 dan 1,4 kali lipatnya
University of Indonesia
30. RULE OF THUMB #2
2. Kecepatan maksimum pada nozzle
Penurunan tekanan dalam
heat exchanger harus
selalu diperhatikan ,
terutama pada sistem yang
menggunakan aliran
bertekanan rendah
University of Indonesia
31. RULE OF THUMB #3
3. Jangan digunakan untuk menurunkan temperatur yang terlalu tinggi
Ilustrasi : pada pencairan Hidrogen dan neon
Udara (umpan dimana mengandung hidrogen dan neon), tidak
langsung didinginkan menggunakan nitrogen cair, akan tetapi
didinginkan secara bertahap dahulu, yaitu didinginkan dengan air pada
kondisi normal, lalu kemudian didinignkan menggunakan cairan nitrogen.
4. Penempatan fluida pada heat exchanger
• Fluida korosif ditempatkan pada bagian tubeside
• Fluida yang memiliki tekanan dan temperatur tinggi diletakkan dalam
tubeside
• Fluida yang memiliki kecepatan tinggi ditempatkan dalam tubeside
• Fluida yang memiliki kekotoran, ditempatkan pada bagian tubeside
• Aliran yang memiliki debit besar diletakkan pada bagian yang
berdiameter lebih besar, begitu sebaliknya
University of Indonesia
32. RULE OF THUMB #4
Untuk sistem yang relatif
bersih (kotoran) dan memiliki
perbedaan temperatur
antara shell dan tube yang
tidak terlalu tinggi, maka
digunakan BEM
Untuk sistem yang heat
exchanger yang akan
mengakomodasi ekspansi
thermal yang secara
signifikan antara tube dan
shell, maka digunaan BEU
University of Indonesia
33. PROSEDUR PERHITUNGAN HE SHELL & TUBE
P e r a n c a n g a n A l a t P r o s e s 2 0 1 4 – K e l o m p o k 3
University of Indonesia
48. EXAMPLE 8.1 (KERN)
P e r a n c a n g a n A l a t P r o s e s 2 0 1 4 – K e l o m p o k 3
University of Indonesia
49. Calculation of a 2-4 Oil Cooler
A 33.5˚API oil has viscosity of 1.0
centipoise at 180˚F and 2.0 centipoise at
100˚F.49,600lb/hr of oil leaving a distilling
column at 358˚F and is to be used in an
absorption process at 100˚F.Cooling will be
achieved by water from 90˚F to
120˚F.Pressure drop allowances of 10psi may
be used on both streams along with a
combined dirt factor of 0.004.
University of Indonesia
50. Available for this service from a discontinued operation is
35in.ID 2-4exchanger having 454 1in.OD ,11BWG tubes
״ 0׳ 12 long laid out on 1¼-in.squre pitch. The bundle is
arranged for six tube passes and vertical cut baffles are
spaced 7in. apart. The longitudinal baffle is welded to the
shell.
Is it necessary to use a 2-4 exchanger?
Will the available exchanger fulfill the requirements?
University of Indonesia
51. 2-6 Shell and tube heat exchanger
University of Indonesia
63. Caloric temperature of hot fluid:
Tc=T2+Fc×(T1-T2)
Tc=100+0.267×(258)
Tc=165˚F
Caloric temperature of cold fluid:
tc=t1+Fc×(t2-t1)
tc=90+0.267×(30)
tc=98˚F
64. Hot fluid: shell side
Flow area
as=1/2(ID×C ׳×B)/144PT
as=1/2(35×0.25×7)/144×1.25
as=0.17ft2
Mass velocity
Gs=W/as
Gs=49,600/0.17
Gs=292000lb/(hr)(ft2)
65. Viscosity:
At Tc=165F (from table)
μ=1.12cp
μ=1.12×2.42
μ=2.71lb/(ft)(hr)
Equivalent diameter:
De=0.99 in. (from table)
De=0.99/12
De=0.0825ft
68. Reynolds number:
Res=DeGs/μ
Res=0.0825×292000/2.71
Res=8900
jH=52.5 (from table)
Prandtl number:-
Pr=(cμ/k)
For
API=33.5˚ and μ=2.71 (from table)
k(Pr)⅓=0.20Btu/(hr)(ft2)(˚F)
72. Film coefficient:
ho=jH× (k/De) × (Pr)⅓×Φs
ho/Φs= 52.5 ×0.2/0.0825
ho/Φs=127
Cold fluid: tube side
Flow area:
a ׳t=0.455 in. square
at=(Nt×a ׳t)/(144×n)
at=(454×0.455)/(144×6)
at=0.239ft2
92. Only replace value of n=6 to n=4
At=0.3585
Gt=649000
V=2.89fps
Ret=23210
hi=760 Btu/(hr)(ft2)(ºF)
hio=577 Btu/(hr)(ft2)(ºF)
tw=110ºF
ho=117 Btu/(hr)(ft2)(ºF)
93. Uc=94 Btu/(hr)(ft2)(ºF)
Rd=0.003 (hr)(ft2)(ºF)/Btu
F=0.00025
ΔPt=1.53 psi ,v2/2g =0.065
ΔPr=1.04 psi
ΔPT=ΔPt+ΔPr=2.57psi
(allowable=10psi)s
So,2-6 STHE is more suitable as
compare to 2-4 STHE.
94. EXAMPLE 8.2 KERN
C O N T O H P E R H I T U N G A N S T H E
University of Indonesia
95. CALCULATION OF AN ACETONE-ACETIC ACID
EXCHANGER
Acetone (s=0.79) at 250oF is to be sent to storage at 100oF and at a rate of
60,000 lb/hr. The heat will be recieved by 168,000 lb/hr of 100 per cent acetic
acid (s=1.07) coming from storage at 90oC and heated to 150oC. Pressure
drops of 10.0 psi are available for both fluids, and a combined dirt factor of
0.004 should be provided.
Available for the service are a large number of 1-2 exchangers having 21 ¼ in.
ID shells with 270 tubes ¾ in. OD, 14 BWG, 16’0’’ long and laid out 1-in. Square
pitch. The bundles are arranged for two tube passes with segmental baffles
spaced in. apart.
How many of the 1-2 exchangers should be installed in series?
Diketahui :
96. Table 9. Tube
Sheet Layout
Table 10. Heat Exchanger and Condenser
Tube Data
97. PEMBAHASAN
1. HEAT BALANCE Q = WC (T1-T2)
Aceton Acetic acid
Q = 60,000 x 0.57 (250-100) = 5,130,000 Btu/hr Q = 168,000 x 0.51 (150-
90) = 5,130,000 Btu/hr
2. TEMPERATURE DIFFERENCE
(
= LMTD. FT
Fig. 18 (HE 1-2) FT = tidak
memotong
Fig. 19 (HE 2-4) FT = 0.67 (masih
terlalu rendah, minimal 0.75)
Fig. 20 (HE 3-6) FT = 0.88 (pilih tipe
HE 3-6)
FT merupakan pertimbangan
pemilihan jumlah shell and tube.
Terlebih dahulu menghitung R
dan S
= LMTD. FT = 39.1 x 0.88 =
34.4 F
101. 3. CALORIC TEMPERATURE
Tc and tc. These liquids are not viscous, and the viscosity correction will be
negligible, . Average temperatures may be used.
Aceton Ta = (250+100)/2 = 175 F , Acetic acid ta = (150+90)/2
= 120 F
4. FLOW AREA
Keterangan :
ID = Inner Diameter
C’ = PT – OD tube
B = Baffle