CC-THERM (Heat exchanger design and rating) ChemCAD Training Jurusan Teknik Kimia Universitas Surabaya (UBAYA) Surabaya, Februari 2006

MODUL 13

CC-THERM (Heat exchanger design and rating)

oleh :

A.D.A. Feryanto ([email protected])

ChemCAD Training Jurusan Teknik Kimia Universitas Surabaya (UBAYA) Surabaya, 13 – 18 Februari 2006

PT. Ingenious ( a subsidiary of Ingenious Inc. Houston, USA) Authorized ChemCAD distributor in South East Asia Limus Pratama Regency B7/20 Cileungsi Bogor 16820 Telp/Fax : 021-82498901

Training ChemCAD TK-UBAYA, Surabaya (13-18 Februari 2006)

APA YANG DAPAT DILAKUKAN DENGAN MODUL CC-THERM?? CC-THERM dapat mengakomodasi aplikasi-aplikasi sebagai berikut : - Fluid and thermosyphon reboilers - Forced circulation evaporators - Horizontal and vertical condensers - Falling film evaporators and heaters - Vertical thermosyphon - Reflux condensers - Sensible heat, both liquid and vapor CC-THERM dapat melakukan perhitungan untuk keperluan-keperluan sebagai berikut : 1. Design Æ aliran masuk dan keluar diambil dari flowsheet dan program akan memilih geometri serta dimensi HE. Perancangan dasar tertentu untuk geometri seperti standar TEMA harus dispesifikasikan oleh pengguna. 2. Rating Æ aliran masuk dan keluar diambil dari flowsheet dan pengguna menyediakan datadata geometri dan dimensi HE. Program akan menentukan apakah HE ini terlalu besar atau kecil untuk diaplikasikan pada flowsheet yang ada. 3. Fouling rating Æ aliran masuk dan keluar diambil dari flowsheet dan pengguna menyediakan data geometri serta dimensi HE. Program akan menghitung fouling factor yang diperlukan agar sesuai dengan unjuk kerja HE yang dispesifikasikan. Fouling factor sisi luar dan dalam dianggap sama. 4. Simulation Æ pengguna menyediakan data geometri dan dimensi HE secara lengkap. HE kemudian disimulasikan sebagai bagian rangkaian simulasi diagram alir yang ada. Sehingga aliran apapun yang masuk ke HE, CC-THERM akan menghitung aliran keluarnya berdasarkan geometri serta ukuran HE yang telah dispesifikasikan sebelumnya. CC-THERM dapat merancang dan menghitung jenis-jenis alat penukar panas sebagai berikut : ¾ Shell and Tube ¾ Air Colled ¾ Plate and Frame ¾ Double Pipe


2


Tabel standar TEMA dan geometri HE yang mutlak diperlukan dalam perancangan dan perhitungan HE menggunakan CC-THERM.


3


STUDI KASUS 1 : RATING HEAT EXCHANGER Untuk tutorial ini, buka kembali file ChemCAD tutorial sebagai berikut :

Kita akan melakukan perhitungan (rating) untuk Heat Exchanger 1 pada flowsheet di atas. Alat ini merupakan pemindah panas gas-gas dan data-data di bawah ini adalah dimensi dan geometri dari unit yang dimaksud. TEMA class :R TEMA type : BEM Fouling factor : 0.001 hr.ft2.F/Btu pada kedua sisi (sheel dan tube) Shell ID : 27” internal diameter Jumlah tube : 656 Tube OD : 0.75” Ketebalan tube : 0.065” Panjang tube : 20” Tube pattern : rotated traingular 60o Tube pitch : 0.9375” Baffle spacing : 24” Baffle type : single segmental Baffle cut : 35% (diameter) An impingement plate Shellside nozzles : 12 / 12” Tubeside nozzles : 12 / 12” Baffle to shell ID clearance : 0.3125” (diameter) Shell ID to OTL clearance : 0.35433” (diameter) Tube hole clearance : 2.8” Space at the top of the bundle : 2.8” Seluruh material terbuat dari Carbon Steel There are 5 rows per sealing strip

LANGKAH-LANGKAH SIMULASI 1.

Masuk ke modul CC-THERM dengan cara klik Sizing pada Menu Bar, lalu pilih Heat Exchanger / Shell and Tube


4


2.

ChemCAD akan meminta Heat Exchanger mana yang akan dipilih. Setelah dipilih, ChemCAD juga akan meminta nomor aliran mana yang masuk ke HE melalui sisi tube. Pada tutorial ini, kita akan pilih aliran 1 yang akan masuk melalui sisi tube.

3.

Selanjutnya ChemCAD akan mengantarkan kita pada kotak dialog untuk memasukkan parameterparameter pada kotak-kotak dialog yang tersedia.

4.

Ikuti langkah-langkah di bawah ini untuk menspesifikasikan HE.

LANGKAH 1 IDENTIFIKASI ALIRAN YANG MASUK TUBE Kita akan menentukan aliran mana yang masuk melalui sisi tube. Pada tutorial ini, dipilih aliran 1. Oleh sebab itu, aliran ini disebut sebagai aliran sisi tube (tubeside stream) LANGKAH 2 MEMBUAT KURVA PERPINDAHAN PANAS Setelah tubeside stream teridentifikasi, maka ChemCAD akan mengantarkan kita pada kotak dialog guna mengisikan parameter-parameter dalam membuat kurva perpindahan panas seperti tampak pada gambar di bawah ini.

Klik [OK] lalu akan muncul kurva perpindahan panas untuk HE yang dimaksud.

LANGKAH 3 MENENTUKAN SPESIFIKASI UMUM HEAT EXCHANGER


5


Kotak dialog untuk langkah ini adalah sebagai berikut : Halaman 1 Berisikan mode perhitungan serta standar TEMA yang diinginkan.

Halaman 2 Berisikan beragam formula yang dapat dipilih dalam melakukan metode perhitungan heat axchanger. Pada kasus ini, kita pilih default yang ada.

LANGKAH 4 MENENTUKAN SPESIFIKASI GEOMETRI HE (TUBE) Spesifikasi tube, dengan kotak dialog :


6


LANGKAH 5 MENENTUKAN SPESIFIKASI GEOMETRI HE (SHELL) Spesifikasi shell, dengan kotak dialog :

LANGKAH 6 MENENTUKAN SPESIFIKASI GEOMETRI HE (BAFFLE) Spesifikasi baffle, dengan kotak dialog :

LANGKAH 7 MENENTUKAN SPESIFIKASI GEOMETRI HE (NOSEL) Spesifikasi nosel, dengan kotak dialog :


7


LANGKAH 8 MENENTUKAN SPESIFIKASI GEOMETRI HE (CLEARANCE Spesifikasi clearance, dengan kotak dialog :

LANGKAH 9 MENENTUKAN SPESIFIKASI GEOMETRI HE (MATERIAL) Spesifikasi material, dengan kotak dialog :

LANGKAH 10 MENENTUKAN SPESIFIKASI GEOMETRI HE (LAIN-LAIN) Spesifikasi lain-lain, dengan kotak dialog :


8


LANGKAH 11 MELAKUKAN PERHITUNGAN Setelah semua data dan infomasi parameter serta spesifikasi HE dimasukkan, maka pilihlah menu Calculate untuk melakukan perhitungan.

LANGKAH 12 MENAMPILKAN HASIL PERHITUNGAN DAN GRAFIK Kita dapat menampilkan seluruh hasil perhitungan HE baik dalam bentuk data tabulasi maupun grafik. Pilih menu View Results untuk melihat hasil dalam bentuk tabulasi data. Pilih menu Plot untuk melihat hasil dalam bentuk grafik. Jika dipilih View Results maka akan muncul kotak dialog berikut ini.

Sedangkan jika dipilih menu Plot maka di layar akan tampil kotak dialog ini.


9


Beberapa contoh tampilan hasil menggunakan menu View Results dan Plot.


10


STUDI KASUS 2 : DESIGN HEAT EXCHANGER (one-sided) Rancanglah dimensi dan geometri shell and tube heat exchanger yang akan digunakan untuk mendinginkan 50 kmol/jam asam asetat dari temperatur 100 oC sampai 50 oC (1 atm). Media pendingin yang digunakan adalah air dengan suhu 25 oC (1 atm) dan diinginkan keluar pada suhu 35 oC. Standar TEMA yang diinginkan adalah R/AEL dan tidak terjadi perubahan fasa baik sisi shell maupun tube. Catatan. Buat dahulu diagram alir/PFD pada file ChemCAD yang merepresentasikan proses di atas. Karena merupakan one-sided HE, maka ChemCAD akan meminta aliran utilitasnya. Aliran utilitas masuk pada sisi tube. Aliran utilitas ini harus diisi kondisinya (P dan T) serta laju alirnya (hanya sebagai tebakan saja, ChemCAD akan menghitungkannya untuk kita).

Tabel neraca massa dan energinya adalah sebagai berikut :


11


Dari tabel di atas terlihat bahwa air pendingin yang diperlukan = 454.88 kmol/jam. Kurva perpindahan massa di sisi shell dan tube-nya adalah sebagai berikut :

Hasil perancangan lengkap adalah : (halaman berikutnya)

Jika ternyata di kemudian hari temperatur asam asetat yang keluar dari HE (yang sama) menjadi hanya 65 oC (kondisi yang diinginkan 50 oC), hitung dan bandingkan besarnya fouling factor pada kondisi awal dan akhir. Awal :

Akhir :

Setelah dihitung dan dibandingkan, apa kesimpulan anda???


12

CC-THERM (Heat exchanger design and rating) ChemCAD Training Jurusan Teknik Kimia Universitas Surabaya (UBAYA) Surabaya, Februari 2006

Recommend Documents