BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Thermosiphon Reboiler adalah reboiler, dimana terjadi sirkulasi fluida

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Thermosiphon Reboiler Thermosiphon Reboiler adalah reboiler, dimana terjadi sirkulasi fluida yang akan didihkan dan diuapkan dengan proses sirkulasi almiah (Natural Circulation), yang dapat bersirkulasi secara paksa dengan adanya pompa sirkulasi. Pada gambar 2.1. diperlihatkan sebuah thermosiphon reboiler. Media dalam tube adalah Propan dan Propylen yang masuk kedalam reboiler dengan kondisi 100% cair dan setelah keluar reboiler menjadi 50 % cair dan 50% uap. Sebaliknya medium diluar tubes ( Shell-Shell side ) adalah uap, masuk dari atas dan keluar menjadi kondensat (air). Thermosiphon reboiler dapat dipakai untuk berbagai keperluan terutama untuk memanaskan fulida cair seperti minyak, gas cair, alkohol, pulp, dan sebagainya. Gambar 2.1. Thermosiphon Reboiler.

2 2.2. Alat Penukar Kalor Thermosiphon reboiler adalah salah satu alat penukar kalor. Alat penukar kalor adalah perpindahan panas dari suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi kepada fluida lain yang temperaturnya lebih rendah. Proses perpindahan panas tersebut dapat terjadi secara langsung maupun tidak langsung. Maksudnya adalah: 1. Pada alat penukar kalor yang langsung, fluida yang panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu bejana atau ruangan tertentu. 2. Pada alat penukar kalor yang tidak langsung, fluida panas tidak berhubungan langsung dengan fluida dingin. Jadi proses perpindahan panas itu mempunyai media perantara, seperti pipa, pelat atau peralatan jenis lainnnya Klasifikasi Thermosiphon Reboiler Thermosiphon reboiler dapat diklasifikasikan berdasarkan pengaturan aliran yaitu : 1. Aliran Lintas Tabung Didalam suatu lintasan tabung terdiri dari tabung dan selongsong. Pada jenis ini fluida yang satu mengalir di dalam tabung sedang fluida yang lain dialirkan melalui selongsong melintasi luar tabung. Dalam aliran lintasan tabung ini dapat di gunakan aliran searah atau aliran lawan arah. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.2, berikut.

3 Gambar 2.2. Aliran Lintasan Tabung. 2. Aliran Menyilang Aliran menyilang dipakai dalam pemanasan gas cair. Aliran jenis ini terdiri dari : Arus Tak campur. Dalam hal ini fluida pemanas dan fluida yang dipanaskan terkurung di dalam saluran-saluran sehingga fluida tidak dapat bergerak bebas selama proses perpindahan panas / kalor terjadi, seperti terlihat pada gambar 2.3. Gambar 2.3. Aliran Menyilang Tak Campur.

4 Arus Campur. Fluida yang mengalir di dalam tabung digunakan untuk memanaskan sedang fluida yang akan dipanaskan dialirkan menyilang berkas tabung. Aliran yang menyilang berkas tabung disebut arus campur karena dapat bergerak dengan bebas selama proses perpindahan panas / kalor. ( Lihat gambar 2.4). Gambar 2.4. Aliran menyilang dengan satu Fluida Campur Jumlah Laluan pada Thermosiphon Reboiler Adapun dua jenis laluan pada thermosiphon reboiler, yaitu : 1. Jumlah laluan selongsong atau shell pass. 2. Jumlah laluan tabung atau tube pass. Yang dimaksud dengan tube pass shell ialah laluan yang dilakukan oleh fluida mulai dari saluran masuk, melewati bagian dalam shell dan mengelilingi tabung / tube, dan keluar dari saluran buang. Apabila laluan itu dilakukan satu kali maka disebut 1 pass shell. Untuk fluida di dalam tube, fluida masuk kedalam saluran yang satu lalu mengalir ke dalam tube dan keluar melalui saluran yang satunya lagi di sebut 1 pass tube. Apabila fluida itu membelok lagi masuk kedalam tube, sehingga terjadi dua kali laluan fluida dalam tube maka disebut dua pass tube.

5 Jumlah dari pass shell lebih sedikit dari jumlah pass tube. Beberapa contoh dari jumlah laluan dari thermosiphon dapat dilihat di bawah ini. Laluan 1-1 Yang dimaksud dengan laluan 1-1 adalah aliran fluida yang berada dalam shell 1 pass dan aliran fluida dalam tube 1 pass juga. Secara sederhana kontruksinya dapat dilihat pada gambar 2.5. Gambar 2.5. Laluan 1-1, Arah aliran berlawanan. Aliran fluida sebelah shell akan berbelok-belok mengikuti sekat-sekat yang ada. Jumlah sekat yang dipasang akan mempengaruhi perpindahan panas yang terjadi. Fluida yang mengalir ke dalam tube mempunyai temperatur t 1 dan suhu keluar menjadi t 2, sedangkan fluida yang masuk kedalam tube mempunyai temperatur T 1 dan suhu keluarnya T 2.

6 Laluan 1-2 Yang dimaksud dengan laluan 1-2 adalah aliran didalam shell 1 pass, dan aliran fluida pada sisi tube dipergunakan floating head, Seperti pada gambar 2.6. Gambar 2.6. Laluan 1-2 dengan Arah Aliran Berlawanan-searah. Dari gambar 2.6, untuk menggambarkan distribusi teperatur-panjang (luas) tube harus ditinjau satu persatu, yaitu : 1. Arah aliran fluida yang berlawanan, yaitu aliran fluida dari T 1 ke T 2 dengan aliran fluida t 1 ke t Aliran yang paralel, yaitu aliran dari T 1 ke T 2 dan aliran t 1 ke t 2. Distibusi temperatur- panjang ( luas ) tube dapat dilihat pada gambar 2.7, berikut ; Gambar 2.7. Distibusi Temperature-Panajng Tube

7 Laluan 2-4 Laluan 2-4 terdiri dari 2 pass aliran shell dan 4 pass aliran pada sisi tube. Pada gambar 2.7 diperlihatkan lintasan 2-4. Gambar 2.8. Laluan 2-4. Pada laluan multi pass ini terdapat pengurungan luas penampang laluan aliran, kecepatan aliran fluida bertambah besar, dan perpindahan panasnya semakin meningkat. Kerugian laluan multi pass ini antara lain : 1. Kontruksi semakin komplek. 2. Kerugian gesekan besar. Semakin banyak pass dari aliran pada sisi sebelah tubes, akan semakin besar pula kerugian akibat aliran masuk dan keluar tubes.

8 2.5. Perpindahan Panas pada Thermosiphon Reboiler Di dalam industri proses penggorengan perpindahan energi atau panas sangat banyak digunakan. Sebagaimana dikehetahui bahwa panas dapat berlangsung lewat 3 cara, dimana mekanisme perpindahan panas itu sendiri berlainan adanya. Adapun perpindahan panas dapat dilaksanakan dengan : 1. Secara aliran yang disebut dengan perpindahan panas konveksi. 2. Secara molekuler yang disebut dengan perpindahan konduksi. 3. Secara gelombang elektromaknit yang disebut radiasi. Khususnya perpindahan panas yang digunakan pada themosiphon reboiler menyangkut butir 1 dan 2 yaitu secara konveksi dan konduksi. Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas yang dilakukan oleh molekul-molekul fluida (cairan atau gas) dalam gerak melayanglayang. Molekul-molekul tersebut membawa sejumlah panas. Pada saat molekulmolekul tersebut menyentuh bidang (dinding) yang akan dipanaskan, maka sebagian panas akan diserap dan sebagian lagi akan dipantulkan, seperti terlihat pada gambar 2.9. Gambar 2.9. Perpindahan Panas konveksi.

9 Panas yang diserap secara konveksi adalah : Q konv h A ( Ta Td ) Dimana : Q = Panas yang diserap secara konveksi kj / j knov 2 h = Koefisien perpindahan panas konveksi k J / m j K 2 A = Luas bidang yang dipanaskan m T = Temperatur fluida K a T = Temperatur dinding K d Perpindahan Panas Konduksi Perpindahan panas secara konduksi yaitu perpindahan panas yang terjadi dari satu bagian benda padat kebagian lain benda padat tersebut. Perpindahan panas konduksi juga dapat terjadi dari satu benda padat kebenda padat yang lain jika bersinggungan atau kontak fisik, tetapi molekul-molekul benda padat yang satu tidak berpindah kebenda padat yang lain. Gambar Perpindahan Panas Konduksi.

10 Dimana : Jumlah panas yang merambat melalui benda padat ( dinding ) adalah : Q kond k A dt dx Q = Panas yang diserap secara konduksi kj / j kond k = Koefisien perpindahan panas kj / m j K 2 A = Luas bidang yang dipanaskan m dt = Perbedaan temperatur T T K 0 i dx = Tebal dinding yang dipanaskan m