Heat Exchanger Network Design

Di tulisan sblmnya mengenai Pinch Analysis, telah dibahas bagaimana menentukan pinch point. Dari analysis composite curves utk hot and cold streams tsb jg bisa diketahui, sblm kita mendesain Heat Exchanger Network (HEN) apapun, berapa target hot dan cold utilities minimal yg hrs kita penuhi dan maksimal heat recovery yg bisa kita dapatkan. Pertanyaan selanjutnya setelah mengetahui hal2 itu adalah bagaimana kita bisa mendesain HEN yg dpt memenuhi target2 tsb.

Tulisan kali ini merupakan lanjutannya. Data yg digunakan tetap sama. Dr analysis sblmnya, kita tau bahwa pinch point utk hot dan cold composite curve tsb adalah 65oC. Maka, pinch point utk hot stream adalah 70oC dan utk cold stream adalah 60oC. Dasar desain HEN sbnrnya sederhana sekali. Persamaan yg digunakan cm Q = m*Cp*dT, dan Qhot = Qcold. Di sini kita mengasumsikan gak ada energi yg hilang, gak ada pressure drop, dan network HE nya bisa didesain sesuka hati, tanpa ada halangan geografis dsb.

Meskipun demikian, tepat di pinch point ini ada tiga aturan penting yg menyangkut heat exchange antara hot dan cold stream. Aturannya sbb:

1. Daerah di atas pinch point (above pinch)

Utk heat exchange dr pinch point ke daerah above pinch, titik awal cold stream dan titik akhir hot stream sudah terpatok utk terpisah sebesar minimum temperature difference yg kita set sblmnya. Dlm kasus kita ini, 10oC. Sementara titik akhir cold stream dan titik awal hot stream bisa bervariasi. Di sini, heat exchange harus dilakukan dari hot stream yg memiliki kapasitas kalor yg lbh rendah dr cold stream. Atau, (m*Cp)H ≤ (m*Cp)C. Dengan demikian, titik akhir cold stream tidak akan bisa mendekati titik awal hot stream utk menghindari temperature cross atau cold stream yg lbh panas drpd hot stream. Di gambar di bawah terlihat bahwa gradient garis (m*Cp)H lbh besar drpd (m*Cp)C. Hal ini utk menandakan bahwa utk sejumlah energi yg ditukarkan, perubahan temperature utk hot stream lbh besar drpd utk cold stream.

2. Daerah di bawah pinch point (below pinch)

Hal yg sebaliknya berlaku di daerah below pinch. Titik awal hot stream dan titik akhir cold stream sudah terpaku pada pinch point dan terpisah sebesar 10oC. Utk menghindari temperature cross, kapasitas energi hot stream hrs lbh besar atau minimal sama dgn kapasitas energi cold stream, atau (m*Cp)H ≥ (m*Cp)C.

3. No heat exchange across pinch point

Utk memaksimalkan heat recovery dan meminimalkan utilities, tidak dibenarkan melakukan heat exchange yg melewati pinch point. Heat exchange di daerah above pinch hanya boleh dilakukan oleh hot dan cold streams yg ada di daerah tsb, beserta hot utilities. Sementara heat exchange di daerah below pinch hanya boleh dilakukan oleh hot dan cold streams di daerah tsb dan cold utilities.

Dgn adanya dua aturan pertama, maka desain HEN sebaiknya dimulai dr pinch point. Masing2 stream (hot dan cold) ditunjukkan oleh tanda panah yg diawali oleh temperature inputnya dan diakhiri oleh temperature outputnya. Hot dan cold streams akan saling berpapasan spt gbr di bawah. Di contoh kita, stream2 yg bersentuhan dgn pinch point adalah H2, C1, dan C2. Di daerah above pinch, (m*Cp)H2 ≤ (m*Cp)C1, sehingga kedua stream ini bisa dipasangkan. Seluruh energi H2 bisa digunakan utk memanaskan C1. Temperature H2 berakhir di pinch pointnya, sementara temperature C1 naik menjadi 90oC.

Di daerah below pinch, (m*Cp)H2 ≥ (m*Cp)C1, sehingga kedua stream ini bisa dipasangkan. Energi yg diperlukan oleh C2 dr titik awalnya ke pinch point, dan temperature H2 turun dr pinch point ke 43oC. Gambar di atas menunjukkan dua HE yg udah kita letakkan.

Setelah masalah di sekitar pinch point terselesaikan spt ini, sisanya tergantung dr kita sendiri dgn memerhatikan aturan ketiga, yaitu no heat exchange across pinch. Klo diteruskan, maka kita akan mendapatkan desain HEN spt di bawah ini (di antara banyak solusi HEN lainnya). Cold utility berhasil dicapai sebesar 120 kW utk mendinginkan hot stream H2 dr 43oC ke 40oC. Hot utilities digunakan utk memanaskan C1 dr 90oC ke 100oC dan C2 dr 115.6oC ke 120oC. Total hot utilitynya jg sebesar target 960 kW.

Klo desain HEN ini digambarkan kembali dgn mengikutsertakan unit2 lainnya (di tulisan sblmnya), maka akan didapat desain yg kurang lbh spt gbr di bawah ini.

Contoh sederhana ini menunjukkan cara mendesain HEN yg diawali dr pinch point. Utk masalah yg lbh kompleks dan HE yg jauh lbh banyak, beserta operational dan geographical constraints lainnya, mathematical programming lbh layak utk diterapkan. Desain dasar spt ini digunakan sebagai starting pointnya.

1 Comment (+add yours?)

  1. yudistywn
    Sep 07, 2011 @ 15:44:20

    thx info nya… sangat membantu😀

    Reply

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: