BAB II - Universitas Sumatera Utara

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.
Universitas Sumatera Utara
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.
2.3.
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.
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
 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.
2.4.
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.
Universitas Sumatera Utara
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 t1 dan
suhu keluar menjadi t2, sedangkan fluida yang masuk kedalam tube mempunyai
temperatur T1 dan suhu keluarnya T2.
Universitas Sumatera Utara
 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 T1 ke T2
dengan aliran fluida t1 ke t1.
2. Aliran yang paralel, yaitu aliran dari T1 ke T2 dan aliran t1 ke t2.
Distibusi temperatur- panjang ( luas ) tube dapat dilihat pada gambar 2.7,
berikut ;
Gambar 2.7. Distibusi Temperature-Panajng Tube
Universitas Sumatera Utara
 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.
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
Panas yang diserap secara konveksi adalah :
Qkonv  h  A  (Ta  Td )
Dimana :
Qknov = Panas yang diserap secara konveksi  kJ / j 

h
= Koefisien perpindahan panas konveksi k J / m 2  j  K
A
= Luas bidang yang dipanaskan m 2
Ta
= Temperatur fluida  K

 

Td = Temperatur dinding  K

 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 2.10. Perpindahan Panas Konduksi.
Universitas Sumatera Utara
Jumlah panas yang merambat melalui benda padat ( dinding ) adalah :
Dimana :
Qkond   k  A 
dT
dx
Qkond = Panas yang diserap secara konduksi kJ / j 
k
= Koefisien perpindahan panas  kJ / m  j  K
A
= Luas bidang yang dipanaskan m 2
dT
= Perbedaan temperatur  T0  Ti K 
dx
= Tebal dinding yang dipanaskan m

 
Universitas Sumatera Utara