Plate and Frame Heat Exchanger (UHT)


Setelah beberapa waktu lalu kita membahas megenai heat exchanger (HE) secara umum, kali ini kita akan bahas salah satu jenis dari HE yang sering dipakai di industri makanan dan industri proses.

Plate Heat Exchanger
Sesuai dengan namanya, plate heat exchanger (PHE) adalah alat penukar kalor dengan bentuk plat. Komponen utama dari PHE adalah plat-plat yang tersusun berjajar sebagai tempat perpindahan panas. Nama lain dari unit plate heat exchanger adalah plate and frame heat exchanger. Adanya nama "frame" disebabkan karena memang selain plat-plat sebagai komponen utama ada komponen "frame" yang berfungsi sebagai penyangga unit yang terletak di bagian pinggir. 
Gambar di bawah ini menunjukkan geometri dari PHE secara umum:

Plate Heat Exchanger
Sumber: Katalog PT. Güntner Indonesia


Gambar di atas saya ambil dari tempat kerja praktek saya di PT. Güntner Indonesia, Pasuruan. 
Keterangan:

1.      Fixed pressure plate
2.      Starter plate
3.      Heat exchanger plate with gasket
4.      End plate
5.      Moveable pressure plate
6.      Upper carrying bar
7.      Lower carrying bar
8.      Support
9.      Tightening bolt
10.  Stud bolt connection

Secara umum, komponen utama dari unit PHE terbagi menjadi tiga, yaitu, plat, frame, dan gasket. Kita akan bahas satu per satu.

1. Plat
Komponen plat pada PHE berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluida panas dan fluida dingin. Bentuk dan pola dari plat sangat menentukan proses perpindahan panas yang terjadi. Setiap plat dibentuk dengan menatah/membuat cekungan sehingga terbentuk pola yang bergelombang pada permukaannya. Pola yang bergelombang (corrugated pattern) ini menyebabkan jalur aliran yang berdekatan, berliku-liku, yang dapat meningkatkan perpindahan panas dan mengurangi endapan/fouling yang terjadi dengan meningkatnya tegangan geser dan turbulensi aliran. Nilai koefisien perpindahan panas yang terjadi lebih tinggi jika dibandingakan dengan STHE dengan kapasitas yang sama. Pola yang bergelombang ini juga menghasilkan luas permukaan efektif meningkat karena banyaknya kontak yang terjadi antara fluida dan permukaan plat yang dapat mempertahankan beda tekanan yang terjadi antarplat yang berdekatan. Tebal plat minimum adalah 0,6 mm (0,024 in.), yang dapat digunakan hingga tekanan operasi 230 psig, terutama jika menggunakan pola gelombang silang (cross corrugated), yaitu pola herringbone atau pola chevron [1].

Plat pada PHE
Sumber: http://i00.i.aliimg.com/photo/v1/560732278/Plate_Heat_Exchanger_Plates.jpg


Pola Plat (a) washboard; (b) zigzag; (c) chevron/herringbone; protrusions and depressions; (e) washboard with secondary corrugation; (f) oblique washboard
Sumber: Shah dan Sekulic, 2003

Pola plat yang paling umum digunakan adalah pola "herringbone" atau nama lainnya adalah "chevron". 
Pola plat chevron
Sumber: Thulukkanam, 2013

Salah satu kelebihan dari pola chevron ini adalah terbentuknya turbulensi aliran pada kecepatan rendah (0,1-1 m/s) [3], dan juga dapat menahan tekanan yang tinggi meskipun dengan ketebalan plat yang tipis. 
Material yang sering digunakan seperti stainless steel (AISI 304 atau 316) dan titanium, selain itu ada yang terbuat dari Incoloy 825, Inconel 625, dan Hastelloy. Nickel, cupronickel, dan monel jarang digunakan, sementara material carbon steel tidak digunakan karena sifatnya yang mudah karatan/tidak tahan korosi. Material dari grafit dan polimer sering digunakan untuk fluida yang bersifat korosif.  


2. Gasket
Gasket
Sumber: http://w28.indonetwork.co.id/pdimage/21/2970921_gasket.jpg

Gasket pada PHE berfungsi untuk mengatur aliran fluida, yang membatasi aliran fluida agar tidak bercampur satu sama lain. Dari semua komponen yang ada pada unit PHE, gasket merupakan komponen yang paling sering diganti, karena setiap pembongkaran PHE sebagian besar gasket sudah tidak dapat digunakan lagi karena mengalami deformasi bentuk (gepeng). Material gasket harus memiliki ketahanan terhadap reaksi kimia dan temperatur yang tinggi, dan juga dapat digunakan dalam periode waktu yang lama. Ada dua metode yang digunakan untuk memasang gasket pada plat, pertama adalah dengan metode pengeleman (glue type) dan tanpa pengeleman (glue free) . Di bawah ini adalah beberapa material yang digunakan sebagai gasket pada PHE.

Material gasket
Nama generik
Temperatur operasi maksimal (oC)
Aplikasi
Keterangan
Karet alam
cis 1,4-poliisoprena
70
Pelarut oksigen, asam, alcohol

SBR (styrene butadiene)

80
Alkali, asam, pelarut beroksigen, dan cairan lain
Ketahanan terhadap minyak buruk
Neoprene
trans-1,4-polychloroprene
70
Alkohol, alkali, asam, pelarut hidrokarbon alifatik

Nitrile

100-400
Susu, jus buah, minuman, obat-obatan, dan aplikasi biokimia, minyak, bensin, minyak nabati dan hewani, pelarut organic alifatik
Tahan terhadap bahan berminyak
Butyl

120-150
Alkali, asam, minyak nabati dan hewani, aldehida, keton, fenol, dan beberapa ester
Ketahanan terhadap minyak buruk, cocok untuk proses UHT pada susu, tahan terhadap asam anorganik hingga 150oC
Ethylene propylene (EPDM)

140
Alkali, pelarut beroksigen
Tidak cocok untuk fluida berminyak
Karet silikon
Polydimethyl-siloxane
140
Untuk fluida bertemperatur rendah, alcohol, sodium, hipoklorit

Karet berfluorin

175
Cocok untuk cairan bertemperatur tinggi, minyak mineral, bensin, pelarut organik, minyak nabati dan hewani

Fiber asbestos terkompresi

200-260
Pelarut organik dan cairan bertemperatur tinggi 

Sumber: Shah dan Sekulic, 2003

3. Frame
Frame berfungsi sebagai penyangga unit PHE. Frame terletak di tepi unit PHE yang mana akan mengapit susunan plat di dalamnya. Bentuk frame diklasifikasikan menjadi tipe B frame, C frame, dan F frame. Tipe B frame digunakan untuk PHE berukuran besar (memiliki susunan plat yang banyak), tipe C frame untuk PHE berukuran kecil, dan tipe F frame untuk PHE berukuran sedang. Material frame biasanya adalah carbon steel yang dilapisi lapisan antikarat. Untuk aplikasi yang ketat, misalnya pada proses pengolahan obat-obatan, dan pada industri susu atau minuman ringan, maka material stainless steeldigunakan. Stainless steel dengan lapisan clad (tahan karat) sangat cocok digunakan pada lingkungan yang cenderung korosif. Normalnya, unit PHE diletakkan di atas lantai, untuk unit berukuran kecil dapat diletakkan melekat pada tembok.


Aplikasi PHE pada dunia industri relatif lebih sempit dibandingkan dengan HE yang paling populer saat ini, shell and tube heat exchanger (STHE). Akan tetapi, PHE memiliki kelebihan tersendiri yang membuatnya lebih dipertimbangkan dibandingkan dengan alat penukar kalor lain. Berikut beberapa kelebihan:

1.      Hemat ruang
PHE memiliki konstruksi yang kompak sehingga membutuhkan ruang penempatan unit yang lebih kecil dibandingkan dengan jenis heat exchanger yang lain. Sebagai perbandingan, PHE memiliki kurang lebih ruang penempatan dan berat sekitar 80% lebih kecil dibandingakan dengan STHE.
2.      Kapasitas perpindahan panas yang besar
Plat yang tersusun pada PHE dengan jalur aliran fluida sempit yang terbentuk menjadikan aliran fluida turbulen sehingga dapat meningkatkan perpindahan panas yang terjadi antara fluida panas dan fluida dingin.
3.      Memerlukan filling refrigerant yang rendah
Dengan konstruksi yang kompak dan kapasitas perpindahan panas yang besar, maka jumlah filling refrigerant pada sistem PHE rendah. Filling content yang sering dipakai adalah amonia, dan sebagian senyawa obat-obatan.
4.      Cenderung memiliki fouling yang rendah
Aliran turbulen yang terbentuk pada celah-celah plat menyebabkan partikel kotoran sulit untuk mengendap selama beberapa waktu. Berbeda dengan heat exchanger konvensional dimana partikel kotoran cenderung mudah mengendap yang dapat mengganggu proses perpindahan panas yang terjadi. Fouling layer tipis yang terbentuk pada PHE selain dapat meningkatkan perpindahan panas antarfluida juga menguntungkan kita dalam proses pembersihan yang relatif lebih mudah.
5.      Tahan korosi
Material plat dan gasket pada PHE dipilih karena dapat meningkatkan perpindahan panas yang terjadi selain memberikan ketahanan terhadap fluida korosif. Material plat yang baik digunakan seperti stainless-steel dan logam campuran khusus.
6.      Konstruksi yang fleksibel
Komponen plat dan frame pada PHE disambung dengan baut yang memudahkannya untuk mengatur lebar dari celah plat yang terbentuk. Plat yang tersusun pun juga dapat ditambah atau dikurangi sesuai dengan kapasitas yang dibutuhkan.
7.      Pemeliharaan yang mudah
Pemeliharaan yang mudah disebabkan karena fleksibilitas dari tie rod yang mudah dilepas dengan melonggarkan baut yang terkoneksi. Plat PHE dapat dibersihkan secara langsung pada bagian yang terdapat gasket. Jika diperlukan, PHE juga memungkinkan untuk bertukar plat/modul dengan PHE yang lain.

Sekian, posting dari saya, semoga bermanfaat. :D

Referensi:
[1] Minton, P., 1990. Process heat transferProceedings of the 9th International Heat Transfer Conference, Heat Transfer 1990–Jerusalem, Israel, Paper No. KN–2, 1, hlm. 355–362.
[2] Thulukkanam, K., 2013., Heat Exchanger Design Handbook. Edisi ke-2. CRC Press. Boca Raton, Florida.  USA.
[3] Shah, K.J. dan Sekulic, D. P. 2003. Fundamentals of Heat Exchanger Design. Edisi ke-1. Wiley. Hoboken, New Jersey. USA.

Comments

  1. Many of the things you make in this post are correct. Visit Calico Metal Alloys if you need ASME SA240 UNS S31803 coil. I admire your efforts in this regard and hope you will continue to write on the subject.

    ReplyDelete
  2. I discovered your blog using Google and read some of your previous postings. You've been added to my Google News Reader. You may also check SS Hex Bolt Supplier for additional information and understanding about Vision Alloys. Keep up the wonderful job, and I look forward to reading more from you in the future.

    ReplyDelete
  3. Normally, I don't comment on blogs, but your post on 904L SS Band Supplier is so impressive that I never stop myself to say something about it. You're doing an excellent job.

    ReplyDelete
  4. Excellent and decent post. It was really instructive on what I was looking for. Thank you for your post, and please keep it up. Jainex Steel Impex is a reputable source for high-quality SS 316 Slitting Coil exporters in India.

    ReplyDelete
  5. I stumbled across this article and it assisted me in adding some fresh information to my knowledge. In fact, I'm attempting to learn new things wherever I can find them. please visit SS 304 Pipes Supplier to know more relevant information.

    ReplyDelete
  6. In fact, I read some of your postings and became extremely curious to learn more about you, and it is very exciting to learn that you are doing very well. You can visit my blog at Jindal Hollow Sections.

    ReplyDelete
  7. This is good advice. I'm glad to have this knowledge, and I'm confident it will be useful to everyone. Please also see Anchor Bolts Supplier.

    ReplyDelete
  8. Your blog is rather appealing. I am pleased with your post. I read your blog on a daily basis, and it is quite helpful. Visit Nexus Copper for the best Lightning Rod Terminal Base.

    ReplyDelete

Post a Comment

Popular posts from this blog

Interview Kerja Di PT. Asia Pulp and Paper ( Sinarmas Group ) Karawang Jawa Barat

Interview Kerja Di PT. Pura Barutama Kudus

Interview Kerja di Orang Tua Group Jakarta ( Kantor Pusat )