Heat Recovery dan Heat Exchanger

298 Dalam menentukan target utilitas, perlu dibuat suatu grafik minimum target utilitas yang disebut dengan kurva komposit. Gambar 7-5. Bentuk kurva komposit sederhana. Kurva komposit diagram T-H dibangun dengan membagi sumbu absis suhu ke interval berdasarkan suplai dan target suhu aliran proses, dan menambahkan kontribusi entalpi aliran panas dan kebutuhan aliran dingin bersama-sama di setiap interval suhu. Akhirnya, entalpi ini ditarik secara kumulatif terhadap suhu yang sesuai, sehingga satu kurva untuk aliran panas dan satu kurva untuk aliran dingin. Fenomena pertukaran panas dari satu media ke lainnya dikendalikan oleh aturan dasar yaitu:  Panas akan selalu ditransfer dari produk panas ke produk dingin.  Selalu ada perbedaan temperatur di antara produk Target Utilitas Panas T e mp e ra tu r, [ o C ] Entalpi, [MMkcalh] Kurva Komposit Panas Kurva Komposit Dingin Target Utilitas Dingin Titik Pinch Kurva Komposit 299 Panas yang hilang dari produk panas adalah sebanding dengan jumlah panas yang diambil oleh produk dingin, kecuali untuk energi yang hilang ke lingkungan sekitar. Bayangkan terdapat suatu proses seperti Gambar 7-6. Ada reaktor kimia, yang digambarkan sebagai black box. Liquida dimasukkan ke dalam reaktor dan dipanasi dari suhu ambient hingga suhu operasi reaktor. Sebaliknya, produk berupa liquida panas dari sistem separasi harus didinginkan ke suhu yang lebih rendah. Juga terdapat sejumlah panas yang dibutuhkan dan tidak tersedia untuk reaktor. Gambar 7-6. Aliran proses sederhana [Kemp, 2007]. Setiap aliran yang harus dipanaskan atau didinginkan, tetapi tidak mengubah komposisi, didefinisikan sebagai aliran. Umpan dingin membutuhkan pemanasan, dikenal sebagai aliran dingin. Sebaliknya, produk panas yang harus didinginkan disebut aliran panas. Proses reaksi bukan merupakan aliran, karena melibatkan perubahan dalam komposisi kimia; dan aliran make-up juga bukan aliran, karena tidak dipanaskan atau didinginkan. Dari Gambar 7-6 dapat ditabelkan seperti tampak pada Tabel 7-1. Tabel 7-1 Data untuk 2 contoh aliran Laju alir massa Kapasitas panas spesifik Laju alir kapasitas panas Suhu awal masuk Suhu akhir target Heat load W, [kgs] C p , [kJkgK] CP, [kWK] T S , [°C] T T , [°C] H, [kw] Aliran dingin 0,25 4 10 20 200 -180 Aliran panas 0,4 4,5 1,8 150 50 +180 Untuk melakukan pemanasan dan pendinginan, steam heater harus ditempatkan pada aliran dingin, dan water cooler pada aliran panas. Arus seperti yang diberikan dalam Tabel 7-1. Jelas, kita perlu untuk memasok pemanasan sebesar 180 kW dan pendinginan 180 kW untuk mengoperasikan proses. Sehingga dibutuhkan proses pertukaran panas yang digambarkan seperti tampak pada Gambar 7-7. Reaktor Masukan Produk Pemanas Pendingin 200°C 150°C 20°C 50°C H C 300 Gambar 7-7. Aliran proses sederhana dengan pertukaran panas [Kemp, 2007]. Bisakah kita mengurangi konsumsi energi? Ya. Jika kita dapat me-recovery panas dari aliran panas dan menggunakannya untuk memanaskan aliran dingin dalam heat exchanger, kita akan membutuhkan sedikit uap dan air untuk memenuhi tugas yang tersisa. Susunan diagram alir kemudian menjadi seperti pada Gambar 7-7. Idealnya, tentu saja, kita ingin me-recovery semua 180 kW pada aliran panas untuk memanaskan arus dingin. Namun, hal ini tidak mungkin karena keterbatasan suhu. Dengan Hukum Kedua Termodinamika, kita tidak bisa menggunakan aliran panas pada 150 °C untuk memanaskan aliran dingin pada 200 °C Seperti dalam laporan informal Hukum Kedua, Anda tidak bisa merebus ketel di atas es. Jadi pertanyaannya adalah, berapa banyak panas yang dapat kita recover, seberapa besar seharusnya exchanger, dan berapa suhu di sekitarnya? Sehingga dapat dikatakan, teknologi pinch untuk integrasi panas terbagi ke dalam tiga pokok tugas yaitu:  Mengidentifikasi target desain, seperti konsumsi minimum utilitas steam, air pendingin, dan lain-lain, jumlah minimum unit pertukaran panas exchanger, pemanas, danatau pendingin, luas permukaan minimum unit pertukaran panas, dan lain-lain.  Sintesis. Merancang jaringan penukar panas yang mencapai target desain.  Retrofit. Memodifikasi proses yang ada untuk memaksimalkan penggunaan proses-ke-proses pertukaran panas dan meminimalkan penggunaan utilitas eksternal melalui perubahan proses yang efektif.

7.1.1.2. Perpindahan Massa

Sebuah perkembangan terbaru dalam teknologi pinch yang berhubungan dengan pencegahan polusi, recovery sumber daya, pengurangan limbah, dan lain-lain merupakan integrasi massa. El-Halwagi 1997, dalam bukunya, Pencegahan Pencemaran Melalui Proses Integrasi Alat Desain Sistematis, memberikan definisi sebagai berikut: integrasi massa adalah metodologi sistematis yang memberikan pemahaman mendasar dari aliran massa global dalam proses manufaktur dan menerapkan pemahaman holistik ini dalam mengidentifikasi target performa dan mengoptimalkan generasi dan routing spesies melalui proses”. Reaktor H 200°C 150°C C Pemanas Pendingin 50°C 20°C produk Masukan E Exchanger Heat 301 Singkatnya, penukar massa adalah setiap kontak langsung di mana satuan transfer massa yang berlawanan arah counter-current menggunakan agen pemisah massa Mass Separating AgentMSA. Operasi perpindahan massa mencakup penyerapan, adsorpsi, pertukaran ion, leaching, ekstraksi pelarut, stripping, dan proses serupa. Sedangkan MSA mencakup pelarut, adsorben, resin pertukaran ion, dan stripping agent. Sebuah tinjauan pengembangan dan aplikasi jaringan pertukaran massa Mass Exchange NetworkMEN antara tahun 1989 dan 1997 muncul pada saat El-Halwagi 1997. Integrasi pertukaran massa melibatkan transfer massa dari aliran proses pekat penurunan konsentrasi dengan menggunakan MSA proses peningkatan konsentrasi dengan biaya operasional kecil sehingga setiap aliran mencapai konsentrasi keluaran yang diinginkan, dan meminimalkan produksi limbah dan konsumsi utilitas termasuk fresh water dan MSA eksternal. El-Halwagi dan rekan-rekan kerjanya memperluas teknologi pinch untuk merancang dan memperbaiki retrofit jaringan pertukaran massa untuk mencapai target debit minimum pada aliran utilitas eksternal MSA eksternal. Dalam penerapan jaringan pertukaran massa ini melibatkan beberapa hal, yaitu:  Berapakah jumlah maksimum MSA proses yang dapat digunakan untuk menghilangkan kontaminan dari aliran proses kaya kontaminan dengan biaya operasional kecil?  Berapakah debit minimum MSA eksternal yang diperlukan untuk menghilangkan kontaminan yang tidak terekstrak oleh MSA proses dan dalam hal apa beberapa MSA eksternal harus digunakan?  Bagaimana kita merancang jaringan pertukaran massa baru, atau retrofit jaringan yang ada, untuk memenuhi target tersebut?  Bagaimana seharusnya kita mengubah proses manufaktur untuk memaksimalkan penggunaan MSA proses dan meminimalkan penggunaan MSA eksternal? Seperti halnya jaringan penukar panas, dalam jaringan penukar massa, kita membagi teknologi menjadi tiga tugas:  Mengidentifikasi konsumsi maksimum proses MSA dan konsumsi minimum MSA eksternal;  Sintesis. Merancang jaringan penukar massa yang mencapai target debit untuk proses MSA dan MSA eksternal;  Retrofit. Memodifikasi jaringan penukar massa yang ada untuk memaksimalkan penggunaan proses MSA dan meminimalkan penggunaan MSA eksternal melalui perubahan proses yang efektif. Error Reference source not found. Gambar 7-8 menunjukkan salah satu contoh diagram jaringan pertukaran massa yaitu penggunaan dan recycle air yang dibuat oleh Wang Smith 1994. Hal ini lalu melahirkan teknologi Water-Pinch yang secara prinsip sama dengan teknologi Pinch untuk panas. Dalam teknologi Water-Pinch ini memaksimalkan penggunaan air dan meminimalkan air limbah.