spiral plate heat exchangers (SPHE)

Jenis heat exchanger yang sering dirancang di industri adalah heat exchanger berpelat. Heat exchanger jenis ini memiliki berbagai macam konfigurasi. Salah satu jenis pelat yang dipakai adalah jenis spiral/SPHE.

Spiral Plate Heat Exchanger (SPHE) terbuat dari gulungan sepasang pelat yang relatif panjang membentuk sepasang jalur spiral seperti roll film. Pelat spiral menampung fluida panas dan dingin. Pelat spiral ini dibungkus oleh shell.

Prinsip Kerja SPHE

Skema kerja SPHE. Sumber: https://www.youtube.com/watch?v=lOAZuRDqb94&ab_channel=DanfossClimateSolutionsforheating

SPHE memiliki spiral yang menampung dapat menampung dua fluida yaitu fluida panas dan dingin. Fluida panas mentransfer kalornya secara konveksi dengan arah aliran terbalikdengan fluida dingin (counterflow).

Rakitan spiral terdiri tiga jenis pola aliran:

Kedua fluida dalam aliran spiral; pengaturan ini dapat menampung media dalam counterflow penuh. Kegunaan umum adalah untuk cairan ke cair, kondensor, dan pendingin gas.
Satu fluida dalam aliran spiral dan yang lainnya dalam aliran aksial melintasi spiral; kegunaan umum adalah sebagai kondensor, reboiler, dan pendingin dan pemanas gas.
Satu fluida dalam aliran spiral dan yang lainnya dalam kombinasi aliran aksial dan spiral; penggunaan umum adalah sebagai kondensor (dengan aftercooler built-in) dan vaporizer.

Material Penyusun SPHE

SPHE dibuat dari bahan yang dikerjakan dengan cold worked dan pengelasan. Bahan konstruksi yang umum yaitu: baja karbon, stainless steel, Hastelloy B dan C, nikel dan paduan nikel, paduan aluminium, titanium, dan paduan tembaga. Untuk melindungi korosi dari pendinginan air, permukaannya diberi pelapis resin fenolik panggang. Elemen anodik juga dililitkan ke dalam rakitan untuk melindungi permukaan secara anodik terhadap korosi.

Desain Struktur SPHE

SPHE dapat dirancang dengan standar dan kode pressure vessel. Ukuran spiral berkisar dari 0,5 hingga 350 m² dalam satu badan tunggal. Tekanan desain maksimum biasanya dibatasi hingga 150 psi karena alasan berikut, meskipun untuk diameter yang lebih kecil tekanannya terkadang bisa lebih tinggi:

Biasanya dirancang untuk tekanan penuh dari setiap bagian.
Karena lilitan spiral memiliki diameter yang relatif besar, setiap belokan harus mengandung tekanan desain.
Ketebalan pelat agak terbatas.

Pengaplikasian SPHE

SPHE sangat cocok digunakan pada kondisi seperti:

Sumbatan slurry contohnya slurry yang menempel pada PVC.
Sumbatan partikel-sarat dan media berserat seperti kondensat TMP dalam produksi pulp dan kertas.
Penyumbatan dan media erosif seperti alumina, slurry hidrat, dll.
Media pengotoran seperti air limbah atau lumpur limbah.
Media dengan viskositas tinggi seperti minyak berat.
Fluida non-Newtonian seperti fermentasi buih dalam pengolahan obat-obatan.

Kelebihan SPHE

Heat exchanger spiral mendekati ideal dalam desain heat exchanger. Media bisa diatur dalam counterflow penuh. Karakteristik aliran adalah sama untuk setiap media. Panjang bagian di setiap sisi memungkinkan pendekatan suhu dekat. Kerugian radiasi dapat diabaikan.
Exchanger sangat cocok untuk memanaskan atau mendinginkan cairan kental karena rasio L/D-nya adalah
lebih rendah dari exchanger tubular.
Pada kecepatan yang marjinal dan mendekati aliran arus dalam tabung lurus, turbulensi yang baik muncul karena bagian yang terus menerus melengkung.
Tindakan menggosok fluida di setiap sisi lorong cenderung membuang endapan saat mereka terbentuk dan karenanya penggunaan nilai resistansi pengotoran menjadi rendah.
Media tidak dapat bercampur; mereka diisolasi oleh penutup yang dilas di satu sisi setiap bagian.
Exchanger spiral kompak dan membutuhkan lebih sedikit instalasi daripada exchanger konvensional dengan permukaan yang setara.
Mudah dirawat dengan melepas penutup exchanger spiral, seluruh jalur saluran mudah diakses untuk inspeksi atau pembersihan mekanis, jika perlu. Demikian pula, karena jalur tunggal di setiap sisi, exchanger spiral mudah dibersihkan dengan larutan pembersih tanpa membuka unit.
Dalam aliran aksial, area aliran yang besar memberikan penurunan tekanan rendah yang menjadi
penting ketika mengembun di bawah tekanan vakum.

Proses-proses di atas sangat erat kaitanya dengan mekanika fluida. Salah satu metode yang paling umum untuk mendesain suatu sistem heat exchanger adalah menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD), yaitu metode menyelesaikan persamaan-persamaan mekanika fluida bahkan reaksi kimia menggunakan komputer, sehingga diperoleh hasil yang komprehensif dan detail. >> Klik di sini untuk mempelajari selengkapnya tentang CFD!

Bagi anda mechanical engineer yang ini meningkatkan skill di bidang heat exchanger atau mechanical engineering secara umum, Kami juga menyediakan solusi yaitu training dengan topik-topik seputar mechanical engineering dengan trainer yang sudah sangat berpengalaman di bidangnya untuk meningkatkan skill dan kompetensi anda sebagai seorang engineer profesional. Untuk list training mechanical engineering >>klik di sini!