Penukar Panas Cangkang dan Tabung dari Silikon Karbida

Penukar panas tipe selubung dan tabung berbahan silikon karbida yang tahan korosi dirancang untuk mendinginkan, mengkondensasi, memanaskan, dan menguapkan bahan kimia yang sangat korosif. Dibuat menggunakan tabung silikon karbida yang disinter langsung dan disegel dalam header F4 yang dilapisi PFA/FFKM atau header baja, penukar panas ini memiliki ketahanan korosi yang unggul.

TEMA mengklasifikasikan penukar panas berdasarkan konfigurasi kepala dan cangkang bagian depan yang tidak bergerak. Penukar panas ini dapat beroperasi dengan aliran paralel maupun aliran berlawanan.

Keuntungan

Penukar Panas Cangkang dan Tabung terdiri dari tabung-tabung silikon karbida yang terbungkus dalam cangkang berbahan baja tahan karat atau dilapisi PFA, di mana satu fluida bersirkulasi melalui tabung-tabung tersebut sementara fluida lainnya mengalir di atas tabung-tabung tersebut dan melalui cangkang itu sendiri, dengan perpindahan panas terjadi melalui konduksi dari satu fluida ke fluida lainnya. Aplikasi yang sesuai untuk penukar panas jenis ini meliputi proses pendinginan, kondensasi, dan pemanasan, serta aplikasi absorpsi atau penguapan.

Silikon karbida memiliki ketahanan korosi yang luar biasa, sehingga mampu bertahan dengan baik terhadap asam sulfat, asam nitrat, asam fosfat, campuran asam, asam fluorida, dan alkali kuat. Oleh karena itu, material ini menjadi pengganti grafit yang sangat baik di lingkungan yang sangat korosif. Selain itu, silikon karbida yang disinter langsung (SSiC) dapat dilas dengan mudah dibandingkan dengan SiSiC yang mengandung silika bebas yang dapat terkorosi oleh larutan kimia dan tercuci keluar dari penukar panas akibat serangan kimia terhadap silika bebas yang terdapat di dalam silikon karbida yang telah diinfiltrasi (SiSiC).

Penukar panas tipe cangkang dan tabung lebih ringkas dibandingkan penukar panas tipe pelat, serta memiliki keunggulan karena dapat dibuka dengan mudah untuk diperiksa tanpa perlu dibongkar. Penukar panas tipe SR dari GAB Neumann dilengkapi dengan sistem sekat yang ditopang trunnion, sehingga memungkinkan akses untuk pembersihan di kedua ujungnya—yang memudahkan akses pemeliharaan di kedua ujung tersebut.

Aplikasi

Silikon karbida memiliki banyak aplikasi di lingkungan industri dan merupakan alternatif yang ekonomis dibandingkan bahan perpindahan panas konvensional. Dengan ketahanan korosi dan konduktivitas termal yang unggul, silikon karbida menawarkan masa pakai yang lebih lama, disertai dengan biaya pemeliharaan yang lebih rendah dan efisiensi energi yang lebih tinggi.

Penukar panas dengan desain ini terdiri dari sekumpulan tabung tertutup yang diisi oleh satu fluida yang mengalir di dalamnya, sementara fluida lain mengalir di sekelilingnya, sehingga jalur aliran keduanya tetap terpisah tanpa terjadi kontak langsung antarfluida. Turbulensi yang dihasilkan oleh sekat aliran di cangkang dan turbulator internal di dalam tabung membantu meningkatkan kinerja dengan menghilangkan titik-titik mati dalam prosesnya.

Tabung keramik memiliki struktur yang padat sehingga secara alami tahan terhadap penumpukan kotoran, sehingga memperpanjang interval antara siklus pembersihan dan mengurangi waktu henti. Selain itu, konduktivitas termal SiC yang sangat baik serta koefisien ekspansi termal (CTE) yang rendah menjadikannya pilihan bahan yang sangat baik untuk aplikasi yang melibatkan fluktuasi suhu yang cepat.

Penukar panas Umax dirancang dengan konsep sanitasi yang memudahkan proses pembersihan dan perbaikan tanpa mengganggu tabung-tabung lain dalam rakitannya atau harus melepas komponen-komponennya. Hal ini secara signifikan mengurangi waktu henti dan biaya, sekaligus memastikan permukaan yang secara inheren tahan terhadap penumpukan kotoran tetap aman saat dibersihkan dengan pencucian bertekanan atau pembersihan kimia tanpa menimbulkan kerusakan; keandalan sistem pun semakin ditingkatkan berkat penggunaan segel O-ring ganda yang dipasang secara bersamaan pada kedua lembaran tabung dan pelat penyeimbang sekunder.

Desain

Penukar panas tipe selubung dan tabung dari silikon karbida mentransfer panas antara fluida panas dan fluida dingin menggunakan tabung-tabung yang terbungkus di dalam selubung baja berbentuk silinder. Salah satu persyaratan utama penukar panas jenis ini adalah kemampuannya untuk menangani variasi suhu yang besar dan tekanan yang tinggi; sekat membantu mengatur aliran, sementara turbulator internal memastikan turbulensi yang seragam di sisi tabung guna meningkatkan efisiensi perpindahan panas sekaligus mengurangi masalah pengendapan.

Ketahanan terhadap korosi merupakan komponen penting dalam desain penukar panas tipe shell-and-tube berbahan silikon karbida, dan unit-unit ini sering kali diintegrasikan ke dalam proses kimia atau farmasi yang menggunakan zat-zat yang sangat korosif. Untuk menjaga kemampuannya dalam menangani berbagai bahan kimia tetap optimal, lapisan F4 atau PFA sering kali digunakan baik pada tabung maupun cangkangnya.

Struktur padat pada tabung keramik SiC membuatnya secara alami tahan terhadap penumpukan kotoran dibandingkan dengan bahan lain yang umum digunakan dalam aplikasi perpindahan panas, yang secara signifikan memperpanjang waktu operasional antara periode penghentian untuk pemeliharaan dan menghasilkan produktivitas yang lebih tinggi. Selain itu, jenis keramik ini memiliki konduktivitas termal yang tinggi, nilai CTE yang rendah, serta kekuatan luar biasa yang membuatnya hampir kebal terhadap guncangan termal.

Pemasangan

Desain penukar panas tipe shell-and-tube berbahan silikon karbida sangat dipengaruhi oleh kondisi proses; oleh karena itu, pemilihan jenis dan ukuran perangkat yang tepat sangat bergantung pada faktor-faktor seperti laju aliran, rentang suhu, rentang tekanan/suhu desain, kompatibilitas bahan/masalah pengendapan, serta berbagai pertimbangan lainnya. TEMA juga mengatur desain strukturnya melalui identifikasi/klasifikasi spesifik dari berbagai jenis penukar panas cangkang dan tabung.

Perangkat termal umumnya terdiri dari selubung yang dilengkapi penutup saluran beserta sekat-sekat. Bagian dalam saluran ini dilapisi dengan lembaran tabung—di mana tabung-tabung tersebut dipasang. Setiap lembaran tabung dilengkapi dudukan penahan tersendiri yang dilengkapi dengan dudukan koaksial berbentuk lingkaran yang dirancang untuk menampung bagian ujung tabung silikon karbida.

Tabung silikon karbida disegel menggunakan cincin-O berbahan perfluoroelastomer (PFKM) yang ditekan secara bersamaan ke kedua pelat tabung, sehingga menciptakan segel ganda untuk melindungi penukar panas dari bahan kimia agresif serta suhu dan tekanan tinggi. Rangkaian penukar panas tipe SR shell-and-tube dan SE block dari Corresic menawarkan berbagai solusi untuk proses industri yang sangat korosif atau abrasif, termasuk pengenceran larutan asam sulfat pekat.