EVAPORASIEvaporasi adalah proses penguapan yang bertujuan untuk
memekatkan atau menaikkan konsentrasi larutan. Evaporator adalah
suatu alat yang berfungsi untuk menaikkan konsentrasi larutan
dengan cara menguapkan air yang ada didalamnya. Dalam proses
evaporasi komponen-komponen yang diuapkan : 1. Volatile (komponen
yang mudah menguap) yang disebut solvent.2. Nonvolatile (komponen
yang sukar menguap) biasanya disebut solute.Hasil evaporasi adalah
suatu tart pekat.Beberapa karakteristik yang mungkin terjadi dalam
proses evaporasi suatu cairan atau liquida.1. Pemekatan atau
penaikkan konsentrasiLiquida yang pekat ini density dan viskositas
nya akan lebih besar bila berbentuk kristal.2. Terjadi buih atau
busaUntuk zat-zat organik tertentu pada proses evaporasi liquida
sering terjadi buih atau busa pada permukaan nya.3. Temperature
sensitivity (kepekaan terhadap suhu)Pada beberapa larutan atau zat
khususnya yang dapat menghasilkan obat-obatan dan makanan,peka
terhadap suhu,sehingga dalam proses pemekatannya dipakai cara-cara
yang khusus dengan pemanasan steam.4. Kerak (scale)Pada proses
evaporasi sering terjadi kerak sehingga harus dilakukan pembersihan
secara continue.
EVAPORATOREvaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah
sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari
bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar,
untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari
cairan. Evaporator umumnya terdiri dari tiga bagian, yaitu penukar
panas, bagian evaporasi (tempat di mana cairan mendidih lalu
menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari cairan lalu
dimasukkan ke dalam kondenser (untuk diembunkan/kondensasi) atau ke
peralatan lainnya. Hasil dari evaporator (produk yang diinginkan)
biasanya dapat berupa padatan atau larutan berkonsentrasi. Larutan
yang sudah dievaporasi bisa saja terdiri dari beberapa komponen
volatil (mudah menguap). Evaporator biasanya digunakan dalam
industri kimia dan industri makanan. Pada industri kimia, contohnya
garam diperoleh dari air asin jenuh (merupakan contoh dari proses
pemurnian) dalam evaporator. Evaporator mengubah air menjadi uap,
menyisakan residu mineral di dalam evaporator. Uap dikondensasikan
menjadi air yang sudah dihilangkan garamnya. Pada sistem
pendinginan, efek pendinginan diperoleh dari penyerapan panas oleh
cairan pendingin yang menguap dengan cepat (penguapan membutuhkan
energi panas). Evaporator juga digunakan untuk memproduksi air
minum, memisahkannya dari air laut atau zat kontaminasi lain.
Prinsip KerjaEvaporator adalah alat untuk mengevaporasi larutan
sehingga prinsip kerjanya merupakan prinsip kerja atau cara kerja
dari evaporasi itu sendiri. Prinsip kerjanya dengan penambahan
kalor atau panas untuk memekatkan suatu larutan yang terdiri dari
zat terlarut yang memiliki titik didih tinggi dan zat pelarut yang
memiliki titik didih lebih rendah sehingga dihasilkan larutan yang
lebih pekat serta memiliki konsentrasi yang tinggi.1. Pemekatan
larutan didasarkan pada perbedaan titik didih yang sangat besar
antara zat-zatnya.2. Titik didih cairan murni dipengaruhi oleh
tekanan.3. Dijalankan pada suhu yang lebih rendah dari titik didih
normal.4. Titik didih cairan yang mengandung zat tidak mudah
menguap (misalnya: gula)akan tergantung tekanan dan kadar
zattersebut.5. Beda titik didih larutan dan titik didih cairan
murni disebut Kenaikan titik didih (boiling)Proses evaporasi dengan
skala komersial di dalam industri kimia dilakukan dengan peralatan
yang namanya evaporator. Ada empat komponen dasar yang dibutuhkan
dalam evaporasi yaitu : Evaporator, kondensor , injeksi uap, dan
perangkap uap.1. Kondensor: Kondensor adalah salah satu jenis mesin
penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi untuk
mengkondensasikan fluidaInjeksi uap2. Perangkap uap: Evaporasi
dilaksanakan dengan cara menguapkan sebagian dari pelarut pada
titik didihnya, sehingga diperoleh larutan zat cair pekat yang
konsentrasinya lebih tinggi. Uap yang terbentuk pada evaporasi
biasanya hanya terdiri dari satu komponen, dan jika uapnya berupa
campuran umumnya tidakdiadakan usaha untuk memisahkan
komponen-komponennya.
Bahan konstruksi dari evaporatorBahan evaporator terbuat dari
cost lion atau baja sedang material khusus seperti
Cu,Ni,Al,stainless steel,grafit,timah hitam,sering digunakan
sebagai feed atau umpan. Pemilihan evaporator tergantung dari sifat
fisika dan kimia liquid yang digunakan.
Belahan dari pipa pipa evaporator
Tipe-Tipe Evaporator Tipe evaporator berdasarkan banyak
proses
1. Evaporator efek tunggal (single effect)Yang dimaksud dengan
single effect adalah bahwa produk hanya melalui satu buah ruang
penguapan dan panas diberikan oleh satu luas permukaan pindah
panas.
Evaporator single effects
2. Evaporator efek gandaDi dalam proses penguapan bahan dapat
digunakan dua, tiga, empat atau lebih dalam sekali proses, inilah
yang disebut dengan evaporator efek majemuk. Penggunaan evaporator
efek majemuk berprinsip pada penggunaan uap yang dihasilkan dari
evaporator sebelumnya.Tujuan penggunaan evaporator efek majemuk
adalah untuk menghemat panas secara keseluruhan, hingga akhirnya
dapat mengurangi ongkos produksi. Keuntungan evaporator efek
majemuk adalah merupakan penghematan yaitu dengan menggunakan uap
yang dihasilkan dari alat penguapan untuk memberikan panas pada
alat penguapan lain dan dengan memadatkan kembali uap tersebut.
Apabila dibandingkan antara alat penguapan n-efek, kebutuhan uap
diperkirakan 1/n kali, dan permukaan pindah panas berukuran n-kali
dari pada yang dibutuhkan untuk alat penguapan berefek tunggal,
untuk pekerjaan yang sama.
Evaporator efek gandaPada evaporator efek majemuk ada 3 macam
penguapan, yaitu :a. Evaporator Pengumpan Muka (Forward-feed)b.
Evaporator Pengumpan Belakang (Backward-feed) c. Evaporator
Pengumpan Sejajar (Parallel-feed)
Tipe evaporator berdasarkan bentuknya:
1. Falling Film EvaporatorPada evaporator jenis ini cocok untuk
mengoparasikan zat yang sensitive terhadap panas pada konsentrasi
tinggi,contohnya pada pemekatan orange juice. Evaporator ini
berbentuk tabung panjang (4-8 meter) yang dilapisi dengan jaket uap
(steam jacket). Distribusi larutan yang seragam sangat penting.
Larutan masuk dan memperoleh gaya gerak karena arah larutan yang
menurun. Kecepatan gerakan larutan akan mempengaruhi karakteristik
medium pemanas yag juga mengalir menurun. Tipe ini cocok untuk
menangani larutan kental sehingga sering digunakan untuk industri
kimia, makanan, dan fermentasi.Proses : Cairan yang akan dipekatkan
dimasukkan dari bagian atas kolom yang kemudian mengalir kebawah
bagian tube yang telah dipanaskan, (besarnya tube 1 2-10o
diameter). Pada bagian bawah dilengkapi pompa untuik mensirkulasi
cairan keatas guna mendapatkan konsentrasi yang diinginkan. Problem
utama alat ini adalah bagaiman kita dapat mendistribusikan liquid
secara merata ke tube bagian dalam sebagai film. Dalam hal ini kita
bisa memasang : Plate yang berlubang pada bagian atas tube Spider
distributor pada masing-masing tube Spray nozzle pada masing-masing
tube.
2. Rising Film (Long Tube Vertical) EvaporatorPada evaporator
tipe ini, pendidihan berlangsung di dalam tabung dengan sumber
panas berasal dari luar tabung (biasanya uap). Buih air akan timbul
dan menimbulkan sirkulasi.
Proses : Long vertikal tube evaporator (kestner evaporator)
dengan sirkulasi alam (natural circulation) dimana liquida masuk
kedalam tube dan steam mengalir diluarnya (dalam steam chest)
liquida yang masuk tube tingginya tidak lebih dari 2 atau 3 ft
diatas dasar tube. Setelagh mengalami pendidihan maka kecepatan
liquida didalam akan tinggi,sehingga pada vapor head dipasang
buffle (deflektor) untuk mencegah buih atau busa yang terjadi. Pada
alat ini dipasang reflux untuk mempertinggi ukuran tube. 1 1/4 - 2
1/2 inc diameter. 10 20 ft panjang.Tube panjang gunanya:
Memperlancar konduksi panas Memperbesar kecepatan aliran liquida
dalam tube hingga tidak terjadikristalisasi dalam tube.
Alat ini cocok untuk cairan atau larutan yang berbusa dan
sensitive pada panas,dan tidak cocok untuk larutan yang membentuk
salting (garam).
RisingFilmEvaporator
Long Tube Evaporator dengan Forced CirculationAda 2 macam force
circulation: 1. Dengan Internal Heating Element2. Dengan External
Heating element
Pada evaporator jenis ini larutan dipompa melalui HE karena
adanya tekanan hidrostatik dari liquida sendiri maka mendidihnya
larutan dalam tube dapat dicegah dan larutan baru mendidih ini di
dalam evaporator secara flashing,dimana larutan yang mendidih
tersebut bila terdapat entraitment dan buih akan dipecahkan oleh
deflector sehingga terjadi penetesan kembali. Letak HE bila didalam
evaporator atau diluar evaporator yang sering dipakai
dipabrik-pabrik adalah LTVE dengan external heating karena mudah
dalam membersihkan,perbaikan,dan penggantian tube.
A. LTE dengan Forced-Circulation with Internal Heating
ProsesProses : Feed masuk,kemudian dipompa menuju tube-tube dan
mengisinya hingga hamper penuh. Stean dimasukkan pada pipa-pipa
yang menyelubungi pipa feed,sehingga membuat feed mendidih.
Percikan-percikanb feed atau uap yang masih mengandung air yang
sangat halus ditangkap oleh deflector dan terjadi penetasan
kembali,sedangkan uap yang bebas air keluar melalui saluran vapor.
Sedangkan cairan kental yang terbentuk jika telah memenuhi syarat
untuk keluar dikeluarkan melalui saluran thick liquor,jika belum
memenuhi syarat maka direcycle.
B. LTE dgn Forced-Circulation with External HeatingProses : Feed
masuk kemudian dipompa menuju HE kemudian mendidih dan dimasukkan
kedalam evaporator (dengan cara tangensial untuk mempercepat
pemisahan uap air dan liquida). Uap air naik keatas dan liquida
mengalir kebawah. Jika liquida yang sudah cukup kental maka
dikeluarkan melalui discharge. Jika belum memenuhi syarat untuk
keluar maka direcycle kembali.
Perbedaan Internal Heating dan External Heating Internal :
Pemeriharaan dan perbaikkan sukar Jarang dipakai Pemanasan terjadi
didalam tabung
External : Pemeliharaan dan perbaikkan lebih mudah Lebih umum
dipakai Pemanasan terjadi diluar tabung dan Memakan tempat yang
luas.
3. Horizontal-tabung Evaporator (Horizontal Tube
Evaporator)Disebut horizontal karena tube-tubenya terletak
horizontal, karena kondisinya yang demikian, harga evaporator ini
relative murah dengan konstruksi design yang memudahkan penggantian
tube-tubenya. HTE merupakan evaporator yang sudah tua dan jarang
digunakan. Tube tube dalam HTE merupakan tempat masaknya pemanas
(biasanya steam). Evaporator horisontal-tabung merupakan
pengembangan dari panci terbuka, di mana panci tertutup dalam,
umumnya dalam silinder vertikal. Tabung pemanas disusun dalam
bundel horisontal direndam dalam cairan di bagian bawah silinder.
Sirkulasi cairan agak miskin dalam jenis evaporator.Kekurangannya :
Perpindahanpanasnya(rateheat-transfer)rendah sekali,khususnya untuk
liquid yang vicous Karena sirkulasi yang kecil Mudah terjadi kerak
pada bagian luar tube Pembersihan sukar dilakukan
Karena alasan-alasan itulah,alat ini cocok untuk : Larutan non
viscous (encer) Larutan yang tidak mengandung endapan atau difosit
~ Larutan yang tidak terjadi endapan kristal Kapasitas kecil
Larutan yang tidak menimbulkan buih (foaming)ProsesFeed masuk
(diluar pipa), baru kemudian steam (didalam pipa), didalam pipa
atau tube terjadi perpindahan panas karena adanya pemanasan,
sehingga liquid yang diluarnya mendidih dan uap yang terjadi
mengalir keatas, kemidian liquidnya menjadi pekat, lalu dikeluarkan
melalui lubang bagian dasar evaporator, sedangkan kondensat
dikeluarkan melalui lubang yang sudah disediakan, demikian juga gas
non kondensat dikeluarkan melalui vent.Gambar :
4. Vertikal-tabung Evaporator (Vertikal Tube
Evaporator)Evaporator jenis ini yang sering digunakan adalah tipe
standart. Pada mulanya vertikal tube evaporator yang dibuat tanpa
adanya down tube ( ruang kosong antara 2 tube-sheet ) tetapi
kemudian dengan adanya down tube ini lebih menguntungkan pada
perpindahan panas.Dibanding dengan horisontal tube evaporator
perpindahan panas vertikal tube evaporator lebih baik. Aliran
liquida yang ada didalam vertikal tube evaporator terjadi karena
perbedaan density. Kerak-kerak yang mungkin terjadi mudah
dibersihkan. Dengan menggunakan tabung vertikal, bukan horizontal,
sirkulasi alami dari cairan dipanaskan dapat dibuat untuk
memberikan transfer panas yang baik.
Gambar :
Dalam vertikal tube evaporator dapat dibagi lagi menjadi
beberapa bagian antara lain:a. Standard Vertikal Tube
EvaporatorUntuk jenis ini letak tube pada body evaporator adalah
vertical.
ProsesFeed masuk evaporator kemudian masuk tube melalui bawah
(tinggi cairan hampir sama dengan tinggi tube) steam masuk ke
pembungkus tube (dirongga steam). Jadi cairan berada didalam tube
sedangkan steam berada diluarnya, cairan akan mendidih didalam
tube. Cairan yang sudah pekat keluar disalurkan melaluyi down take
dan dikeluarkan dari bawah evaporator, sedangkan kondensat, vapol,
dan non kondensat gas keluar dari tempat ytang sudah disediakan.
Luas down take 75-100% dari luias gabungan seluruh tube.b. Basket
Vertikal Tube EvaporatorBentuk tube sama dengan standard vertikal
tube evaporator hanya disini ditambahkan buffel atau deflector
untuk menampung entraintment (percikan) yang terjadi didalam basket
evaporator karena liquida mendidih didalam tube,maka liquida
didalam tube bergerak naik ke atas kemudian jatuh kembali melalui
saluran yang sudah ditentukan.
ProsesFeed masuk evaporator kemudian melalui bagian bawah masuk
kedalam tube-tubenya. Steam dimasukkan ke pembungkus tube, hingga
mendidihkan feed dalam tube. Cairan yang telah pekat keluar melalui
saluran bagian dasar evaporator,sedangkan uap yang mungkin masih
mengandung air yang sangat halus ditangkap oleh deflector untuk
kemudian dimasukkan pipa lagi,sedangkan uap yang bebas air keluar
melalui saluran bagian atas evaporator.Gambar :
5. Plate EvaporatorMempunyai luas permukaan yang besar, Plate
biasanya tidak rata dan ditopangoleh bingkai (frame). Uap mengalir
melalui ruang-ruang di antara plate. Uap mengalir secara co-current
dan counter current terhadap larutan. Larutan dan uap masuk ke
separasi yang nantinya uap akan disalurkan ke condenser. Eveporator
jenis ini sering dipakai pada industri susu dan fermntasi karena
fleksibilitas ruangan. Tidak efektif untuk larutan kental dan
padatan.
A = ProductB = Concentrate C = CondensateD = Heating steam E =
Vapour 1 = Main separator 2 = Pre-separator 3 = Plate calandria
6. Multiple effect Evaporator Multiple effect evaporators
merupakan peralatan yang dirancang dengan tujuan meningkatkan
efisiensi energi dari proses evaporasi yang berlangsung dengan
menggunakan energi panas dari steam (uap) untuk menguapkan air.
Prinsip dasar dari jenis evaporator ini yaitu menggunakan
panas/kalor yang dilepaskan/disediakan dari proses kondensasi pada
satu efek untuk memberikan panas bagi efek lainnya. Uap yang
terbentuk dari separator first effect akan memanasi komponen yang
sedang berada di unit second effect, ketika steam awal (steam
langsung) sedang memanasi komponen yang berada pada unit first
effect. Pada suatu multiple-effect evaporator, air dididihkan pada
suatu rangkaian wadah (vessel), masing-masingnya dilangsungkan pada
tekanan yang lebih rendah dibandingkan dengan dengan unit
sebelumnya. Karena titik didih dari air berkurang/menurun seiring
dengan penurunan tekanan maka uap yang terbentuk dari satu wadah
dapat digunakan untuk memanaskan unit berikutnya dan hanya pada
vessel pertama.(pada tekanan tertingi) membutuhkan sumber panas
eksternal. Laju uap dan air pendingin bagi unit double effect
diperkirakan 50% dibandingkan dengan unit single effect. Laju alir
berbagai jenis bagi multiple effect berkisar antara 3000 LPH sampai
dengan 50,000 LPH.
KeuntunganMultipleEffectEvaporator
Keuntungan utama penggunaan sistem Multiple Effect Evaporators
yaitu energi yang ekonomis dan efisien. Ekonomi energi bagi
multiple effect evaporators bergantung pada jumlah unit efek
(number of effects) dan berkisar dari 220 kkal energi panas per 1
kg air yang diuapkan. UntukTriple Effect Evaporatorsampai dengan
120 kkal untuk sebuahSix Effect Evaporator. Oleh karena biaya
operasi dari sistemMultiple Effect Evaporatorsekonomis maka sistem
dengan aliran dengan debit besar menyukai aplikasi ini pada semua
sektor industri dan khususnya pada proses produksi garam dan
desalinasi air. Sistem ini sudah terbukti sangat ekonomis, dengan
prosesnya menggunakan gas panas dengan suhu di atas 250 0C atau
biaya uap yang rendah pada tekanan moderat sekitar 7 bar sampai 21
bar yang dibangkitkan dari energi biomassa/ batubara/ waste heat
yang tersedia.
Aplikasi Multiple Effect Evaporators :1.Proses Desalinasi Air
Laut2.Produksi Garam3.Industri Air ( Daur ulang air dari sungai
penyulingan )4.Pelepasan Senyawa Kimia dengan cairan 0 % (zero
liquid)5.Cat
Aplikasi dari EvaporatorAplikasi dari evaporator antrara lain
digunakan pada pabrik gula, pabrik, garam, industri bahan kimia,
industri makanan dan minuman, dan kilang minyak. Proses evaporasi
telah dikenal sejak dahulu, yaitu untuk membuat garam dengan cara
menguapkan air dengan bantuan energi matahari dan angin. Kegunaan
utama dari evaporator adalah menguapkan air pada larutan sehingga
larutan memiliki konsentrasi tertentu. Pada industri makanan dan
minuman, agar memiliki mutu yang sama pada jangka waktu yang lama,
dibutuhkan evaporasi. Misalnya untuk pengawetan adalah pembuatan
susu kental manis. Evaporasi merupakan satu unit operasi yang
penting dan biasa dipakai dalam industri kimia dan mineral,
misalnya industri aluminium dan gula. Evaporator juga digunakan
untuk mengolah limbah radioaktif cair. Kegunaan lainnya adalah
mendaur ulang pelarut mahal seperti hexane ataupun sodium hydroxide
pada kraft pulping bisa juga untuk menguapkan limbah agar proses
penanganan limbah lebih murah. Contohcontoh Operasi Evaporasi dalam
Industri Kimia lainnya yaitu : Pemekatan larutan NaOH, Pemekatan
larutan KNO3, Pemekatan larutan NaCL, Pemekatan larutan nitrat dan
lain-lain.Tugas perancangan alat proses
EVAPORATOROLEHKELOMPOK II Sri wahyuni Nurul Rahmah Lisa Luzwanda
Shinta Raihan Reza Riandy Pratama Rahmaniar
FAKULTAS TEKNIKJURUSAN TEKNIK KIMIAUNIVERSITAS
MALIKUSSALEH2014
KATA PENGANTAR
Segala puji atas kebesaran Sang Khalik yang telah menciptakan
alam semesta dalam suatu keteraturan hingga dari lisan terpetik
berjuta rasa syukur kehadirat Allah SWT. Karena atas limpahan
rahmat dan hidayah-Nyalah sehingga kami diberikan kekuatan dan
kesempatan menyelesaikan makalah listrik dan magnet dengan
judulEvaporatoryang terlaksana dengan baik. Salawat dan Salam
senantiasa tercurah kepada baginda Nabi Muhammad SAW, yang di utus
ke permukaan bumi ini menuntun manusia dari lembah kebiadaban
menuju ke puncak peradaban seperti sekarang ini.Kami menyadari
sepenuhnya, dalam penyusunan makalahinitidak lepas dari tantangan
dan hambatan. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran
dari pembacamakalahini, supaya dalam penyusunan selanjutnya lebih
baik lagi.Akhirnya dengan segala kerendahan hati kami menyadari
bahwa hanya kepada Allah SWT jualah kami menyerahkan segalanya.
Semoga kita semua mendapat curahan rahmat dan ridho dari-Nya,
Amin.
Reuleut, Oktober 2014
TIM PENYUSUN
DAFTAR PUSTAKABadger, Waiter & Banchero, Julius,
Introduction to ChemicalEngineering, 1955, Kosaldo Printing Co, Ltd
: Tokyo, Japan. Brown, Granger, George, Unit Operations, 1950,
Modern Asia Edition: Tokyo, Japan.Donald Q. Kern. Process Heat
TransferPerry, H, Robert, Chemical Engineers Handbook Edition 5,
1973, MC Graw Hill Company : Tokyo, Japan.Principles of unit
operations second edition, Jhon Wiley & sons www. google.
com