EVAPORASI

tujuan

menghilangkan air dari larutan

Menghilangkan uap dari boiling liquid

sehingga hanya tinggal konsentrat

Contoh

produksi gula, susu,orange juice

Proses menghasilkan air minum dari air laut

Faktor yg mempengaruhi pemilihan

1. konsentrasi liquid :

Umpan masuk cukup encer viskositas

rendah koefisien heat transfer jadi tinggi

Setelah melewati evaporasi, larutan menjadi

lebih terkonsentrasi viscous koefisien PP

jadi turun

Butuh sirkulasi agar koefisien PP jadi tidak

terlalu turun

2. solubility :

jika larutan di

panaskan dan

konsentrasi solut

atau garam

meningkat,

solubility limit

terlampaui kristal

terbentuk

3. sensitivitas thd suhu :

banyak produk sangat sensitif thd suhu dan akan terurai pada suhu tinggi

Derajat degradasi fungsi suhu dan waktu

4.foaming atau frothing :

beberapa produk spt larutan soda, asam akan membentuk foam atau froth

selama pemanasan. Foam ini akan menguap

5. P dan T:

T boil adalah fs P. P>> maka T >>

Semakin banyak komponen yg menguap maka T boil akan meningkat

Agar T tetap rendah utk material heat sensitif maka operasi dilakukan di

bawah 1 atm

6. pembentukan kerak dan material konstruksi :

akibat peruraian produk atau penurunan

solubilitas overall heat transfer koefisien

menurun evaporator harus di bersihkan

Material evaporator harus tahan korosi

Jenis Evaporator

Prinsip:

Larutan dipanaskan utk menguapkan pelarut,

yg biasanya air.

Panas umumnya disediakan oleh steam

Jenis2peralatan yg digunakan, tgt pd

konfigurasi permukaan heat transfer dan alat

yg digunakan utk mensirkulasi liquid

1. Open kettle or pan

Bentuk yg paling sederhana

Panas disupply oleh steam dalam jacket

atau coil yg dicelupkan ke liquid

Pd bbrp kasus, kettle dipanaskan langsung

Murah dan simple, namun efisiensi panas

jelek

2. Horizontal tube natural circulation

evaporator:

Bundle heating tubes = bundle di HE.

Steam masuk ke tubes kmd berkondesasi.

Kondensat steam kemudian meninggalkan

ujung tubes. Boiling liquid solution

melingkupi tubes. Vapor meninggalkan

permukaan liquid dan keluar di bagian

atas.

Murah, digunakan utk nonviscous liquid

dg koef PP tinggi dan liquid tidak

mengakibatkan deposit

Circulasi liquidnya nya jelek

Dapat digunakan utk operasi kontinyu

3. Vertical type natural circulation evaporator (b)

Digunakan tubes vertical, liquid ada di dalam tubes

dan steam mengembun di luar tubes

Karena pendidihan dan menurunnya densitas, liquid

naik dalam tabung melalui sirkulasi natural dan

mengalir turun melalui downcomer

Tidak digunakan utk viscous liquid

Banyak digunakan di pabrik gula, garam

4. long tube vertical type evaporator

Liquid di dalam tubes dan pembentukan gelembung

uap di dlam tubes menyebabkan pumping action yg

memberikan kecepatan liquid yg cukup besar

Umumnya liquid melewati tubes hanya sekali dan tdk

disirkulasi lagi. Waktu kontaknya singkat

Sering digunakan dii pabrik susu

5.Forced circulation type evaporator

dipompa sehingga menyebabkan sirkulasi paksa dr liquid

dalam tubes Liquid film heat transfet coeff dapat

ditingkatkan

Digunakan utk viscous liquid

6 open pan solar evaporator:

Berupa pemanasan dg matahari

Contoh pembuatan garam

Cara kerja evaporator

Single effect evaporator

Umpan masuk pd T

F

dan saturated

steam pada T

s

masuk ke heat

exchange section

Condensed steam keluar sebagai

condensat

Karena larutan dalam evaporator

diasumsikan sangat tercampur,

concentrated product dan solution

dalam evaporator punya komposisi

dan T1 yg sama. T1 adl boiling point

larutan

P1 adalah tekanan uap larutan pada

T1

Digunakan saat kapasitas yg

dibutuhkan hanya sedikit dan cost

steamnya murah

Forward feed multiple effect evaporator

Single effect boros energy karena

panas latent uap yg dikeluarkan,

tidak dimanfaatkan lagi

Evaporator 1 bekerja pada suhu

cukup tinggi sehingga uap dari

evaporator 1 akan berperan sebagai

heating medium di evaporator ke

dua dst nya

Ditinjau dari segi steam economy (

kg vapor evaporated/kg steam used)

maka akan tinggi

Fresh feed masuk ke evaporator

pertama kmd akan mengalir ke next

evaporator ssi dengan arah aliran

uap. Metode ini digunakan jika feed

nya panas atau jika final

concentrated product rusak pada

suhu tinggi.

Boiling temp akan turun dari

evaporator 1 dst nya. Demikian juga

tekanannya

Backward feed multiple

effect evaporator

Fresh feed masuk di

evaporator terakhir

sedang concentrated

product keluar di

evaporator pertama

Sangat bermanfaat

apabila fresh feed nya

dingin

Butuh pompa karena

liquid mengalir dr

tekanan rendah ke tinggi

Juga digunakan jika

concentrated

productnya sangat

viscous

Parallel feed multiple effect evaporator

Pengambilan concentrated product di tiap

evaporator

Uap dari masing2 evaporator di gunakan utk

memanaskan evaporator berikutnya

Terutama dipakai jika umpan hampir saturated

dan solid crystal merupakan productnya

Overall heat tranfer coefficient dalam

evaporator

Merupakan fungsi

koefisien uap,

bahan dinding

logam, resistansi

kerak, koefisien

film liquid

Perhitungan dalam single effect

evaporator

Umpan F dengan fraksi massa solid

x

F

, suhu T

F

, entalpi h

F

Liquid dengan laju L, fraksi massa

x

L

, suhu T

L

, entalpi h

L

Uap dg laju V dianggap sebagai

pure solvent dengan fraksi massa

solid y

V

= 0, suhu T

1

dan entalpi H

V

Saturated steam yg masuk dengan

laju S, suhu T

S

dan entalpy Hs

Condensed steam yg keluar dr

evaporator dg laju S, diasumsikan

pada suhu Ts (suhu saturasi) dan

entalpi hs

Artinya steam hanya

menyumbangkan panas laten

sebesar

= Hs-hs

Karena NM diasumsikan steady state maka

Massa input = massa output

F=L+V

NM komponen

F.x

F

=L.x

L

NP asumsi tdk ada heat loss krn radoasi dan konveksi maka

Panas input = panas output

Panas di Feed + panas di steam=panas di concentrated liquid+panas di vapor+ panas di condensed

steam

F.h

F

+ S.h

S

=L.h

L

+V.h

v

+S.H

s

Sustitusi latent heat

F.h

F

+S .=L.h

L

+V.H

V

Panas yg ditransfer dalam evaporator (q) =

Q = S(Hs-hs)=S

Harga dapat dicari pd appendix 2

Nilai entalpi feed dan produk seringkali tidak ada, sehingga diperlukan pendekatan2 sbb :

1. latent heat evaporation 1 kg air dari larutan encer dapat diperoleh dari steam table menggunakan

suhu boiling larutan T1

2. jika CpF dan CpL diketahui maka dapat digunakan utk menghitung entalpi

LATIHAN

Single effect evaporator dg umpan 9072

kg/h,konsentrasi umpan 1 %wt, bersuhu 311 K.

konsentrat diharapkan memilki konsentrasi 1,5 %wt.

uap di evaporator bertekanan 101,325 kPa dan

steam masuk pada kondisi jenuh dengan tekanan

143,3 kPa. Overall koefisiean PP (U) = 1704 W/m2.K.

Hitung jumlah uap dan liquid yg dihasilkan serta luas

PP yg dibutuhkan, jika diasumsikan larutan dalam

evaporator sangat encer sehingga suhu boiling

dianggap sama dengan boiling point air.