BAB Evaporator PrinsipKerja&Alat

BAB VI. EVAPORATOR EVAPORATOR – PRINSIP PRINSI P KERJA K ERJA DAN DA N PERALATAN PERALATAN PENGURANGAN KADAR AIR Tujuan Tujuan dari evaporasi evaporasi adalah adalah memekatkan larutan yang mengandung mengandung zat zat yang sulit menguap (non-volatile ( non-volatile solute) solute ) dan pelarut yang mudah menguap (volatile solvent ) dengan cara menguapkan sebagian pelarutnya. Pelarut yang ditemui dalam sebagian besar sistem larutan adalah air. Umumnya, dalam evaporasi, larutan pekat merupakan produk yang diinginkan, sedangkan uapnya diembunkan dan dibuang. Sebagai contoh adalah pemekatan larutan susu, sebelum dibuat menjadi susu bubuk. eberapa sistem evaporasi bertujuan untuk mengambil air pelarutnya, misalnya dalam unit desalinasi air laut untuk mengambil air ta!arnya. "vaorasi berbeda dengan distilasi, dalam hal uap yang dihasilkan biasanya merupakan komponen tunggal# bahkan jika uapnya adalah multikomponen, tidak ada usaha untuk memurnikan uapnya menjadi $raksi%$raksi komponen penyusunnya. Tinjau kasus pembuatan pembuatan susu bubuk bubuk dari susu susu cair encer encer.. Proses Proses ini pada dasarnya adalah operasi pengurangan kandungan air. Selama proses, si$at larutan mengalami perubahan drastis, dari larutan susu encer menjadi larutan pekat dan akhirnya menjadi padat&serbuk. 'eseluruhan proses tersebut sulit dilakukan ekonomis dengan hanya menggunakan satu alat saja, sehingga diperlukan beberapa tahapan proses dengan menggunakan peralatan yang berbeda. Pada industri susu bubuk, dua tahapan proses yang umum digunakan adalah evaporasi dan pengeringan (drying ( drying). ). Evaporator  emproses cairan encer sampai menjadi cairan pekat (untuk industri susu sampai kadar padatan sekitar *+) Proses ini dibatasi oleh kekentalan cairan ataupun kemungkinan terjadinya pengendapan karena larutan terlalu pekat. 'ebutuhan panas untuk penguapan air relati$ lebih sedikit. •

•

•

Dryer  isa memproses sampai kadar air padatan sangat rendah dan produk bisa berupa padatan# jadi bisa memproses baik cairan maupun padatan. 'ebutuhan panas relati$ besar# biaya penguapan air dengan dryer kira%kira kira%kira sampai 9x biaya penguapan air dengan evaporator . •

•

-leh karena itu, pada industri susu bubuk, pada tahap pertama digunakan evaporator (yang (yang lebih murah biaya penguapannya) sampai dihasilkan larutan pekat. Tahap berikutnya digunakan dryer (yang (yang lebih mahal biaya penguapannya) penguapannya) untuk memperoleh susu bubuk. Untuk menghemat biaya

Evaporator – Prinsip Prinsip Kerja dan Peralatan Peralatan

1

operasi, perlu diusahakan, pada tahap pertama (yaitu evaporasi) sebanyak mungkin air diuapkan. ontoh diba!ah mengilustrasikan penghematan biaya yang bisa diperoleh dengan / tahapan proses 0arutan 0arutan Susu susu encer 1111 evaporator 112 evaporator 112 susu pekat 11 dryer 112 bubuk (kadar padatan 3+) 4*)

(kadar padatan *+)

(kadar padatan

asis perhitungan 3+++ kg larutan susu encer Padatan dalam susu encer 5

10 100

× 1000 kg

5 3++ kg

Padatan dalam susu p!at " padatan dalam dalam susu n#$ " padatan dalam p$%du! susu &u&u! " '(( !).

Susu pekat hasil evaporasi 5

100 50

× 100 kg

5 /++ kg

6umlah air teruapkan teruapkan dalam dalam evaporator 5 (3+++ (3+++ 7 /++) kg 5 8++ 8++ kg 6umlah susu bubuk bubuk 5

100 95

× 100 kg

5 3+* kg

9ir teruapkan dalam dryer 5 (/++ 7 3+*) kg 5 4* kg. Sehingga jumlah air total yang teruapkan 5 (8++:4*) kg 5 84* kg. Terlihat Terlihat bah!a bah!a jumlah air teruapkan teruapkan dalam dalam evaporator kurang kurang lebih 8; dibanding pada dryer . 6ika biaya penguapan penguapan 3 kg air pada evaporator evaporator aka biaya penguapan 3 kg air pada dryer

5
iaya total 5 8++ ;
PRINSIP KERJA EVAPORATOR Prinsip kerja pemekatan larutan dengan evaporasi didasarkan pada perbedaan titik didih yang sangat besar antara zat%zat yang yang terlarut dengan pelarutnya. Pada industri susu, titik didih normal air (sebagai pelarut susu) 3++ o, sedang padatan susu praktis tidak bisa menguap. 6adi, dengan


2

menguapnya air dan tidak menguapnya padatan, akan diperoleh larutan yang makin pekat. Perlu diperhatikan bah!a titik didih cairan murni dipengaruhi oleh tekanan. akin tinggi tekanan, maka titik didih juga semakin tinggi. >ubungan antara titik didih dengan tekanan uapnya dapat dirumuskan dengan persamaan 9ntoine log( P o )

=

A −

B C + t

Untuk air A air A 5 5 ?,4??83# B 5 3??8,/3# C 5 //8, dimana Po dalam cm>g dan t dalam oC. Titik didih didih larutan yang yang mengandung mengandung zat yang sulit sulit menguap akan akan tergantung pada tekanan dan kadar zat tersebut. Pada tekanan yang sama, makin tinggi kadar zat, makin tinggi titik didih larutannya. eda antara titik didih larutan dengan titik didih pelarut murninya disebut kenaikkan titik didih (boiling point rise). rise ). @ambar diba!ah merupakan contoh kurva titik didih larutan Aa-> dalam air.


3

"vaporasi bisa dijalankan pada suhu lebih rendah dari titik didih normal, dengan cara beroperasi pada tekanan lebih rendah dari 3 atm (tekanan vakum). Pada industri susu, ada dua keuntungan operasi penguapan pada suhu lebih rendah, yaitu (a). mencegah perusakkan susu, dan (b). penghematan energi dengan meman$aatkan uap yang terbentuk sebagai pemanas. Balam evaporator, terjadi C proses penting yang berlangsung simultan, yaitu (a). Trans$er panas (b). Penguapan (trans$er massa) (c). Pemisahan uap dan cairan

Evaporator – Prinsip Kerja dan Peralatan

4

Penguapan umumnya berlangsung cepat, sehingga tidak mengontrol kecepatan keseluruhan proses. Penguapan cairan pada evaporator ukuran standar sudah dirancang oleh manufacturer sedemikian rupa sehingga untuk jumlah penguapan dalam evaporator tersebut, pemisahan uap%cairan sudah bisa berjalan dengan baik. 6adi untuk perhitungan&perancangan evaporator (bentuk standar), yang perlu diperhatikan hanyalah kecepatan trans$er panasnya. Untuk perhitungan kecepatan trans$er panas, diperlukan hitungan neraca massa dan neraca panas. >al%hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan evaporator antara lain 3. akin cepat gerakan Duida dalam evaporator, makin besar nilai koeEsien trans$er panas, sehingga kecepatan trans$er panasnya juga semakin tinggi. /. 'adar zat terlarut makin tinggi, biasanya viskositas larutan semakin tinggi. >al ini mengakibatkan koeEsien trans$er massa menurun sehingga memperlambat trans$er panas. Bisamping itu, jika kekentalan makin tinggi, kadar lokal padatan disuatu titik dalam evaporator bisa terlalu tinggi sehingga dapat mengakibatkan kerusakan padatan (jika padatan sensiti$ terhadap panas), atau pemadatan lokal. C. Pada evaporator dengan konveksi alami (natural convection) dimana gerak Duida diakibatkan oleh beda suhu, maka koeEsien trans$er panas dipengaruhi oleh beda suhu (Ft). Semakin besar Ft, semakin tinggi nilai koeEsien trans$er panas. G. @erakan yang baik dari Duida perlu dijaga. @erakan Duida selain akan meningkatkan trans$er panas, juga dapat mencegah terjadinya konsentrasi atau suhu lokal yang terlalu tinggi, yang bisa mengakibatkan kerusakan padatan atau pemadatan. *. Haktor%$aktor yang mendorong terjadinya endapan perlu dicegah. ?. Untuk bahan yang sensiti$ terhadap panas (mudah rusak pada suhu tinggi), maka suhu evaporasi diusahakan rendah dengan cara menurunkan tekanan operasi. Bisamping itu, !aktu tinggal bahan dalam evaporator dijaga jangan terlalu lama. I. "nergi terbesar pada evaporator adalah untuk penguapan (panas penguapan nilainya sangat besar dibandingkan dengan panas sensibelnya, misal panas penguapan air J *G+ cal&g), sehingga usaha% usaha penghematan panas perlu dilakukan. Salah satu caranya adalah dengan meman$aatkan uap yang timbul sebagai pemanas evaporator.

JENIS0JENIS EVAPORATOR Balam bagian ini akan dibahas skema peralatan evaporasi dan pinsip kerja berbagai evaporator serta beberapa kelebihan dan kekurangan masing% masing.

1. Horizontal Tube Evaporator .


5

9lat ini merupakan evaporator yang paling klasik dan sederhana. "vaporator ini banyak digunakan untuk keperluan%keperluan kecil dengan teknologi sederhana.

Features Tidak memberikan kondisi untuk terjadinya sirkulasi&aliran cairan, sehingga koeEsien trans$er panas rendah yang menjadikan perpindahan panas tidak eEsien. Pengendapan kerak terjadi diluar pipa, sehingga sulit untuk dibersihkan. 'onstruksi alat harus diusahakan sedemikian rupa sehingga bundel pipa bisa dikeluarkan untuk dibersihkan. •

•

2. Basket Evaporator Features Sirkulasi&aliran cairan bisa berjalan dengan baik sehingga koeEsien trans$er panas akibat konveksi alami ( natural convection) besar, menjadikan trans$er panas cukup eEsien. Sirkulasi aliran terjadi secara alami (natural circulation) karena adanya beda rapat massa yang diakibatkan oleh adanya beda $asa antara cairan yang berada diluar pipa dengan cairan yang ada didalam pipa (K dalam%pipa L Klrt%diluar%pipa). Pengendapan kerak terjadi didalam pipa, sehingga lebih mudah untuk dibersihkan. •

•


6

3. Standard Vertical-Tube Evaporator Pada alat ini, cairan mengalir dalam pipa sedangkan steam pemanas mengalir dalam shell. airan dalam tabung mendidih, uap yang timbul bergerak keatas dengan memba!a cairan. Sirkulasi aliran dalam pipa terjadi karena beda rapat massa yang terjadi karena perbedaan $asa antara Duida dalam pipa (yaitu campuran uap%cair) dengan yang diluar pipa (cair). Biatas pipa terdapat ruang uap yang ber$ungsi untuk memisahkan cairan dengan uap. Uap akan menuju lubang pengeluaran diatas, sedangkan cairan jatuh keba!ah mele!ati saluran besar yang ada ditengah bejana, dan kembali bersirkulasi masuk pipa%pipa. 'onveksi alami ( natural convection) berjalan baik sehingga trans$er panas lebih eEsien. 'erak dan endapan terbentuk didalam pipa, sehingga lebih mudah untuk dibersihkan. 9danya sirkulasi menyebabkan cairan berkali%kali kontak dengan permukaan pemanas. >al ini kurang baik untuk bahan%bahan yang tidak tahan terhadap panas, misalnya susu, juice dan berbagai dairy product .


7

4. Lon Tube Vertical Evaporator Untuk memperbesar kecepatan sirkulasi cairan dengan harapan koeEsien perpindahan panas makin tinggi, pipa%pipa trans$er panas dibuat lebih panjang. 9liran cairan, setelah masuk ruang uap untuk dipisahkan dengan uap yang terbentuk, kembali keba!ah melalui pipa diluar evaporator.M 'euntungan 'oeEsien trans$er panas karena sirkulasi alami ( natural circulation) lebih besar, sehingga trans$er panas bisa lebih eEsien. 'erugian 6umlah cairan yang menguap setiap pass sangat besar (karena pipa panjang) sehingga konsentrasi lokal dimulut pipa bagian atas akan sangat tinggi (ingat cairan dalam evaporator tidak homogen, karena adanya perbedaan suhu dan konsentrasi padatan lokal=). >al ini dapat menyebabkan kristalisasi&pembentukan gel pada pipa, sehingga bisa mengganggu sirkulasi aliran.


8

!. Vertical Tube Evaporator "it# $orced %irculation Sirkulasi cairan untuk memperbesar koeEsien trans$er panas dibantu dengan pompa. Perpindahan panas terjadi karena konveksi paksa ( forced convection) sehingga koeEsien trans$er panas bisa lebih tinggi. Bisamping itu, karena arus sirkulasi besar, maka penyumbatan%penyumbatan dalam pipa bisa diatasi oleh aliran oleh pompa. Pipa tidak terlalu panjang. Sirkulasi berjalan cepat, sehingga larutan dalam evaporator lebih homogen. 9danya pompa yang menjadi satu dengan evaporator membuat alat ini lebih mahal (baik biaya pembelian maupun biaya operasinya). 'arena aliran keluar pipa cepat, maka pemisahan uap%cairan dalam ruang uap menjadi lebih sulit, sehingga


9

diperlukan baNe yang lebih baik dan ruang pemisah yang lebih besar dibagian atas.

@ambar (a dan b) diba!ah, yaitu boiling tube evaporator dan submerged tube evaporator adalah contoh lain dari forced circulation vertical tube evaporator 


10

Pada submerged tube type, seluruh pipa pemanas tercelup dalam cairan. Umpan masuk melalui saluran dalam bejana pemisah uap%cair kemudian mengalir kedalam pemanas dari ba!ah. Pada boiling tube type, tidak seluruh pipa pemanas tercelup oleh larutan. 0arutan umpan langsung masuk kebagian ba!ah seksi pemanas.

&. $orced %irculation Evaporator "it# E'ternal Heater Pompa, heat e;changer dan pemisah uap%cairan masing%masing merupakan unit yang terpisah . Untuk mendapatkan alat ini, bias digunakan alat%alat biasa yang dirangkai sendiri. 'elakuan alat ini seperti pada vertical tube evaporator with forced circulation, akan tetapi lebih murah dan Deksibel karena bisa dirangkai sendiri. 9kan tetapi alat ini membutuhkan ruang yang lebih luas (kurang kompak).


11

(. %li)bin $il)* Lon Tube Vertical Evaporator "it# E'ternal Heater


12

Pada prinsipnya sama seperti ong !ube "ertical Evaporator , hanya alat pemanas dan pemisah uap terpisah. Seperti forced circulation evaporator dengan e;ternal heater, alat ini mudah dirangkai sendiri, tetapi kurang kompak. Aama lain dari jenis evaporator diatas adalah #ising Film Evaporator with e$ternal heater .

+. $allin $il) Evaporator Balam falling %lm evaporator , cairan mengalir keba!ah membentuk Elm disekeliling dinding dalam pipa. 9liran disebabkan oleh gaya berat dan gesekan uap. Uap yang terbentuk bergerak keba!ah. eskipun Ft kecil, tetapi aliran tetap baik karena adanya gaya gravitasi (bandingkan dengan natural convection evaporator =). 0uas permukaan pemanasan jauh lebih besar dibandingkan dengan volume cairan dalam evaporator. >al ini memungkinkan trans$er panas yang cukup dan perusakan bahan belum banyak terjadi karena !aktu tinggal yang kecil (volume cairan dalam evaporator kecil). 'apasitas alat ini tidak bisa divariasi terlalu besar. Pembahasan lebih detil tentang alat ini ada pada sub%bab berikutnya. ontoh beberapa jenis falling %lm maupun rising %lm evaporator dapat dilihat pada gambar%gambar diba!ah.


13


14

,. itated $il) Evaporator Aama lain turbulent %lm evaporator atau wiped-%lm evaporator (untuk yang horisontal). "vaporator berbentuk tabung &shell' vertikal atau horizontal, dengan pemanas diluar tabung. Pada sumbu tabung terdapat batang yang dapat diputar, yang dilengkapi dengan sirip%sirip. Pada vertical agitated %lm evaporator , saat batang berputar, cairan bergerak keba!ah akan terlempar ketepi tabung (bagian panas) karena putaran sirip. airan ditepi tabung akan terpental kembali ketengah tabung. Pada bagian atas tabung disediakan ruang untuk pemisahan uap cairan. Trans$er panas berjalan dengan sangat


15

eEsien. Problem penyumbatan dan konsentrasi local yang tinggi dapat teratasi. 9gitated Elm evaporator dirancang untuk larutan yang sangat kental (viskositas tinggi) atau untuk memproduksi padatan. eskipun demikian, alat ini mahal, konstruksinya sulit dan biaya operasinya tinggi (karena perlu tenaga pengadukan).


16

1.

/irect %ontact Evaporator

Pada alat ini, cairan berkontak langsung dengan gas pemanas.

Sumber Houst, et al., 348+


17

'oeEsien trans$er panas sangat besar.
11.

Stirred* /iscontinuous Evaporator

"vaporator jenis ini digunakan untuk mengiapkan larutan dengan viskositas tinggi atau bahkan pasta atau pulpy . Pemanas dapat dialirkan dalam koil (internal heating), jaket pada shell (e$ternal heating) (sumber Sattler and Heindt, 344*, !hermal (eparation Processes).

Sumber Sattler and Heindt, 344* atatan Pada saat sekarang, kebanyakan industri menggunakan evaporator tipe vertical tube evaporator dan agitated %lm evaporator . Pada industri susu (atau bahan makanan&dairy yang sensitive terhadap panas), banyak digunakan falling %lm evaporator . Pada sub%bab dibelakang akan dibahas secara khusus tentang $alling Elm evaporator.


18

PE1ILI2AN JENIS EVAPORATOR Pemilihan jenis evaporator setidak%tidaknya harus memperhatikan $aktor% $aktor berikut • • • • •

• •

'apasitas produksi yang disyaratkan ( throughput re)uired) Oiskositas umpan dan kenaikkan viskositas selama penguapan Produk yang diinginkan padatan, slurry atau larutan pekat Sensitivitas bahan&produk terhadap panas 9pakah larutan yang diproses fouling (menimbulkan kerak) atau nonfouling 9pakah larutan dapat menimbulkan busa ( foaming) 9pakah harus dilakukan pemanasan langsung ( direct heating)

Tabel diba!ah memberikan pedoman pemilihan evaporator dengan memperhitungkan $aktor%$aktor diatas (sumber oulson and
Sumber oulson and
$LL0 $0L EV56T56


19

Seperti telah diuraikan diatas, pada falling %lm evaporator cairan mengalir keba!ah berbentuk Elm dipermukaan dalam tabung karena gaya gravitasi dan gesekan uap yang juga mengalir keba!ah. (team pemanas mengalir dalam shell&diluar pipa. 9lat ini dianggap cocok untuk evaporasi bahan%bahan yang snsiti$ terhadap panas dan suhu tinggi, misalnya susu. Pada falling %lm evaporator , luas permukaan trans$er panas tiap volume cairan dalam evaporator sangat besar. 9rtinya, perbandingan luas trans$er panas tiap volume cairan dalam evaporator sangat tinggi. 0uas trans$er panas yang besar menyediakan $asilitas untuk perpindahan panas yang besar, sedangkan volume cairan dalam evaporator yang kecil berarti !aktu tinggal cairan dalam evaporator kecil sehingga kerusakan bahan dapat diminimalkan. andingkan misalnya a. Pipa dengan B 5 / cm, panjang C++ cm, penuh cairan. 0uas permukaan pipa 5 Q.(B).0 5 Q (/)(C++) 5 ?++ Q cm / Oolum cairan dalam pipa 5 (Q&G).(B /).0 5 (Q&G)(//)(C++) 5 C++ Q cm C. Perbandingan (luas&volume) 5 (?++ Q)&(C++ Q) 5 /&cm b. Pipa dengan B 5 / cm, panjang C++ cm, tebal Elm 5 +,/ cm. 0uas permukaan pipa 5 Q.(B).0 5 Q (/)(C++) 5 ?++ Q cm / Oolum R Q.(B).0 ; +,/ 5 Q(/)(C++)(+,/) 5 3/+ Q cm C Perbandingan (luas&volume) 5 (?++ Q)&(3/+ Q) 5 *&cm. "vaporator masa kini umumnya harus bekerja dengan beda suhu pemanas dan cairan (Ft) yang kecil, dalam rangka memaksimumkan pemakaian kembali panas yang diba!a oleh uap yang terbentuk. Ailai Ft yang kecil ini mengakibatkan konveksi alamiah (natural convection) tidak berjalan baik (ingat nilai koeEsien trans$er panas pada konveksi alamiah tergantung Ft=). Sehingga evaporator yang bekerja berdasarkan konveksi alamiah tidak cocok digunakan. Bengan falling %lm evaporator , meskipun Ft kecil, gerak cairan tetap baik karena adanya gaya berat, sehingga nilai koeEsien trans$er panasnya tetap tinggi, meskipun Ft%nya kecil. Perlu diperhatikan bah!a evaporator jenis forced convection kurang cocok untuk larutan susu, karena (a). akan memerlukan biaya pemompaan, dan (b). sirkulasi aliran akan terlalu banyak sehingga kemungkinan ada cairan yang tinggal terlalu lama dalam evaporator, yang dapat menyebabkan kerusakan susu. Pada falling %lm evaporator , tidak ada sirkulasi cairan. eda suhu, Ft, yang kecil akan mengakibatkan luas trans$er panas yang diperlukan menjadi besar, sesuai dengan persamaan A

=

Q U .∆t

Bimana A 5 luas trans$er panas + 5 jumlah panas yang ditrans$er


20

, 5 koeEsien perpindahan panas overall 6ika penambahan 9 dilakukan dengan penambahan jumlah lubang, maka jumlah cairan yang mele!ati tiap pipa akan terlalu sedikit. >al ini mengakibatkan ada sebagian permukaan pipa yang tidak tertutup cairan, atau tertutup cairan dengan ketebalan terlalu kecil. 9kibat kecepatan penguapan yang besar, dapat terjadi pemadatan dipermukaan pipa (susu menjadi rusak) dan pada akhirnya terjadi scaling (pengotoran). 6adi, penambahan luas permukaan sebaiknya dilakukan dengan memperpanjang pipa, bukan dengan menambah jumlah pipa. Pada saat ini, panjang pipa evaporator dapat mencapai 3* m, dengan Ft R / o. Sekitar /+ tahun yang lalu, panjang pipa evaporator hanya sekitar C atau G m, dengan Ft R 3* o. engingat jumlah cairan yang le!at pipa tidak boleh terlalu kecil, maka kapasitas operasi falling %lm evaporator tidak boleh diubah&dikurangi terlalu banyak, sehingga evaporator jenis ini kurang Deksibel terhadap perubahan kapasitas operasi. erkaitan dengan kesempurnaan pembasahan dinding pipa oleh cairan, muncul parameter yang disebut dengan coverage coecient , sebagai berikut cov erage

coeicient =

jumlah. produk .tiap. jam. pada.ujung .bawah. pipa keliling .dalam. pipa

Falling %lm evaporator harus beroperasi pada level coverage coecient tertentu. Untuk mempertahankan coverage coecient pada tingkat tertentu pada jumlah cairan kecil, bisa digunakan sistem sirkulasi, dimana sebagian produk yang keluar dari ba!ah pipa diumpankan kembali kebagian atas tabung. Bengan sistem ini, jumlah cairan yang mele!ati pipa cukup besar. Sisi negati$nya adalah ada sejumlah cairan yang mengalami sirkulasi berkali%kali sehingga kemungkinan terlalu lama mengalami pemanasan dan akan rusak.


21

ara yang lebih baik yaitu dengan membagi evaporator menjadi / seksi atau lebih (lihat gambar disamping). Bengan alat ini, cairan umpan mengalir pada separuh evaporator sehingga coverage coecient mencukupi. airan keluar dari seksi satu diumpankan ke seksi dua. erbeda dengan sistem sirkulasi, pada alat ini tidak ada kemungkinan cairan yang berkali%kali mengalami sirkulasi. Semua cairan hanya le!at sebanyak / ; saja. Pada falling %lm evaporator , distribusi cairan masuk kesemua pipa perlu diperhatikan dengan cermat. 9da dua sistim distribusi cairan kedalam pipa, yaitu • •

Sistim dinamis Sistim statis

Pada sistem dinamis (lihat gambar diba!ah), distribusi aliran dicapai dengan penyemburan melalui no..le, dan juga diakibatkan oleh /ashing (penguapan cepat) dari cairan keluar no..le (ingat umpan evaporator biasanya pada keadaan cair le!at jenuh, khususnya yang berasal dari evaporator sebelumnya yang tekanannya lebih tinggi). Penyemburan oleh no..le ini didorong oleh pressure drop pada no..le, yang nilainya dipengaruhi oleh jumlah cairan yang le!at. 6ika cairan yang le!at makin banyak, pressure drop akan makin besar, sehingga penyemburan akan makin baik. Sistem dinamis tidak bisa mengakomodasi penurunan kapasitas, karena dengan turunnya kapasitas, pressure drop pada no..le juga akan turun sehingga penyemburan akan berjalan kurang baik dan distribusi cairan tidak berjalan sempurna. Bisamping itu, dengan Ft kecil pada evaporator modern, e$ek /ashing juga kecil sehingga tidak dapat membantu distribusi aliran.


22

Pada sistem statis (lihat gambar diatas), umpan cairan le!at jenuh mula% mula terpisah dari uapnya akibat /ashing. airan masuk ke plat distributor diatas ujung%ujung pipa. Tinggi cairan diatas plat distributor dijaga pada level tertentu. airan mengalir melalui sejumlah lubang pada plat dan tepat jatuh diatas bidang diantara mulut pipa, kemudian terdistribusi pada pipa%pipa. Pada saat yang sama, uap mengalir melalui pipa kecil tepat diatas tabung pemanas. Uap yang keluar le!at pipa kecil ini akan mendorong cairan cairan menempel pada dinding tabung pemanas sekaligus memberikan kecepatan a!al. Sistim statis lebih stabil terhadap perubahan kapasitas, karena jika permukaan cairan diatas plat distribusi naik akibat kenaikkan jumlah cairan masuk, maka aliran cairan melalui lubang juga akan bertambah cepat sehingga mencegah kenaikkan tinggi permukaan. Bemikian pula jika kapasitas turun. 'husus pada pengolahan susu, jika susu yang akan diproses bersuhu rendah (*%3+o) maka sebelum masuk evaporator, larutan susu perlu dipanasi terlebih dulu ( pre-heating). Preheater yang digunakan umumnya ada C jenis, yaitu a0 (piral !ube erbentuk pipa spiral yang diletakkan dalam ruang steam pemanas pada evaporator, sehingga dapat menggunakan panas dari steam dalam evaporator. b0 (trigh-tube


23

Pipa berada diluar evaporator, meskipun panas disuplai dari steam di evaporator. Pembersihan lebih mudah, tetapi karena pressure drop%nya lebih besar maka diperlukan energi untuk pemompaan yang lebih besar. c0 Plate erada diluar evaporator, dan biasanya dipakai sebagai preheater paling a!al yang menggunakan panas dari embunan dari evaporator terakhir.

PENG2E1ATAN ENERGI PADA SISTI1 EVAPORASI. Penghematan panas pada sistim evaporasi dapat dilakukan dengan dua cara a. enggunakan beberapa evaporator yang disusun seri ( multiple-e1ect evaporators). b.
a. ultiple-E7ect Evaporators. Pada prinsipnya beberapa evaporator tersusun seri dan terhubung satu dengan yang lain, tetapi masing%masing beroperasi pada tekanan yang berbeda. @ambar diba!ah merupakan contoh dari evaporator tiga e$ek (triple-e1ect evaporators).

Sumber cabe and Smith, 348*. Tekanan pada evaporator  (P%)  P%  P%, sehingga suhu evaporasi pada evaporator  (T )  T  T. 'oneksi dibuat pada vapor line, dimana uap yang dihasilkan dari evaporator sebelumnya digunakan sebagai pemanas evaporator berikutnya. Uap dari evaporator  (besuhu T  pada P%) praktis


24

dalam keadaan le!at jenuh pada tekanan P%. (team segar (fresh steam) hanya dimasukkan pada e$ek pertama (evaporator%), dimana tekanannya paling tinggi. Pada e$ek terakhir, vapor line dihubungkan dengan sistim vakum, yang bisa berupa condenser dengan pompa va2um atau jet ejector (pada gambar diatas digunakan jet ejector ). Untuk penguapan sampai konsentrasi yang sama dengan kadar umpan yang sama, penggunaan triple e1ect evaporator , dapat menghemat steam sampai /&C%nya dibandingkan jika digunakan evaporator tunggal. (atatan 'ebutuhan steam pada triple e1ect evaporator R 3&C ; kebutuhan steam untuk evaporator tunggal). 'euntungan dan kerugian penggunaan multiple e1ect evaporator  'euntungan biaya operasi lebih murah (penghematan steam). 'erugian iaya investasi lebih tinggi (karena perlu membeli lebih banyak evaporator dan sistim pemvakumannya, pompa dan lain%lain) -perasi dan pengendaliannya lebih sulit. •

•

erdasarkan cara pengumpanannya, ada beberapa jenis susunan multiplee1ect evaporator , diantaranya •

•

•

•

Forward feed Steam pemanas masuk e$ek%3. Umpan (larutan encer) juga masuk ke e$ek%3. >asil e$ek pertama diumpankan ke e$ek%/ dan seterusnya. Uap dari e$ek%3 digunakan sebagai pemanas di e$ek%/, dan seterusnya. Pompa hanya perlu digunakan untuk mengalirkan umpan ke e$ek%3, dan mengeluarkan larutan pekat dari e$ek terakhir. Bac2ward feed Umpan masuk ke e$ek terakhir, selanjutnya larutan hasil e$ek terakhir dialirkan ke e$ek sebelumnya dan seterusnya. Pada akhirnya, produk (yaitu larutan pekat) dikeluarkan dari e$ek pertama. Steam pemanas masuk ke e$ek%3. Uap hasil e$ek%3 digunakan sebagai pemanas pada e$ek%/ dan seterusnya. Pompa perlu digunakan untuk mengalirkan larutan dari e$ek%n ke e$ek%(n%3) dan seterusnya, karena tekanan pada e$ek%n (P n) L Pn%3 L Pn%/ dan seterusnya. 3i$ed feed 0arutan encer (umpan) masuk ke e$ek%intermediate (ditengah), mengalir secara forward ke e$ek berikutnya sampai e$ek terakhir. Bari e$ek terakhir, larutan dialirkan balik ke e$ek sebelum umpan dan secara bac2ward dialirkan sampai ke e$ek pertama. Sistim ini dapat mengurangi pemakaian pompa, tetapi masih menguntungkan karena larutan paling pekat diuapkan pada e$ek%3, dimana suhunya paling tinggi. Parallel feed umpan segar (larutan encer) dimasukkan secara parallel ke masing%masing e$ek. Steam hanya digunakan pada e$ek%3. Uap hasil e$ek%3 digunakan sebagai pemanas e$ek%/ dan seterusnya.

@ambar diba!ah menjelaskan tentang susunan evaporator diatas.


25

Sumber cabe and Smith, 348*.

b. Vapor 6eco)pression. Pada prinsipnya, uap hasil dari evaporator dinaikkan tekannya dengan cara kompresi, sehingga suhunya akan naik dan bisa digunakan sebagai pemanas evaporator tersebut. 9da dua cara rekompresi uap, yaitu b.3. !hermal "apor #ecompression (!"#)

26

90at lebih murah dan mudah pera!atannya. 'erugian "Esiensi mekanis dari jet rendah Tidak Deksibel terhadap perubahan kondisi operasi. @ambar diba!ah adalah contoh penggunaan TO< pada falling %lm evaporator dua tingkat.

b./. 3echanical "apor #ecompression  Prinsip kerja mechanical vapor recompression dapat dilihat pada gambar diba!ah. Uap yang dihasilkan dari evaporator dikompresi dengan kompresor ( positive displacement compressor atau centrifugal compressor , tergantung tekanan yang diinginkan), sehingga suhu uap akan naik melebihi suhu didih larutan dalam evaporator. Uap kemudian digunakan semabagi pemanas dalam evaporator.


27

PERALATAN PE1BUAT VAKU1 Untuk operasi dengan tekanan diba!ah 3 atm, diperlukan alat pembuat vakum. 9da dua macam alat pembuat vakum yang dikenal secara umum, yaitu a. Pompa vakum iaya investasi lebih tinggi. Tidak memerlukan motive /uid (misalnya steam), tetapi memerlukan energi listrik. 6ika harga energi listrik mahal, maka sebaiknya digunakan jet ejector . b. 4et ejector . Pada prinsipnya berupa nozzle dengan rasio ukuran diameter tertentu. erdasarkan motive /uid%nya, ada dua jenis jet ejector , yaitu (3). (team jet ejector (digunakan dalam sistim evaporasi bertingkat&multistage), dan (/). 5ater jet ejector (misalnya digunakan dalam vacuum %lter ). eskipun biaya investasi dan pera!atan%nya rendah, tetapi konsumsi steam tinggi.


28


29

Tabel diba!ah menggambarkan rentang operasi dari berbagai jenis pompa vakum dan jet ejector .

Sumber Houst, et al., 348+.

Untuk mengurangi beban alat pembuat vakum, jumlah uap yang masuk alat tersebut perlu dikurangi sebanyak%banyaknya dengan cara mengembunkannya dalam condenser. 9da / jenis condenser yang sering digunakan, yaitu a0 3i$ing Condenser Aama lain dari mi$ing condenser adalah barometric condenser . Pada alat ini, uap dan air pendingin dikontakkan langsung dengan sistim semburan air. 'euntungan iaya investasi dan konsumsi air pendingin rendah (sekitar /8 lebih rendah daripada surface condenser ). 'erugian 9ir dan embunan bercampur, sehingga jika terdapat kotoran terba!a dari evaporator (misalnya entrainment ), maka kotoran ini akan terba!a ke cooling tower dan mengakibatkan kontaminasi. @ambar diba!ah adalah barometric condenser satu dan dua tingkat.


30

Sumber ro!n, et al., 34*+

Sumber ro!n, et al., 34*+

b0 (urface Condenser erupakan condenser konvensional berupa selongsong yang didalamnya terdapat pipa%pipa (shell and tubes). 'euntungan embunan dan air pendingin terpisah. 'erugian biaya investasi besar dan kebutuhan air pendingin lebih banyak.

@ambar diba!ah merupakan contoh pemasangan sistim vakum menggunakan barometric condenser dan jet ejector . Pada (a) digunakan steam jet ejector , sedangkan pada (b) digunakan water jet ejector . Perhatikan bah!a pada (b), water jet ejector %nya menjadi satu dengan barometric condenser .


31

BAB Evaporator PrinsipKerja&Alat

Recommend Documents