Evaporasi Evaporasi adalah proses perubahan molekul di dalam keadaan cair (contohnya air) dengan spontan menjadi gas (contohnya uap air). Proses ini adalah kebalikan dari kondensasi. Evaporasi merupakan suatu proses penguapan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Tujuan : a. Untuk memekatkan larutan suatu bahan cair sebelum dilakukan proses pengolahanselanjutnya, misalnya sebelum dilakukan spray drying, drum drying, kristalisasi. b. Mengurangi volume cairan untuk mengurangi biaya penyimpanan, pengangkutan danpengemasan. c. Menurunkan Aw (Activity of Water) dengan meningkatkan kandungan bahan padatdalam bahan untuk membantu pengawetan. d. Memperoleh sifat bahan yang dikehendaki Prinsip Dasar dan Mekanisme Prinsip Dasar : Penguapan terjadi karena cairan mendidih dan berlangsung perubahan fase daricair menjadi uap. Proses pindah panas dan pindah masa yang efektif akan meningkatkankecepatan evaporasi. -
Pada evaporasi terjadi o
Pindah panas : dari steam ke bahan
o
Pindah massa : uap dari bahan
o
Pindah panas dan pindah massa: kecepatan evaporasi
Mekanisme: Mekanisme: -
Panas Laten ditransfer dari steam atau alat pemanas ke bahan
-
Suhu bahan meningkat sampai titik didih
-
Tekanan uap meningkat
-
Terbentuk gelembung-gelembung uap dalam cairan
-
Uap diambil/dikeluarkan dari cairan yang mendidih
Alat yang digunakan dalam proses evaporasi adalah evaporator. Bagian-bagian dalam evaporator adalah : -
Heat exchanger (pemindah panas) heat exchanger ini akan memindahkan panas dari steam ke bahan.
-
Pemisah uap, memisahkan uap dengan bahan.
-
Pompa vakum, memeberikan energi dan menghasilkan uap panas.
-
Kondensor evaporator hanya mengurangi kadar air dengan tidak mengurangi
kandungan yang terdapat didalm bahan. Namun, semakin bagus evaporator (mendekati dengan konsentrasi bahan ideal yang diharapkan) maka biaya yang dibutuhkan akan semakin mahal dan pengoperaian alat akan semakin rumit. Oleh karena
itu,
dalam
memilih
evaporator
harus
memperhatikan
beberapa
pertimbangan diantaranya : -
Kapasitas operasi, berapa banyak kapasitas yang mampu ditampung oleh evaporator.
-
Kemampuan untuk memekatkan bahan hingga konsentrasi tertentu
-
Kemampuan transfer panas terhadap bahan, sehingga dapat ditentukan waktu dengan temperatur yang dibutuhkan selama proses evaporasi.
-
Kemampuan untuk melindungi senyawa volatil
-
Mudah dibersihkan
-
Mudah dioperasikan
-
Biaya yang dibutuhkan tidak terlalu mahal dan sesuai.
Macam-macam evaporator :
Natural circulation evaporators
Open pan evaporator Berlangsung pada Tekanan atmosfer Suhu evaporasi tinggi Kerusakan bahan besar Penggunaan: dalam pembuatan gula kelapa Biaya yang dibutuhkan tidak terlalu mahal Mudah dioperasikan
Evaporator tertutup Tekanan vakum Suhu evaporasi rendah Kerusakan bahan kecil Biaya murah Mudah dioperasikan
Short tube evaporator (evaporator pipa pendek)
Biaya murah Mudah dibersihkan Cocok untuk bahan yang memiliki viskositas tidak terlalu tinggi Biasanya juga digunakan dalam proses sterilidadi dan pasteurisasi Transfer panas tinggi Tidak cocok untuk bahan dengan viskositas tinggi Memungkinkan untuk terjadi kerusakan bahan, karena transfer panas
terlalu besar Contoh : evaporasi susu
Long tube evaporator (Evaporator pipa panjang) Untuk evaporasi bahan yang encer seperti susu. Uap yang digunakan memanaskan bahan biasanya digunakan untuk
memanaskan kembali (digunakan dalam Multple effect evaporator). Dalam long tube evaporator juga terdapat lapisan tipis yang melapisi
evaporator
Mekanisme : Bahan yang akan dimasukkan evaporator terlebih dahulu dipanaskan namun tidak mencapai titik didih (pemanasan pendahuluan), kemudian dimasukkan kedalam tabung evaporator. Didalam evaporator terjadi ekspansi, terjadi transfer panas ke bahan. Uap dipisahkan dari bahan kemudian uap digunakan untuk memanaskan kembali. Terdapay dua jenis long tube evaporator :
1. Climbing-film evaporator :
-
Bahan masuk dari bawah
-
Untuk bahan viskositas rendah
2. Falling-film evaporator ;
-
Bahan masuk dari atas
-
Untuk bahan dengan viskositas lebih pekat (e.g : jus buah)
Forced circulation evaporators
Plate evaporators Memiliki transfer panas tinggi Perawatannya mudah Membutuhkan biaya mahal 2
Cocok untuk bahan dengan viskositas tinggi (0,3-0,4 Nsm )
expanding-flow evaporator
Berikut merupakan tabel perbandingan waktu dan transfer panas pada masingmasing jenis evaporator :
faktor-faktor yang mempengaruhi transfer panas pada proses evaporasi :
Temperature difference between the steam and boiling liquid . (Perbedaan suhu antara uap dan bahan boiling liquid’) terdapat dua cara : ‘
-
meningkatkan tekanan dan temperatur uap
-
mengurangi atau menurunkan suhu dengan cara menggunakan evaporator o
vakum (suhu akan turun hingga 40 C) kelemahan : -
Metode ini membutuhkan biaya yang tinggi karena alat menggunakan kekuatan tambahan, membutuhkan energi yang besar. Kelebihan :
-
Diperoleh konsentrasi yang lebih pekat
-
Memiliki titik didih lebih rendah, karena tekanannya tinggi.
Transfer panas permukaan wadah. Permukaan wadah berpengaruh terhadap transfer panas terhadap bahan, jika terdapat endapan atau sisa pengolahan pada permukaan wadah maka transfer panas akan semakin lama. Karena panas memanasi kotoran yang ada dipermukaan wadah terlebih dahulu (tidak langsung ke bahan). Wadah yang terbuat dari logam biasanya bersifat korosif. Korosi logam juga menghambat transfer panas, korosi logam dapat dicegah dengan penambahan bahan kimia.
Boundary films. ( Ketebalan lapisan permukaan) semakin tebal lapisan permukaan evaporator maka transfer panas semakin lama, sehingga bahan
berada dalam evaporator lebih lama, dan kerusakan yang ditimbulkan juga akan lebih besar.
Faktor-faktor yang mempengaruhi keekonomisan proses evaporasi : Energi yang digunakan dalam evaporasi dapat diminimalkan untuk menghemat biaya dengan cara : vapour recompression (rekompresi uap) maksudnya menggunakan kembali
uap bertekanan tinggi hasil proses evaporasi, untuk memanasi bahan selanjutnya. Sehingga energi yang digunakan lebih kecil dan biaya yang digunakan juga lebih sedikit. preheating (pemanasan pendahuluan), dengan adanya pemanasan pendahuluan
maka proses evaporasi akan berlangsung lebih cepat. multiple effect evaporation, (efek penguapan ganda)
-
Penggunaannya berprinsip pada penguapan uap yang dihasilkan dari evaporator sebelumnya.
-
Tujuannya untuk menghemat panas secara keseluruhan, hingga akhirnya dapat mengurangi ongkos produksi.
-
Pada evaporator ini tekanan makin kecil dan suhu makin rendah. Dalam MEE digunakan beberapa evaporator yang saling terhubung antara evaporator yang satu dengan yang lain. Uap dari satu efek evaporator digunakan untuk proses pemanasan berikutnya. Ada empat macam teknik evaporasi efek penguapan ganda (multiple effect evaporation) :
1. Ke depan (forward feeding)
Keuntungan : •
Murah,
karena
evaporatornya •
Proses sederhana
tidak
membutuhkan
pompa
pada
setiap
•
Tidak perlu pompa
•
Resiko kerusakan oleh panas pada bahan viskus kecil
Kelemahan : •
Kecepatan heat transfer dan evporasi rendah
•
Perlu steam berkualitas pada awal
Prinsip :
Bahan dan steam masuk dari arah yang sama, uap hasil pemanasn evaporator pertama digunakan untuk pemanasan berikutnya.
2. Ke belakang (backward feeding)
Keuntungan : •
Tidak perlu pemompaan pada feed awal
•
Ekonomis
•
Untuk larutan yang sulit dipekatkan diperlukan steam berkualitas
Kelemahan : •
Diperlukan pompa pada bagian tengah
•
Resiko kerusakan pada produk viskurs tinggi
Prinsip :
Bahan dan steam masuk dari arah yang berlawanan sehingga dibutuhkan pompa.
3. Paralel (paralel feeding)
Keuntungan : •
Pengontrolan proses kristalisasi baik
•
Tidak perlu pompa untuk slurry berkristal
Kelemahan : •
Kompleks, sehingga sulit untuk dioperasikan
•
Mahal
•
Masing-masing badan perlu pompa
4. Campuran (mixed feeding)
Keuntungan : •
sederhana dan baik untuk untuk bahan viskus
Kelemahan : •
kompleks dan mahal
Efek proses evaporasi Pada Bahan a. Untuk kakao dan susu, dapat memperbaiki kualitas produk karena komponen volatile yang tidak dikehendaki hilang b. Terbentuk kerak dan buih c. Perubahan warna (menjadi gelap) karena browning dan peningkatan konsentrasi d. Peningkatan viskositas e. Penurunan kualitas sensorik f.
beberapa komponen aroma volatil hilang
