Evaporator 1.1. Definisi Alat serta Fungsi dan Kegunaannya Evaporator merupakan salah satu alat yang sering digunakan dalam proses perindustrian. Evaporator adalah alat yang digunakan untuk mengevaporasi larutan. Evaporasi sendiri artinya adalah menghilangkan air dari larutan dengan mendidihkan larutan di dalam tabung evaporator. Evaporasi bertujuan untuk memekatkan larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tidak mudah menguap dengan pelarut yang mudah menguap. Atau bisa dikatakan bahwa evaporasi adalah proses penguapan. Evaporator berfungsi untuk mengubah sebagian atau keseluruhan pelarut dari suatu larutan dari betuk cair menjadi uap. Ada empat komponen dasar yang dibutuhkan untuk melakukan penguapan, yaitu sebuah tabung penguapan, sebuah alat pindah panas, sebuah kondensor dan sebuah metode untuk menjaga tekanan vakum. Keempat komponen ini harus diperhatikan dalam merencanakan suatu evaporator. Sistem tekanan vakumnya harus dapat mengalirkan gas yang tidak terkondensasi agar bisa menjaga tekanan vakum yang diinginkan di dalam tabung penguapan. Panas yang cukup harus dialirkan atau diberikan ke produk untuk penguapan sejumlah air yang diinginkan, serta sebuah kondensor yang berguna untuk mengembangkan dan memindahkan uap air yang diprosuksi melalui penguapan. Evaporator mempunyai berbagai macam jenis. Jika kita melihat dari penggunaan evaporator itu sendiri, terdapat tiga metode yang biasa digunakan. Yang pertama bila kita hanya menggunakan satu evaporator saja, uap dari zat cair yang mendidih dikondensasikan dan dibuang. Metode ini disebut dengan evaporasi efek-tunggal (single-effect evaporation). Walaupun metode ini sederhana, namun proses ini tidak efektif Dalam penggunaan uap. Untuk menguapkan llb air dari larutan, diperlukan 1 – 1.3 lb uap. Yang kedua, jika uap dari satu evaporator dimasukkan ke dalam rongga uap (steam chest) evaporator kedua, dan uap dari evaporator kedua dimasukkan ke dalam kondenser, maka metode ini akan menjadi efek dua kali atau biasa disebut eveporasi efek-dua (double-effect evaporation). Yang ketiga, ketika evaporator yang digunakan dalam suatu metode lebih dari satu, seperti misalnya uap dari evaporator kedua dimasukkan ke dalam rongga uap evaporator ketiga, dan berlanjut sampai beberapa evaporasi, maka metode ini disebut evaporasi efek-ganda (multipleeffect evaporation). Selain itu, terdapat klasifikasi jenis evaporator lainnya yang biasa digunakan. Jenis – jenis utama evaporator tabung dengan pemasukan uap yang lazim dipakai adalah evaporator tabung horizontal, dan evaporator vertikal tabung panjang. Terdapat jenis – jenis lainnya yang biasa digunakan dalam industri, tetapi akan lebih difokuskan terhadap dua jenis evaporator ini. 1.1.1. Evaporator tabung horizontal
Gambar 1.1 Evaporator Tabung Horizontal Sumber : http://www.scribd.com/doc/15812827/Evaporators Dapat dilihat contoh evaporator tabung horizontal diatas. Evaporator ini memiliki tabung yang tidak terlalu tinggi, tetapi berbentuk horizontal sehingga mempunyai ukuran yang lebih lebar dibandingkan dengan evaporator jenis lainnya.Evaporator tabung horizontal biasanya digunakan untuk kapasitas yang kecil dan untuk mengevaporasikan larutan yang encer dan larutan ini tidak berbusa dan tidak meninggalkan deposit padatan pada tabung evaporator. 1.1.2.
Evaporator vertikal tabung panjang
Evaporator jenis ini memiliki tabung yang panjang dan tidak terlalu lebar. Tabung dari evaporator sendiri mempunyai panjang sekitar 12 sampai 20 feet dengan diameter 1 sampai 2 inci. Zat cair dan uap mengalir ke atas di dalam tabung sebagai akibat dari peristiwa didih zat cair yang terpisah kembali ke dasar tabung dengan gravitasi.
Gambar 1.2 Evaporator Vertikal Tabung Panjang Sumber : http://www.scribd.com/doc/15812827/Evaporators 1.2. Aplikasi dalam Industri Evaporator merupakan salah satu alat yang biasa digunakan dalam industri – industri di berbagai sektor. Salah satu industri yang menggunakan evaporator dalam prosesnya adalah dalam industri gula. Dalam pembuatan gula putih, terjadi beberapa tahapan pengolahan, yaitu pemerahan nira, pemurnian, penguapan, kristalisasi, pemisahan kristal, dan pengeringan. Evaporator sendiri berguna dalam tahap penguapan. Untuk menghilangkan kadar uap air yang terdapat di dalam nira dilakukanlah proses penguapan atau evaporasi. Di pabrik gula, penguapan dilakukan dengan menggunakan beberapa evaporator dengan sistem multiple effect yang disusun secara dapat ditukar agar dapat dibersihkan bergantian. Digunakan evaporator efek-ganda agar proses evaporasi berjalan lebih efektif dan efisien. Evaporasi dimulai dengan memasukkan nira yang akan di evaporasi ke dalam evaporator pertama. Nira ini akan dievaporasi sehingga terbentuk nira yang lebih pekat, serta uap dan kondensat. Uap hasil penguapan tadi digunakan lagi dalam evaporator kedua, dan umpan yang dimasukkan adalah nira yang lebih pekat tadi. Dan berlanjut terus untuk evaporator ketiga dan seterusnya, hingga didapat nira kental yang berwarna gelap dengan kepekatan kurang lebih 60 brik. Sedangkan uap yang dihasilkan dibuang ke kondensor sentral dengan perantara pompa vakum.Gambar dibawah merupakan salah satu evaporator dalam pembuatan nira, tetapi dalam pembuatannya digunakan beberapa evaporator jenis ini yang disusun sedemikian rupa hingga bekerja dengan baik.
1.3. Kapasitas Alat Untuk evaporator jenis tabung dengan pemanasan uap, maka performa evaporator diukur berdasarkan atas kapasitas evaporator tersebut. Kapasitas didefinisikan sebagai banyaknya pon air yang diuapkan per jam. Agar dapat memindahkan energi panas sesuai dengan keinginan, maka permukaan perpindahan panas evaporator harus mempunyai kapasitas perpindahan panas yang cukup, agar semua refrigeran yang akan diuapkan di dalam evaporator dapat berlangsung dengan optimal dan menghasilkan pendinginan yang maksimum pula. Pemindahan panas yang berlangsung di evaporator daoat terjadi dalam du cara yaitu konveksi dan konduksi. Besarnya kapasitas perpindahan panas pada evaporator tergantung pada lima variabel, yaitu luas area
permukaan, beda suhu, faktor konduktivitas panas, ketebalan material yang digunakan, serta waktu. Contohnya evaporator vakum. Evaporator jenis ini biasanya terbuat dari bahan stainles stell 312 dan 308.dengan kapasitas dari 20 liter sampai dengan 120 liter.
1.4. Prinsip Kerja Evaporator 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. 1.5. Kelebihan dan Kekurangan Segalanya yang terdapat di dunia ini mempunyai kelebihan dan kekurangannya masing – masing. Begitu pula dengan alat – alat yang sering digunakan dalam perindustrian. Terdapat beberapa kelebihan serta kekurangan dari evaporator yang sering digunakan. Contohnya dalam evaporator tabung-horizontal sirkulasi alam, kelebihannya evaporator jenis ini terus beroperasi, relatif lebih murah, dan baik untuk cairan non-viskos yang mentransfer panas tinggi. Kekurangannya evaporator jenis ini tidak cocok untuk cairan viskos atau kental karena akan memperburuk sirkulasi cairan. Proses Pemurnian Gula 2.1 Proses Pemurnian Gula Proses pemurnian bertujuan untuk memurnikan nira mentah dengan perlakuan sedemikian rupa, sehingga memudahkan proses selanjutnya. Di Indonesia proses standar yang ditetapkan adalah meliputi : 1) Proses Defekasi 2) Proses Sulfitasi 3) Proses Karbonatasi Ketiga cara pemurnian inilah yang dapat menghasilkan bermacam-macam gula. Standarisasi untuk gula sekarang telah menggunakan istilah GKP (Gula Kristal Putih) misalnya GKP I, GKP II dan seterusnya.
1)
Proses Defekasi Merupakan proses yang paling sederhana yang pada intinya adalah memberikan susu kapur pada nira, sehingga terjadi pengendapan, kemudian dapat dipisahkan antara nira kotor dan nira jernih. Pada proses defekasi ini nira dari gilingan dipanaskan pada temperatur 70oC kemudian dilakukan penambahan susu kapur sehingga pH 7,8 – 8 dalam peti defekator. Kemudian dipanaskan lagi hingga titik didihnya mencapai sekitar 100 – 105oC. Reaksi yang terjadi adalah :
P2O5 yang berada dalam tebu bereaksi dengan air dari nira mentah membentuk asam phospat. Penambahan susu kapur akan mengendapkan asam phospat dalam bentuk kalsium phospat. Dalam bentuk prakteknya proses defekasi tidak lagi digunakan karena menghasilkan gula coklat. Raw sugar atau gula kasar merupakan gula yang dihasilkan dari proses pengolahan nira secara defekasi. Gula ini masih mengandung berbagai pengotor sehingga penggunaannya untuk dikonsumsi manusia telah dilarang oleh FDA (Food and Drug Administration). Oleh karena itu, gula kasar tersebut harus melalui tahapan pemurnian agar dapat dikonsumsi oleh manusia atau digunakan sebagai gula berkualitas tinggi untuk industri. Warna pada kristal gula merupakan salah satu aspek yang sangat penting dalam pengawasan mutu (Moerdokusumo, 1993). Terbentuknya warna yang disebabkan oleh pigmen tanaman, reaksi enzimatik, dan reaksi non-enzimatik dapat menurunkan kualitas gula (Achyadi dan Maulidah, 2004). Pada proses pembuatan gula kasar dengan defekasi, penghilangan warna belum berlangsung efektif karena hanya sebagian kecil zat pembentuk warna yang dapat dihilangkan. Selain itu, masih terdapat bahan pengotor, seperti asam amino dan gula pereduksi yang dapat membentuk warna dengan mekanisme reaksi pencoklatan non-enzimatik pada proses penguapan dan pemasakan sehingga zat warna tersebut terkristalkan dalam gula kasar. Oleh karena itu, proses pemucatan gula kasar menjadi sangat penting dalam meningkatkan kualitas gula kristal (Namiki, 1988). 2)
Proses Sulfitasi Pemurnian dengan sulfitasi lebih baik dan banyak digunakan jika dibandingkan cara defekasi. Pemurnian sulfitasi dilakukan dengan menggunakan Ca(OH)2 dan gas SO2. Penambahan Ca(OH)2 pada nira mentah dilakukan secara berlebih untuk mendapatkan suasana basa pada nira, sebab pada suasana ini pengendapan kotoran yang dibawa nira akan lebih banyak. Kelebihan Ca(OH)2 akan dinetralkan kembali oleh gas SO2 yang didapat dari pembakaran belerang padat.
Macam-macam sulfitasi : a. Sulfitasi Asam Nira mentah disulfitasi pendahuluan dengan gas sulfat pH rendah (6,5) dengan diikuti netralisasi yaitu penambahan susu kapur hingga mencapai pH 7 – 7,2. b. Sulfitasi Netral Nira mentah ditambah susu kapur hingga pH 8 – 8,5, kemudian dialiri gas sulfit hingga pH 7 – 7,2. c. Sulfitasi Basa Nira mentah diberi susu kapur sampai pH mencapai 10,5 kemudian kelebihan susu kapur ini dinetralkan dengan gas sulfit (SO2) hingga pH 7 – 7,2. 3)
Proses Karbonatasi Secara umum, proses pemurnian nira dilakukan dengan defekasi, sulfitasi, dan karbonatasi. Defekasi hanya menghasilkan gula kasar yang masih banyak mengandung bahan pengotor. Pada sulfitasi, bahan pengotor yang dihilangkan masih lebih rendah dibandingkan karbonatasi. Selain itu, sulfitasi akan menyebabkan korosi besi pada pipa-pipa. Bahan pengotor yang dapat dihilangkan dengan defekasi, sulfitasi, dan karbonatasi adalah 12,7 %, 11,7 %, dan 27,9 % (Mathur, 1978).
Karbonatasi merupakan reaksi yang terjadi akibat interaksi susu kapur (Ca(OH)2) dan gas CO2 membentuk endapan senyawa kalsium karbonat (CaCO3) melalui mekanisme yang dapat dilihat pada persamaan di bawah. (Mathur, 1978). Dalam karbonatasi, akan terjadi adsorpsi bahan pengotor, bahan penyebab warna, gum, asam organik, dan lain-lain. Proses ini diawali dengan terbentuknya senyawa intermediet antara sukrosa dan kalsium hidroksida. Sukrosa memiliki karakteristik kimiawi membentuk metal sakarat. Apabila dalam larutan sukrosa diberi metal hidroksida, maka akan terjadi reaksi yang akan membentuk suatu koloid keruh, bersifat gel, atau endapan. Koloid tersebut adalah ikatan sukrosa dengan metal hidroksida, misalnya satu mol sukrosa dengan satu mol kalsium hidroksida (Ca(OH)2) yang dinyatakan dengan rumus C12H22O11.Ca(OH)2, C12H22O11.CaO, dan C12H22O11.Ca (Goutara dan Wijandi, 1975). Sakarat dapat terurai oleh asam, bahkan oleh penambahan asam karbonat yang dihasilkan oleh pemberian gas CO2. Apabila sakarat diberi perlakuan dengan penambahan sedikit asam karbonat maka akan terbentuk senyawa intermediet (Mathur, 1978). Senyawa intermediet tersebut bersifat gel yang mempunyai komposisi : . . – Ca – C12H20O11 – Ca – CO3 – Ca - C12H20O11 - Ca – CO3 – . . Peningkatan absorpsi gas CO2 dapat meningkatkan kondisi asam dan mengganggu kestabilan senyawa intermediet sehingga senyawa tersebut terurai menjadi sukrosa dan kalsium karbonat. Terbentuknya senyawa kalsium karbonat dapat mengadsorpsi dan mengendapkan bahan pengotor (Goutara dan Wijandi, 1975). Namun, apabila gas CO2 yang ditambahkan berlebih dalam nira maka kalsium karbonat yang telah terbentuk akan kembali menjadi senyawa bikarbonat yang larut. Mekanisme penguraian kalsium karbonat dapat dilihat pada persamaan di bawah. (Mathur, 1978).
Pada kondisi suhu 45°C, karbonatasi berlangsung lambat dan kurang sempurna, sedangkan pada suhu di atas 55°C akan terjadi penguraian gula pereduksi yang memunculkan warna coklat. Namun, kelemahan proses berlangsung pada suhu 55°C, yaitu memicu terjadinya fermentasi asam laktat. Dalam karbonatasi tunggal, sekitar 7 – 10 % volume larutan gula kasar yang dipanaskan pada suhu 45 – 55°C, membutuhkan 20 beaume susu kapur (Mathur, 1978). Berikut ini merupakan gambar nira encer hasil pemurnian dengan metode karbonatasi : Gambar 2.2 Nira encer hasil pemurnian metode karbonatasi IPB Bogor.
Proses Pembuatan Gula di Pabrik Gula Madukismo
Setahun yang lalu saya mengikuti study tour ke beberapa tempat di Yogyakarta salah satunya adalah pabrik gula Indonesia yang dikenal, Pabrik Gula Madukismo yang merupakan bagian dari PT Madubaru. Di sana saya mendapatkan pengetahuan tentang bagaimana proses pembuatan gula dari tebu hingga menjadi gula. berikut adalah tahapan dari pembuatan gula tersebut. Panenan Tebu dipanen setelah cukup masak, dalam arti kadar gula (sakarosa) maksimal, dan kadar gula pecahan (monosakarida) minimal. Untuk itu dilakukan analisa pendahuluan untuk mengetahui faktor kemasakan, koefisiensi daya tahan dan lain lain. Ini dilakukan kira-kira 1,5 bulan sebelum giling dimulai. Pemerahan Nira Tebu setelah ditebang, dikirim ke stasiun gilingan untuk dipisahkan bagian padat dengan cairannya yang mengandung gula melalui alat alat berupa unigratormark IV dan cane knife digabung dengan lima gilingan. Ampas yang diperoleh sekitar 30% tebu untuk bahan bakar di stasiun ketel (pusat tenaga), sedangkan nira mentah akan dikirim ke bagian pemurnian untuk proses lebih lanjut. Untuk mencegah kehilangan gula karena bakteri dilakukan sanitasi di stasiun gilingan. Pemurnian Nira Nira mentah ditimbang, dipanaskan 70 derajat celcius sampai 75 derajat celcius, direaksikan dengan susu kapur dalam defeactor dan diberi gas Sulfur dioksida dalam peti sulfitasi sampai Ph 7,00 kemudian dipanaskan lagi sampai suhu 100 derajat celcius sampai suhu 105 derajat celcius. Penguapan Nira Nira jernih dipekatkan di dalam pesawat penguapan dengan sistem multiple effect, yang disusun secara interchangeable agar dapat dibersihkan secara bergantian. Nira encer dengan padatan terlarut 16% dapat dinaikkan menjadi 64% dan disebut nira kental, yang siap di kristalkan di stasiun kristalisasi/stasiun masakkan. Nira kental yang berwarna gelap ini diberi gas Sulfur dioksida sebagai bleaching atau pemucatan dan siap untuk dikristalkan.
Kristalisasi Nira kental dari stasiun penguapan ini diuapkan lagi dalam pan kristalisasi sampai lewat jenuh hingga timbul kristal gula. Sistem yang dipakai yaitu ACD, dimana gula A sebagai gula produk, gula C dan D dipakai sebagai bibit (seed) serta sebagian lagi dilebur untuk dimasak lagi.
Pemanasan menggunakan uap dengan tekanan vakum sebesar 65CmHg, sehingga suhu didihnya hanya 65 derajat celcius, jadi sakarosa tidak rusak akibat terkena panas tinggi. Hasil masakkan merupakan campuran kristal gula dan larutan (stroop). Sebelum dipisahkan di Stasiun Puteran, gula lebih dahulu didinginkan di dalam palung pendingin (kultrog). Puteran Gula Pada tahap ini gula dipisahkan dengan larutannya dengan alat-alat yang menggunakan gaya centrifugal. Penyelesaian dan Gudang Gula Dengan alat penyaring gula, gula shs dari dipisahkan antara gula halus, gula kasar dan gula normal dikirim ke gudang gula dan dikemas dalam karung plastik 50kg netto. Produksi gula perhari tergantung dari rendemen gulanya, kalau rendemen 8% maka pada kapasitas 3.000tth diperoleh gula 2.400 ku atau 4.800 sak. Berikut adalah skema proses pembuatan gula
Untuk Pabrik Gula Madukismo sendiri kualitas gulanya masuk klasifikasi SHS IA, dengan nilai remisi direduksi diatas 70.
