LAPORAN PRAKTIKUM PILOT PLANT
F alling lli ng F i lm E vapor ator Dosen Pembimbing : Rispiandi ST., MT.
Kelompok/Kelas : 12 / 3A-TKPB 3A-TKPB Anggota
: 1. Siti Nur fitriyani (151424031) 2. Ulwi Aliatur R (151424032)
Tanggal Praktikum
: 15 November 2017
Tanggal Pengumpulan Praktikum
: 23 November 2017
PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG TAHUN 2017
DAFTAR ISI
BAB I I ...................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... 3 PENDAHULUAN ..................................................................... ................................................................................................................................. ............................................................ 3 1.1
Latar Belakang Belakang ...................................................................................................................... ..................................................................................................................... 3
1.2
Tujuan Praktikum .............................................................. ................................................................................................................ .................................................. 3
BAB II ................................................................. ....................................................................................................................................... ................................................................................... ............. 4 LANDASAN TEORI ............................................................... ............................................................................................................................ ............................................................. 4 BAB III III ................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................. 7 METODOLOGI PERCOBAAN PERCOBAAN .......................................................................................................... ......................................................................................................... 7 3.1
Alat dan Bahan Bahan ...................................................................................................................... ..................................................................................................................... 7
3.2
Prosedur Kerja Kerja ...................................................................................................................... ..................................................................................................................... 7
BAB IV IV ................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................. 9 HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN PEMBAHASAN ............................................................................... ............................................................................... 9 4.1
Data Pengamatan Pengamatan .................................................................................................................. 9
4.2
Hasil Perhitungan ............................................................... ............................................................................................................... ................................................ 10
4.3
Grafik ..................................................................................................................... .................................................................................................................................. .............. 12
4.4 Pembahasan Pembahasan ............................................................................................................................... .............................................................................................................................. 14 BAB V ................................................................. ....................................................................................................................................... ................................................................................. ........... 19 KESIMPULAN DAN SARAN SARAN ........................................................................................................... 19 5.1
Kesimpulan Kesimpulan ............................................................................................................... ......................................................................................................................... ........... 19
5.2
Saran .............................................................. .................................................................................................................................... ...................................................................... 19
DAFTAR PUSTAKA PUSTAKA .......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 20 LAMPIRAN................................................................... LAMPIRAN......................................................................................................................................... ...................................................................... 21
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Falling Film Evaporator adalah suatu jenis alat untuk meningkatkan konsentrasi suatu larutan dengan mekanisme evaporasi. Alat ini telah lama digunakan misalnya pada produksi pupuk organik, proses desalinasi, industri kertas, dan bubur kertas, industri bahan pangan dan bahan biologi, dan lain-lain. Peningkatan konsentrasinya dilakukan dengan penguapan pelarutnya yang umumnya air. Proses ini ini sering digunakan untuk penguapan larutan kental, larutan sensitif terhadap panas, larutan yang mudah terdekomposisi, dan penguapan perbedaan temperatur rendah. Falling film evaporator memiliki waktu tertahan yang pendek, dan menggunakan gravitasi untuk mengalirkan liquida yang melalui pipa. Pada saat sekarang ini falling film evaporator sangat meningkat penggunaanya di dalam proses industri kimia untuk memekatkan fluida terutama fluida yang sensitive terhadap panas (misalnya sari buah dan susu), karena waktu tertahan pendek cairan tidak mengalami pemanasan berlebih selama mengalir melalui evaporator. 1.2
Tujuan Praktikum
a. Mengoperasikan peralatan Falling Film Evaporator pemanasan langsung maupun tidak langsung . b. Menghitung eisfiensi pada pemanasan secara langsung maupun secara tidak langsung c. Menghitung koefisien perpindahan panas pada pemanasan se cara langsung maupun tidak secara langsung d. Menghitung nilai steam ekonomi (SE) pada pemanasan secara langsung
BAB II LANDASAN TEORI
Falling film Evaporator adalah salah satu jenis alat untuk proses evaporasi yang diklasifikasikan dalam kelas long tube vertical evaporator (LTVE) bersama-sama dengan climbing film evaporator (CFE). Sedangkan berdasarkan tipe pemanasan d apat diklasifikasikan ke dalam sistem pemanasan dipisahkan oleh dinding pertukaran panas, yaitu jenis kolom calandria shell and tube. FFE memiliki efektivitas yang baik untuk : a. Pengentalan larutan-larutan yang jernih b. Pengentalan larutan berbusa c. Pengentalan larutan-larutan yang korosif d. Beban penguapan yang tinggi e. Temperatu operasi yang rendah Prinsip falling film evaporator adalah mengatur agar seluruh permukaan evaporator terbasahi secara continue, dan film yang dihasilkan mempunyai ketebalan yang seragam. Sehingga distributor umpan yang akan dipakai harus didesain secara tepat. Berbagai cara distribusi umpan, dibuat untuk menjamin keseragaman tebal film, antara lain memakai distributor tipe overflow weir, peletakan evaporator harus benar-benar t egak.
Proses penguapan dalam FFE
Umpan dimasukan melalui bagian atas kolom dan secara grafisional. Jika vakum tidak dioperasikan turun dan membasahi dinding bagian dalam kolomm dan dinding bagian luar tabung-tabung penukar panas dan dalam kolom sebagian lapisan tipis (film). Maka panas yang diberi medium pemanas didalam penukar panas dan dipakai untuk memanaskan larutan mencapai titik temperatur diatasnya. Sehingga didalam kolom evaporator akan terdapat campuran larutan pada temperatur penguapan pelarut atau lebih sedikit lebih rendah/tinggi dan uap pelarut. Karena temperatur oada bagian bawah kolom , maka sistem pada kolom tersebut akan mengalami evakuasi (pengosongan) yang dalam arti sebenarnya terjadi penurunan tekanan sehingga konsisi seperti vakum terjadi oleh karena campuran tersebut akan terhisap menuju tangki pemisah dimana bagian campuran yang berupa larutan produk yang lebih berat
dan pekat turun menuju tangki pengumpul produk sedangkan uap pelarut menuju kondenser di kondensasikan dan turun ke tangki pengumpul distilat. Proses penguapan berlangsung pada kalandria shell and tube. Di dalam kalandria tersebut terdapat tabung berjumlah tiga, umpan masuk didistribusi ke masing-masing tube kemudian membentuk lapisan tipis pada selimut bagian dalam tube. Sementara pemanas berada di luar tube, bahan umpan yang turun secara gravitasi menyerap panas maka terjadi penguapan pelarut sehingga keluar dari kalandria terdiri dari dua fasa (fasa uap pelarut dan larutan pekat) kemudian dipisahakan di evaporator. Penguapan yang terjadi akan berada di bawah titik didih air atau pelarut lain dalam kondisi curah. Penguapan akan memerlukan kalor yang lebih sedikit untuk umpan yang memang sedikit karena umpan mengalir dalam bentuk lapisan tipis (film). Berikut ini skematik falling film evaporator secara umum.
Gambar 1. FFE
Keuntungan yang lebih dari falling film evaporator ialah sangat terbatasnya waktu tinggal dari liquid . Waktu tinggal di dalam tube terhitung dalam satuan detik, membuatnya ideal juga untuk produk-produk yang sensitif akan poanas seperti susu, sari buah, obat-obatan dan lain sebagainya. Berrikut adalah contoh aplikasi falling film evaporator pada industri susu.
Gambar 2. FFE di industri susu
Pada dasarnya evaporator adalah alat dimana pertukaran panas terjadi. Laju perpindahan panas dinyatakan dalam persamaan umum : Q = U A dT dengan U = koefisien keseluruhan perpindahan panas dalam sistem. Berikut ini ialah skematik dari falling film evaporator yang ada di Laboratorium Pilot Plant Jurusan Teknik Kimia Polban. T7 m1 Tangki umpan
T1 ms FFE
T6
T8 kondensat
T14
kondensor
T10
md
m3
T12 T11 m2
tangki produk
tangki pengumpul distilat
Gambar 3. FFE di Laboratorium Pilot Plant Jurusan Teknik Kimia Polban
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN 3.1
3.2
Alat dan Bahan
1. Peralatan FFE skala Pilot Plant 2. Air umpan 3. Ember Prosedur Kerja 3.2.1
Kalibrasi Laju Alir Timbang berat ember kosong
Atur bukaan pompa pada 100 lt/jam
Tampung air yang keluar selama 1 menit
Timbang ember yang berisi air
Ulangi langkah 2-4 untuk bukaan pompa yang lain
3.2.2
Pemanasan Langsung
Katup V2, V4, V5, V6, dan V8 tertutup penuh dan katup yang terbukanya V3 dan V10 dan pembuangan dibawah stream trap
Mengaduk dan memasukkan pewarna kedalam air ketangki umpan.
Ambil sampel +/- 100 ml. Lalu nyalakan pengendali
Menekan tombil 1 sampai lampu SP-W menyala, tobol lo sampai lampu kuning N menyala s-1 dan s-2 (out-4) sampai angka 9%
Menekan tombol 13 sampai lampu menyala, 12,1 dan 12 (SP-W) sampai angka ditampilkan 4 menunjukkan P 1 bar gauge. Tekan tombol 13 sampai warna hijau mati
Menekan tombol 8 lampu merah menyala (PV-k) menyala, tampilan 4 sekarang menunjukkan tekanan operasi sebenarnya. Menekan t ombol pompa umpan. Lampu hijau menyala
Mengatur laju alir umpan 10 lt/jam setelah umpan melewati kalandria, menekan tombol 10 sampai lampu kuning mati. Mulai pencatatan waktu 0 menit
Setelah 30 menit, catat TI 1, TI 4, TI 6, TI 10, TI 11 dan Tkondensor keluar, P operasi kukus. AMbil produk (sampel) dan distilat (sampel). Lakukan dengan interval waktu berbeda dan laju alir umpan berbeda
3.2.3 Pemanasan Tidak Langsung Katup V4 dan V10 ditutup penuh, katup yang dibuka sementara lalu ditutup V6, V10 katup utama V5, V6, V7 dan V8, V9 dan pembuangan bawah steam trap
Larutan umpan sama seperti umpan saat pemanasan langsung. Menyalakan pengendali, pompa sentrifugal air isian pemanasan
Menekan tombol dan lampu hijau (SP-W) menyala, tombol 10 lampu kuning N menyala, tombol s-1 dan s-2 (out 4) sampai menunjukkan angka -9%
BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Pengamatan 4.1.1. Kalibrasi Tabel 4.1 Kalibrasi
NO
Q(L/h)
1
100
2
150
3
200
4
250
5
4.1.2.
300
m1 kg/menit (kalibrasi)
m1 kg/menit (rata-rata)
3.84 3.78 3.96 4.08 5.28 5.16 6.12 6.24 7.08 7.2
3.81 4.02 5.22 6.18 7.14
Pemanasan Secara Langsung Tabel 4.2 Data pengamatan FFE pada pemanasan secara langsung m1 (kalibrasi) (kg/menit)
m2 (larutan pekat)
m3
ms (kondensat)
(kg/menit)
(kg/menit)
(kg/menit)
100
3.81
2.88
0.93
0.25
150
4.02
3.72
0.25
200
5.22
0.25
250
0.25
Tekanan (bar)
Q (L/h)
0.25
T7 (°C)
T11 (°C)
0.800
25.4
93
0.3
0.400
49,6
96
4.32
0.9
0.340
79.4
98
6.18
5.28
0.9
0.320
60.8
94
300
7.14
6.24
0.9
0.360
83.1
98
0.5
100
3.81
3.12
0.69
0.280
61.5
97
0.5
150
4.02
3.72
0.3
0.280
70.5
96
0.5
200
5.22
4.56
0.66
0.320
78.8
95
0.5
250
6.18
5.16
1.02
0.260
72.6
92
0.5
300
7.14
6.6
0.54
0.350
77.5
93
0.75
100
3.81
2.52
1.29
0.380
72.3
92
0.75
150
4.02
3.6
0.42
0.360
52.3
98
0.75
200
5.22
4.92
0.3
0.300
63.2
94
0.75
250
6.18
5.52
0.66
0.360
74.8
89
0.75
300
7.14
6.84
0.3
0.420
74.2
90
1
100
3.81
2.52
1.29
0.440
62.2
92
1
150
4.02
3.72
0.3
0.360
68.8
97
1
200
5.22
3.48
1.74
0.480
68.4
92
1
250
6.18
5.88
0.3
0.460
78.7
98
1
300
7.14
6
1.14
0.420
82.8
90
4.1.3.
Pemanasan Secara Tidak Langsung Tabel 4.3 Data pengamatan FFE pada pemanasan secara tidak langsung
Tekanan (bar)
Q (L/h)
m (laju alir air sirkulasi) m3/h
0.1
100
11
3.81
98.3
0.1
150
11
4.02
0.1
200
11
0.1
250
0.1
m1 (kalibrasi) Kg/menit
T8 (°C)
T11 (°C)
Keb. steam (kg/mnt)
T4 (°C)
T7 (°C)
37
112.6
73.5
0.26
109.6
74.1
123.6
84
0.22
5.22
110.6
72.2
125.4
84
0.18
11
6.18
111.4
48.5
125.8
84
0.18
300
11
7.14
108.3
63.8
122.9
77
0.24
0.2
100
11
3.81
112.5
76.9
126.9
87
0.24
0.2
150
11
4.02
113.3
56.2
127.4
87.5
0.18
0.2
200
11
5.22
111.3
44
126
83
0.22
0.2
250
11
6.18
109.7
31.8
124.5
78
0.18
0.2
300
11
7.14
107.4
37.3
122.3
72
0.28
0.3
100
11
3.81
108.9
59.4
123.6
82
0.27
0.3
150
11
4.02
111.4
61.4
126
85
0.2
0.3
200
11
5.22
111.5
47.8
125.8
83
0.2
0.3
250
11
6.18
111.2
35.8
126.7
81
0.2
0.3
300
11
7.14
110.3
44.6
125.6
75
0.22
4.2 Hasil Perhitungan 4.2.1. Pemanasan Secara Langsung
Tabel 4.4 Hasil perhitungan FFE pada pemanasan secara langsung
4.2.2.
Tekanan (bar)
Q (L/h)
m1 (kalibrasi) (kg/menit)
0.25
100
3.81
0.25
150
0.25
U (watt/m2°K)
SE
775.819
760.54
1.163
4.02
1100.968
525.46
0.750
200
5.22
612.750
774.44
2.647
0.25
250
6.18
728.840
450.38
2.813
0.25
300
7.14
622.538
896.14
2.500
0.5
100
3.81
662.474
363.52
2.464
0.5
150
4.02
794.280
397.78
1.071
0.5
200
5.22
602.367
503.39
2.063
0.5
250
6.18
594.437
344.46
3.923
0.5
300
7.14
672.660
511.74
1.543
0.75
100
3.81
518.374
445.93
3.395
0.75
150
4.02
384.04
1.167
0.75
200
5.22
328.96
1.000
0.75
250
6.18
413.31
1.833
0.75
300
7.14
793.867
486.88
0.714
1
100
3.81
524.402
426.61
2.932
1
150
4.02
763.146
406.86
0.833
1
200
5.22
510.077
495.52
3.625
1
250
6.18
779.044
597.37
0.652
1
300
7.14
499.74
2.714
Ƞ (%)
842.751 929.865 584.488
489.677
Pemanasan Secara Tidak Langsung Tabel 4.5 Hasil perhitungan FFE pada pemanasan secara tidak langsung
Tekanan (bar)
Laju alir (Kg/h)
m1 (kalibrasi) Kg/h
Ƞ (%)
U (watt/m2.K)
0.1
100
3.81
5.304
17709.8
0.1
150
4.02
1.551
22819.2
0.1
200
5.22
2.270
22690.5
0.1
250
6.18
8.310
17052.2
0.1
300
7.14
3.521
19751.5
0.2
100
3.81
1.458
23348.9
0.2
150
4.02
4.868
17965.6
0.2
200
5.22
7.554
16569.2
0.2
250
6.18
10.523
14870.0
0.2
300
7.14
9.070
15272.2
0.3
100
3.81
3.195
19782.0
0.3
150
4.02
3.544
19684.0
0.3
200
5.22
7.009
16635.5
0.3
250
6.18
9.830
15977.6
0.3
300
7.14
7.738
16178.9
4.3 Grafik 4.3.1. Pemanasan Secara Langsung PENGARUH LAJU ALIR UMPAN TERHADAP EFISIENSI Tekanan 0.25 bar
Tekanan 0.5 bar
Tekanan 0.75 bar
Tekanan 1 bar
1200.000 1000.000 800.000 I S N E I S I F E
600.000 400.000 200.000 0.000 0
50
100
150
200
250
LAJU ALIR UMPAN
Gambar 4.1 Pengaruh laju alir umpan terhadap Efisiensi
300
350
P E N G A R U H L A J U A L I R U M PA N T E R H A D A P N I L A I KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS (U) Tekanan 0.25 bar
Tekanan 0.5 bar
Tekanan 0.75 bar
Tekanan 1 bar
1000.00 900.00 800.00 700.00 600.00 U
500.00 400.00 300.00 200.00 100.00 0.00 0
50
100
150
200
250
300
350
LAJU ALIR UMPAN
Gambar 4.2 Pengaruh laju alir umpan terhadap nilai koefisien perpindahan panas (U) P E N G A R U H L A J U A L I R U M PA N T E R H A D A P S T E A M EKONOMI (SE) Tekanan 0.25 bar
Tekanan 0.5 bar
0
100
Tekanan 0.75 bar
Tekanan 1 bar
4.500 4.000 3.500 3.000 E S
2.500 2.000 1.500 1.000 0.500 0.000 50
150
200
250
LAJU ALIR UMPAN
4.3.2.
Gambar 4.3 Pengaruh laju alir umpan terhadap steam ekonomi Pemanasan Secara Tidak Langsung
300
350
P E N G A R U H L A J U A L I R U M PA N T E R H A D A P E F I S I E N S I Tekanan 0.1 bar
Tekanan 0.2 bar
Tekanan 0.3 bar
12.000 10.000 ) % ( I S N E I S I F E
8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 0
50
100
150
200
250
300
350
LAJU ALIR UMPAN (KG/H)
Gambar 4.4 Pengaruh laju alir umpan terhadap efisiensi PENGARUH LAJU ALIR UMPAN TERHADA P KOEFISIEN P E R P I N D A H A N PA N A S Tekanan 0.1 bar
Tekanan 0.2 bar
Tekanan 0.3 bar
25000.0 20000.0 15000.0 U
10000.0 5000.0 0.0 0
50
100
150
200
250
300
350
LAJU ALIR UMPAN (KG/H)
Gambar 4.5 Pengaruh laju alir umpan terhadap nilai koefisien perpindahan panas (U) 4.4 Pembahasan
Pembahasan Oleh Siti Nurfitriyani (151424031)
Berdasarkan hasil praktikum yang telah dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut.
Pemanasan Langsung
Pada pemanasan lansung arah aliran yang digunakan adalah co-current dimana steam dialirkan dari bagian atas searah dengan umpan Hal ini bertujuan agar steam yang mengalir tidak terhambat oleh kondensat steam. Apabila dilakukan dengan aliran counter -current dimana steam dialirkan dari bawah maka kondensat akan bercamput dengan steam yang masuk.
Berdasarkan hasil praktikum yang telah dilakukan dapat dilihat pada gambar 4.1 mengenai pengaruh laju alir tehadap efisensi bahwa pada setiap tekanan memiliki laju alir optimum berbeda dimana pada tekanan 0.25 bar efisiensi yang paling tinggi adalah saat laju alir umpan 4.02 kg/menit, pada tekanan 0.5 bar laju alir optimum adalah 4.02 kg/menit, pada tekanan 0.75 bar tekanan adalah saat 5.22kg/menit dan pada saat tekanan 1 bar laju alir optimum adalah 6.18 kg/menit. Efisiensi optimum diperoleh pada laju alir optimum. Laju alir yang terlalu rendah mengakibatkan perpindahan panas yang terjadi kurang efisien. Hal ter sebut dikarenakan ketika laju alir umpan yang digunakan terlalu kecil maka tube-tube yang ada di dalam kolom Falling Film Evaporator tidak terbasahi seluruhnya. Sedangkan jika laju alir umpan yang digunakan terlalu besar mengakibatkan lapisan tipis yang terjadi akan semakin tebal, hal itu akan mempengaruhi proses perpindahan panas yang terjadi. Pada praktikum ini, nilai efisiensi yang dihasilkan lebih dari 100%. Hal ini disebabkan terjadinya akumulasi panas. Dimana umpan yang masuk mengalami sirkulasi dari kondensat yang keluar dari kolom Falling Film Evaporator. Sehingga umpan yang masuk memiliki suhu yang tinggi dan ketika kontak dengan steam maka fasa uap yang terbentuk akan semakin banyak sehingga menyebabkan pemisahan antara uap larut dan larutan pekat tidak berjalan dengan baik, karena adanya larutan pekat yang ikut menguap bersama uap larut. Sehingga berpengaruh pada perpindahan panas yang terjadi. Pada gambar 4.2 koefisien perpindahan panas tertinggi koefisien perpindahan panas yang paling tinggi adalah pada tekanan 0.25 bar dengan laju alir 7.14 kg/menit dan koefisien perpindahan panas yang terrendah adalah saat tekanan 0.5 bar dan laju alir umpan 3.81 kg/menit. Berdasarkan teori, perpindahan panas akan sebanding dengan efisiensi. Akan tetapi dari hasil praktikum yang telah dilakukan hasil yang diperoleh tidak sesuai dengan teori. Hal tersebut dikarenakan umpan yang masuk memiliki suhu yang berbeda beda, sehingga mempengaruhi hasil yang diperoleh.Pada gambar 4.3 steam ekonomi tertinggi adalah saat tekanan 0.5 bar dengan laju alir umpan 6.18 kg/menit. NIlai SE yang tinggi ini menunjukkan bahwa pemakaian steam yang sedikit dapat memanaskan air lebih banyak. Dari hasil yang diperoleh dapat di simpulkan bahwa pada kondisi paling optimum dengan mempertimbangkan efesiensi, perpindahan panas dan juga ste am ekonomi, adalah saat tekanan 1 bar dan laju alir umpan 7.14 kg/menit. Hal ini karena pada kondisi tersebut efisiensi dan steam ekonomi yang cukup baik dan perpindahan panasnya tidak terlalu rendah
Pemanasan Tidak Langsung
Dari gambar 4.5 dapat diketahui bahwa efisiensi paling tinggi pada tekanan steam sebesar 0.1 bar, 0.2 bar, dan 0.3 bar adalah saat laju alir 6.18 kg/menit. Pada tekanan 0.2 dan 0.3 bar saat laju alir diubah menjadi 7.14 kg/menit, efisiensi menurun dikarenakan tidak terbentuknya lapisan tipis. Pada gambar 4.2 dapat dilihat bahwa koefisien perpindahan panas tertinggi pada tekanan 0.1 bar adalah saat laju alir umpan 3.81 kg/menit. Berdasarkan hasil yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa keadaan optimum dengan metode pemanasan tidak langsung adalah saat tekanan 0.2 bar dengan laj u alir umpan 6.18 kg/menit karena pada kondisi tersebut efisiensi yang dihasilkan paling tinggi.
Pembahasan Oleh Ulwi Aliatur Rohmah (151424032)
Falling Film Evaporator adalah suatu jenis alat untuk meningkatkan konsentrasi suatu larutan dengan cara cairan diuapkan dengan metode cairan dijatuhkan pada lapisan tipis . Pada alat falling film evaporator ini digunakan pompa reciprocating untuk mengalirkan umpan ke dalam kolom FFE , penggunaan pompa reciprocating ini bertujuan agar umpan yang masuk tidak terlalu cepat sehingga proses penguapan lebih efisien , dimana jenis pompa reciprocating ini lebih lambat dibandingkan pompa sentrifugal . Berdasarkan praktikum kali ini terdapat 2 cara pemanasan , yaitu : 1. Pemanasan secara langsung Pemanasan langsung ini dilakukan dengan cara cairan dan steam masuk pada kolom FFE secara parallel . Adapun beberapa factor yang memepengaruhi proses penguapan pada FFE dengan pemanasan secara langsung ini adalah :
Pengaruh laju alir umpan terhadap Efisiensi . Dilihat pada gambar 4.1 bahwa nilai effisiensi pada se tiap laju alir terhadap waktu
mengalami kenaikan dan penurunan . Seharusnya secara teori efisiensi yang paling besar pada saat laju alir yang optimum , dimana laju alir optimum itu tidak terlalu besar dan tidak terlalu kecil . karena saat laju alir besar dan laju alir terlalu kecil ,fluida cair akan membasahi permukaan tube tetapi tidak akan membentuk lapisan film , saat tidak membentuk lapisan tipis inilah effisiensi akan semakin menurun. Efisiensi optimum pada alat FFE ini tercapai bila jumlah nilai panas yang diserap oleh umpan sama dengan atau mendekati jumlah nilai panas yang dilepas oleh steam yang digunakan Dan pada praktikum kali ini tidak didapatkannya effisiensi dan laju alir umpan yang optimum dikarenakan data yang diperoleh sangat melenceng dan effisiensi melebih
100% . keduanya disebabkan oleh kualitas pasokan steam yang tidak stabil , kemungkinan adanya kebocoran panas steam yang terjadi sepanjang perjalanan dari boiler menuju FFE ,dan terjadinya akumulasi panas. Dimana umpan yang masuk mengalami sirkulasi dari kondensat yang keluar dari kolom Falling Film Evaporator. Sehingga umpan yang masuk memiliki suhu yang tinggi dan saat masuk ke dalam kolom FFE maka yang terjadi adalah fasa uap yang terbentuk akan semakin banyak , sehingga pemisahan antara uap larut dan larutan pekat tidak berja;an lancar hal tersebut diakibatkan oleh larutan pekat ikut menguap sehingga berpengaruh pada perpindahan panas an effisiensi . Efisiensi optimum pada alat FFE ini tercapai bila jumlah nilai panas yang diserap oleh umpan sama dengan atau mendekati jumlah nilai panas yang dilepas oleh steam yang digunakan
Pengaruh laju alir umpan terhadap nilai koefisien perpindahan panas (U). Koefisien perpindahan panas (U) ini menyatakan besarnya panas yang digunakan
untuk menguapkan pelarutnya . dilihat dari gambar 4.2 nilai U mengalami kenaikan dan penurunan , dimana secara teori apabila laju alir umpan semakin tinggi maka semakin rendah koefisien perpindahan panasnya , hal tersebut dikarenakan semakin besar laju alir maka pelarut yang di evaporasi semakin berkurang dan perpindahan panas pun hanya berlangsung dengan waktu singkat sehingga perpindahan panas kurang maksimal . sehingga pada praktikum kali ini data yang di dapatkan tidak sesuai dengan teori , disebabkan oleh aliran umpan yang di resirkulasi dari b agian kolom residu , yang membuat suhu umpan mengingkat yang menyebabkan perpindahan panas kurang maksimal .
Pengaruh laju alir umpan terhadap steam ekonomi . Pada grafik 3 pun sama hal nya seperti gambar 4.1 dan 4.2 dimana terjadi kenaikan
dan penurunan (tidak stabil)
. Dimana Steam Ekonomi merupakan
perbandingan antara massa uap pelarut dan massa steam atau media pemanas lain. Hal ini menandakan bahwa SE merupakan nilai ke-efektifan steam ser ta media pemanas lain dalam menguapkan pelarut dalam umpan . semakin besar laju alir umpan , maka steam ekonominya semakin kecil, hal ini terjadi karena de ngan semakin besarnya laju alir maka semakin besar pula kebutuhan panasnya sehingga kurang ekonomis , jika dilihat dari gambar 4.3 beberapa kondisi menunjukan semakin besar laju alir umpan maka steam
ekonominya akan semakin besar sehingga pada proses ini bisa dikatakan kurang ekonomis karena membutuhkan panas yang banyak untuk melakukan proses penguapan . Pada kondisi paling optimum dengan mempertimbangkan efesiensi, perpindahan panas dan juga steam ekonomi, adalah saat tekanan 1 bar dan laju alir umpan 7.14 kg/menit. 2. Pemanasan secara tidak langsung Pemanasan langsung ini dilakukan dengan cara cairan dan steam masuk pada kolom FFE secara counter current , dimana steam tidak langsung memanaskan umpan , tetapoi memanaskan media terlebih dahulu dan media tersebut akan memanaskan umpannya . Adapun beberapa factor yang memepengaruhi proses penguapan pada FFE dengan pemanasan secara tidak langsung ini adalah :
Pengaruh laju alir umpan terhadap Efisiensi . Dilihat pada gambar 4.5 untuk tekanan 0.2 bar dan 0.3 bar menunjukan semakin
besar nilai laju alir maka nilai effisiensi akan semakin besar , sedangkan untuk tekanan 0.1 bar menunjukan bahwa semakin besar laju alir nya nilai effisiensi kenaikan dan penurunan , dimana secara teori seharusnya semakin besar laju alir umpan maka nilai effisiensi akan semakin kecil , karena lapisan tipis tidak terbentuk . Dan pada praktikum ini didapatkan nilai effisiensi pada proses pemanasan secara tidak langsung dengan nilai yang relative kecil , hal tersebut disebabkan oleh kualitas pasokan steam yang tidak stabil sehingga pemanasan pada media yang akan memanasakan umpan tidak optimum , dan kemungkinan adanya kebocoran panas steam yang terjadi sepanjang perjalanan dari boiler menuju FFE . Keadaan optimum dengan metode pemanasan tidak langsung adalah saat tekanan 0.2 bar dengan laju alir umpan 6.18 kg/menit karena memiliki effisiensi yang paling tinggi.
Pengaruh laju alir umpan terhadap nilai koefisien perpindahan panas (U). Dilihat pada gambar 4.6 untuk tekanan 0.2 bar dan 0.3 bar menunjukan laju alir
umpan semakin tinggi maka semakin rendah koefisien perpindahan panasnya , hal tersebut dikarenakan semakin besar laju alir maka pelarut yang di evaporasi semakin berkurang dan perpindahan panas pun hanya berlangsung dengan waktu singkat sehingga perpindahan panas kurang maksimal .
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimpulan
1. Pada praktikum ini, nilai efisiensi yang dihasilkan lebih dari 100%. Hal ini disebabkan terjadinya akumulasi panas. Dimana umpan yang masuk mengalami sirkulasi dari kondensat yang keluar dari kolom Falling Film Evaporator. Sehingga umpan yang masuk memiliki suhu yang tinggi dan ketika kontak dengan steam maka fasa uap yang terbentuk akan semakin banyak sehingga menyebabkan pemisahan antara uap larut dan larutan pekat tidak berjalan dengan baik, karena adanya larutan pekat yang ikut menguap bersama uap larut. Sehingga berpengaruh pada perpindahan panas yang terjadi. 2. Pada kondisi paling optimum dengan mempertimbangkan efesiensi, perpindahan panas
dan juga steam ekonomi, adalah saat tekanan 1 bar dan laju alir umpan 7.14 kg/menit. Hal ini karena pada kondisi tersebut efisiensi dan steam ekonomi yang cukup baik dan perpindahan panasnya tidak terlalu rendah 3. keadaan optimum dengan metode pemanasan tidak langsung adalah saat tekanan 0.2 bar dengan laju alir umpan 6.18 kg/menit karena pada kondisi tersebut efisiensi yang dihasilkan paling tinggi.
5.2
Saran
1. Buka saluran vent ketika memompa umpan yang akan dialirkan kedalam kolom FFE, setelah umpan melewati cabang pipa tutup saluran vent. 2. Jaga suhu pada pompa, air sirkulasi dari hasil kondensat membuat air umpan menjadi panas. Air umpan yang terlalu panas akan membuat kerusakan pada pompa. 3. Gunakan sarung tangan kain ketika memegang saluran steam dan ketika mengambil air kondensat.
DAFTAR PUSTAKA
Fitri, Medya Ayunda. 2016. STUDI EKSPERIMENTAL FALLING FILM EVAPORATOR PADA EVAPORASI NIRA KENTAL. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh November. Tim penyusun jobsheet praktikum Pilot Plant. 2013. Falling Film Evaporator. Bandung: Jurusan Teknik Kimia, Polban Anonim. 2010. Judul Praktikum : Falling Film Evaporator Pemanasan Langsung . http://matekim.blogspot.co.id/2010/05/f-f-e.html (Diakses pada 18 November 2017)
Anonim. 2012. Falling Fim Evaporator . http://industryoleochemical.blogspot.co.id/2012/04/falling-film-evaporator.html (Diakses pada 18 November 2017)
LAMPIRAN
Data tambahan pada pemanasan secara langsung Hv (terhadap T11) kJ/kg
Hl (terhadap T11) kJ/kg
λ (terhadap T11) kJ/Kg
Hv (P+1)
Hl (p+1)
λ (P+1)
P (bar)
Q (L/h)
T7 (°C)
T11 (°C)
Cp (kJ/Kg °C)
0.25
100
25.4
93
4.2
389.61
2664.03
2274.50
2684.7
443.1
2241.6
0.25
150
49.6
96
4.2
402.24
2669.12
2267.00
2684.7
443.1
2241.6
0.25
200
79.4
98
4.2
410.66
2672.52
2262.00
2684.7
443.1
2241.6
0.25
250
60.8
94
4.2
393.82
2665.73
2272.00
2684.7
443.1
2241.6
0.25
300
83.1
98
4.2
410.66
2672.52
2262.00
2684.7
443.1
2241.6
0.5
100
61.5
97
4.2
406.45
2670.82
2264.50
2692.3
466.1
2226.2
0.5
150
70.5
96
4.2
402.24
2669.12
2267.00
2692.3
466.1
2226.2
0.5
200
78.8
95
4.2
398.03
2667.43
2269.50
2692.3
466.1
2226.2
0.5
250
72.6
92
4.2
385.40
2662.34
2277.00
2692.3
466.1
2226.2
0.5
300
77.5
93
4.2
389.61
2664.03
2274.50
2692.3
466.1
2226.2
0.75
100
72.3
92
4.2
385.40
2662.34
2277.00
2700
486.4
2213.6
0.75
150
52.3
98
4.2
410.66
2672.52
2262.00
2700
486.4
2213.6
0.75
200
63.2
94
4.2
393.82
2665.73
2272.00
2700
486.4
2213.6
0.75
250
74.8
89
4.2
372.77
2657.24
2284.50
2700
486.4
2213.6
0.75
300
74.2
90
4.2
376.98
2658.94
2282.00
2700
486.4
2213.6
1
100
62.2
92
4.2
385.40
2662.34
2277.00
2706.3
504.7
2201.6
1
150
68.8
97
4.2
406.45
2670.82
2264.50
2706.3
504.7
2201.6
1
200
68.4
92
4.2
385.40
2662.34
2277.00
2706.3
504.7
2201.6
1
250
78.7
98
4.2
410.66
2672.52
2262.00
2706.3
504.7
2201.6
1
300
82.8
90
4.2
376.98
2658.94
2282.00
2706.3
504.7
2201.6
Perhitungan efisiensi pada pemanasan secara langsung
Ƞ=
=
1 . (11 7) 3 . λ . λ +
P (bar)
Q (L/h)
Q feed (kJ/menit)
Q steam (kJ/menit)
Ƞ (%)
0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.5 0.5 0.5
100 150 200 250 300 100 150 200
3197.02 1463.52 2443.59 2906.54 2482.62 2130.58 1110.64 1853.04
412.08 132.93 398.79 398.79 398.79 321.61 139.83 307.63
775.82 1100.97 612.75 728.84 622.54 662.47 794.28 602.37
0.5 0.5 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 1 1 1 1 1
250 300 100 150 200 250 300 100 150 200 250 300
2826.09 1693.04 3252.57 1721.64 1356.86 1876.35 1158.41 3414.19 1155.48 4479.39 1179.55 2817.39
475.42 251.69 627.46 204.29 145.92 321.02 145.92 651.06 151.41 878.18 151.41 575.36
594.44 672.66 518.37 842.75 929.87 584.49 793.87 524.40 763.15 510.08 779.04 489.68
Perhitungan untuk menentukan nilai koefisien perpindahan panas (U) dalam pemanasan secara langsung
=
. ∆
dengan
∆ =
∆− ∆2 ∆ ) ∆
ln(
/ℎ
P (bar)
Q (L/h)
T=Th1 =Th2 steam (°C)
0.25
100
105.97
80.57
12.97
37.01093
760.5382
0.25
150
105.97
56.37
9.97
26.78433
525.4608
0.25
200
105.97
26.57
7.97
15.44724
774.4421
0.25
250
105.97
45.17
11.97
24.99944
450.3817
0.25
300
105.97
22.87
7.97
14.13472
896.1407
0.5
100
111.35
49.85
14.35
28.50791
363.5223
0.5
150
111.35
40.85
15.35
26.05254
397.7831
0.5
200
111.35
32.55
16.35
23.52772
503.3946
0.5
250
111.35
38.75
19.35
27.93625
344.4639
0.5
300
111.35
33.85
18.35
25.314
511.7357
0.75
100
116.04
43.74
24.04
32.91321
445.9295
0.75
150
116.04
63.74
18.04
36.20603
384.0383
0.75
200
116.04
52.84
22.04
35.22377
328.9563
0.75
250
116.04
41.24
27.04
33.642
413.3077
0.75
300
116.04
41.84
26.04
33.31794
486.8823
1
100
120.21
58.01
28.21
41.33499
426.6065
1
150
120.21
51.41
23.21
35.46057
406.8641
1
200
120.21
51.81
28.21
38.82175
495.5172
1
250
120.21
41.51
22.21
30.86066
597.3725
1
300
120.21
37.41
30.21
33.68184
499.7423
ΔT1 (°C)
ΔT2 (°C)
ΔTm (°C)
U (watt/m2°K)
Perhitungan untuk menentukan steam ekonomi (SE) pada pemanasan secara langsung
SE =
P (bar)
m3 =(m1-m2) (kg/menit)
ms (kondensat)(kg/menit)
SE
0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 1 1 1 1 1
0.93 0.30 0.90 0.90 0.90 0.69 0.30 0.66 1.02 0.54 1.29 0.42 0.30 0.66 0.30 1.29 0.30 1.74 0.30 1.14
0.80 0.40 0.34 0.32 0.36 0.28 0.28 0.32 0.26 0.35 0.38 0.36 0.30 0.36 0.42 0.44 0.36 0.48 0.46 0.42
1.16 0.75 2.65 2.81 2.50 2.46 1.07 2.06 3.92 1.54 3.39 1.17 1.00 1.83 0.71 2.93 0.83 3.63 0.65 2.71
Perhitungan efisiensi pada pemanasan secara tidak langsung
Ƞ=
Teka nan (bar)
Laju alir (Kg/h)
Laju Sirkulasi (kg/h)
T4 (°C)
=
T7 (°C)
1 . (11 7) . ( 8 4)
T8 (°C)
T11 (°C)
Q feed (kJ/h)
Qs (kJ/h)
Ƞ (%)
0,1
100
11000
98.3
37
112.6
73.5
35044.38
660660
5.30445
0,1
150
11000
109.6
74.1
123.6
84
10029.10
646800
1.550571
0,1
200
11000
110.6
72.2
125.4
84
15522.19
683760
2.270123
0,1
250
11000
111.4
48.5
125.8
84
55286.28
665280
8.310227
0,1
300
11000
108.3
63.8
122.9
77
23750.50
674520
3.521096
0,2
100
11000
112.5
76.9
126.9
87
9697.21
665280
1.457614
0,2
150
11000
113.3
56.2
127.4
87.5
31708.15
651420
4.867544
0,2
200
11000
111.3
44
126
83
51302.16
679140
7.553989
0,2
250
11000
109.7
31.8
124.5
78
71950.03
683760
10.5227
0,2
300
11000
107.4
37.3
122.3
72
62435.02
688380
9.069847
0,3
100
11000
108.9
59.4
123.6
82
21698.71
679140
3.195028
0,3
150
11000
111.4
61.4
126
85
23907.74
674520
3.544408
0,3
200
11000
111.5
47.8
125.8
83
46303.49
660660
7.008671
0,3
250
11000
111.2
35.8
126.7
81
70392.67
716100
9.830006
0,3
300
11000
110.3
44.6
125.6
75
54698.11
706860
7.738182
Perhitungan untuk menentukan nilai koefisien perpindahan panas (U) dalam pemanasan secara tidak langsung
=
. ∆
∆ =
dengan
∆− ∆2 ∆ ) ∆
ln(
T8 (°C)
T11 (°C)
ΔT1= (T8T11)(°C)
ΔT1=(T4T7) (°C)
ΔTm(°C)
U (watt/m2.K)
37
112.6
73.5
39.10
61.30
49.37
17709.85
109.6
74.1
123.6
84
39.60
35.50
37.51
22819.19
200
110.6
72.2
125.4
84
41.40
38.40
39.88
22690.47
0,1
250
111.4
48.5
125.8
84
41.80
62.90
51.63
17052.24
0,1
300
108.3
63.8
122.9
77
45.90
44.50
45.20
19751.46
0,2
100
112.5
76.9
126.9
87
39.90
35.60
37.71
23348.87
0,2
150
113.3
56.2
127.4
87.5
39.90
57.10
47.99
17965.63
0,2
200
111.3
44
126
83
43.00
67.30
54.25
16569.16
0,2
250
109.7
31.8
124.5
78
46.50
77.90
60.86
14869.95
0,2
300
107.4
37.3
122.3
72
50.30
70.10
59.65
15272.2
0,3
100
108.9
59.4
123.6
82
41.60
49.50
45.44
19782.04
0,3
150
111.4
61.4
126
85
41.00
50.00
45.35
19684.01
0,3
200
111.5
47.8
125.8
83
42.80
63.70
52.56
16635.54
0,3
250
111.2
35.8
126.7
81
45.70
75.40
59.32
15977.57
0,3
300
110.3
44.6
125.6
75
50.60
65.70
57.82
16178.94
Tekanan (bar)
Laju alir (L/h)
T4 (°C)
T7 (°C)
0,1
100
98.3
0,1
150
0,1
