EVAPORATOR OPERASI TEKNIK KIMIA : II
Oleh :
MELLY CHANDRA FRAYEKTI 6512010015 PROGRAM STUDI DIII TEKNIK PENGOLAHAN GAS LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
Pendahuluan I.
Latar Belakang Evaporator merupakan salah satu alat yang banyak digunakan di industri kimia untuk
memekatkan suatu larutan. Peristiwa yang terjadi pada proses di evaporator adalah evaporasi. Sedangkan pengertian evaporasi sendiri merupakan proses perubahan molekul yang memiliki fasa cair dengan spontan menjadi fasa gas. Proses ini adalah kebalikan dari kondensasi. Aplikasi dari evaporasi pun sangat bermacam-macam. Hampir seluruh proses di industri menggunakan prinsip evaporasi sebagai salah satu proses yang ditempuh untuk menghasilkan suatu produk. Salah satunya, PT Badak LNG yang merupakan salah satu perusahaan dalam bidang migas khususnya LNG kelas dunia ini pun juga menggunakannya. Proses evaporasi ini salah satu proses yang sangat penting dalam proses pencairan gas alam menjadi LNG. Mulai dari proses dari Plant-1 yang merupakan unit CO2 removal hingga siklus refrijerasi yang merupakan salah satu kunci penting dalam pendinginan dan pencairan gas alam terdapat proses evaporasi sebagai salah satu proses dari siklus tersebut.
II.
Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud dengan evaporasi? 2. Apa yang dimaksud dengan evaporator? 3. Bagaimakah prinsip kerja dari evaporator? 4. Apa saja kah tipe-tipe dari evaporator? 5. Bagaimana rangkaian peralatan dari evaporator? 6. Apa sajakah aplikasi dari evaporator?
III.
Tujuan 1. Untuk mengetahui dasar teori mengenai evaporasi. 2. Untuk mengetahui dasar teori mengenai evaporator. 3. Untuk mengetahui tentang prinsip kerja dari evaporator. 4. Untuk mengetahui tipe-tipe dari evaporator. 1
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
5. Untuk mengetahun rangkaian peralatan dari evaporator. 6. Untuk mengetahui aplikasi dari evaporator.
2
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
Pembahasan I.
Dasar Teori Evaporasi merupakan suatu proses penguapan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Tujuan dari evaporasi itu sendiri yaitu untuk memekatkan larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dan pelarut yang mudah menguap. Dalam kebanyakan proses evaporasi , pelarutnya adalah air. Evaporasi tidak sama dengan pengeringan, dalam evaporasi sisa penguapan adalah zat cair, kadang-kadang zat cair yang sangat viskos, dan bukan zat padat. Begitu pula, evaporasi berbeda dengan distilasi, karena disini uapnya biasanya komponen tunggal, dan walaupun uap itu merupakan campuran, dalam proses evaporasi ini tidak ada usaha untuk memisahkannya menjadi fraksi-fraksi. Biasanya dalam evaporasi, zat cair pekat itulah yang merupakan produk yang berharga dan uapnya biasanya dikondensasikan dan dibuang. Proses evaporasi terdiri dari dua peristiwa yang berlangsung : 1. Interface evaporation, yaitu transformasi air menjadi uap air di permukaan tanah. Nilai ini tergantung dari tenaga yang tersimpan. 2. Vertikal vapour transfers, yaitu perpindahan lapisan yang kenyang dengan uap air dari interface ke uap (atmosfer bebas).
Besar kecilnya penguapan dari permukaan air bebas dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu: a.
Kelembaban udara (semakin lembab semakin kecil penguapannya)
b.
Tekanan udara
c.
Kedalaman dan luas permukaan, semakin luas semakin besar penguapannya
d.
Kualitas air, semakin banyak unsur kimia, biologi dan fisika, penguapan semakin kecil.
e.
Kecepatan angin
f.
Topografi, semakin tinggi daerah semakin dingin dan penguapan semakin kecil
g.
Sinar matahari 3
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
h.
Temparatur Evaporasi dapat diartikan sebagai proses penguapan daripada liquid (cairan)
dengan penambahan panas (Robert B. Long, 1995). Panas dapat disuplai dengan berbagai cara, diantaranya secara alami dan penambahan steam. Evaporasi didasarkan pada proses pendidihan secara intensif, yaitu : -
Pemberian panas ke dalam cairan. Makin tinggi pressure makin besar panas yang dibutuhkan jadi pressure perlu diturunkan untuk mendapatkan kondisi operasi yang optimal.
-
Pembentukan gelembung-gelembung (bubbles) akibat uap. Peristiwa bubbling yaitu terbentuknya nukleat sebagai awal pembentukan gelembung.
-
Pemisahan uap dari cairan.
Evaporasi atau penguapan juga dapat didefinisikan sebagai perpindahan kalor ke dalam zat cair mendidih (Warren L. Mc Cabe, 1999). Perbedaan evaporasi dengan proses lain adalah:
Evaporasi dengan pengeringan. Evaporasi tidak sama dengan pengeringan, dalam evaporasi sisa penguapan adalah zat cair – kadang-kadang zat cair yang sangat viskos – dan bukan zat padat. Perbedaan lainnya adalah, pada evaporasi cairan yang diuapkan dalam kuantitas relatif banyak, sedangkan pada pengeringan sedikit.
Evaporasi dengan distilasi. Evaporasi berbeda pula dari distilasi, karena uapnya biasa dalam komponen tunggal, dan walaupun uap itu dalam bentuk campuran, dalam proses evaporasi ini tidak ada usaha unutk memisahkannya menjadi fraksi-fraksi. Selain itu, evaporasi biasanya digunakan untuk menghilangkan pelarut-pelarut volatil, seperti air, dari pengotor nonvolatil. Contoh pengotor nonvolatil seperti lumpur dan limbah radioaktif. Sedangkan distilasi digunakan untuk pemisahan bahan-bahan nonvolatil.
Evaporasi dengan kristalisasi. 4
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
Evaporasi lain dari kristalisasi dalam hal pemekatan larutan dan bukan pembuatan zat padat atau kristal. Evaporasi hanya menghasilkan lumpur kristal dalam larutan induk (mother liquor). Evaporasi secara luas biasanya digunakan untuk mengurangi volume cairan atau slurry atau untuk mendapatkan kembali pelarut pada recycle. Cara ini biasanya menjadikan konsentrasi padatan dalam liquid semakin besar sehingga terbentuk kristal.
Faktor-faktor yang mempengaruhi percepatan evaporasi antara lain : 1. Suhu; walaupun cairan bisa evaporasi di bawah suhu titik didihnya, namun prosesnya akan cepat terjadi ketika suhu di sekeliling lebih tinggi. Hal ini terjadi karena evaporasi menyerap kalor laten dari sekelilingnya. Dengan demikian, semakin hangat suhu sekeliling semakin banyak jumlah kalor yang terserap untuk mempercepat evaporasi. 2. Kelembapan udara; jika kelembapan udara kurang, berarti udara sekitar kering. Semakin kering udara (sedikitnya kandungan uap air di dalam udara) semakin cepat evaporasi terjadi. Contohnya, tetesan air yang berada di kepingan gelas di ruang terbuka lebih cepat terevaporasi lebih cepat daripada tetesan air di dalam botol gelas. Hal ini menjelaskan mengapa pakaian lebih cepat kering di daerah kelembapan udaranya rendah. 3. Tekanan; semakin besar tekanan yang dialami semakin lambat evaporasi terjadi. Pada tetesan air yang berada di gelas botol yang udaranya telah dikosongkan (tekanan udara berkurang), maka akan cepat terevaporasi. 4. Gerakan udara; pakaian akan lebih cepat kering ketika berada di ruang yang sirkulasi udara atau angin lancar karena membantu pergerakan molekul air. Hal ini sama saja dengan mengurangi kelembapan udara. 5. Sifat cairan; cairan dengan titik didih yang rendah terevaporasi lebih cepat daripada cairan yang titik didihnya besar. Contoh, raksa dengan titik didih 357°C lebih susah terevapporasi daripada eter yang titik didihnya 35°C.
5
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Evaporator umumnya terdiri dari tiga bagian, yaitu penukar panas, bagian evaporasi (tempat di mana cairan mendidih lalu menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari cairan lalu dimasukkan ke dalam kondenser (untuk diembunkan/kondensasi) atau ke peralatan lainnya. Hasil dari evaporator (produk yang diinginkan) biasanya dapat berupa padatan atau larutan berkonsentrasi. Larutan yang sudah dievaporasi bisa saja terdiri dari beberapa komponen volatil (mudah menguap). Evaporator biasanya digunakan dalam industri kimia dan industri makanan. Pada industri kimia, contohnya garam diperoleh dari air asin jenuh (merupakan contoh dari proses pemurnian) dalam evaporator. Evaporator mengubah air menjadi uap, menyisakan residu mineral di dalam evaporator. Uap dikondensasikan menjadi air yang sudah dihilangkan garamnya. Pada sistem pendinginan, efek pendinginan diperoleh dari penyerapan panas oleh cairan pendingin yang menguap dengan cepat (penguapan membutuhkan energi panas). Evaporator juga digunakan untuk memproduksi air minum, memisahkannya dari air laut atau zat kontaminasi lain. Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, yaitu untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Evaporator umumnya terdiri dari tiga bagian, yaitu penukar panas, bagian evaporasi (tempat di mana cairan mendidih lalu menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari cairan lalu dimasukkan ke dalam kondensor (untuk diembunkan/kondensasi) atau ke peralatan lainnya. Hasil dari evaporator (produk yang diinginkan) biasanya dapat berupa padatan atau larutan berkonsentrasi. Larutan yang sudah dievaporasi bisa saja terdiri dari beberapa komponen volatile (mudah menguap). Evaporator biasanya digunakan dalam industri kimia dan industri makanan. Pada industri kimia, contohnya garam diperoleh dari air asin jenuh (merupakan contoh dari proses 6
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
pemurnian) dalam evaporator. Evaporator mengubah air menjadi uap, menyisakan residu mineral di dalam evaporator. Uap dikondensasikan menjadi air yang sudah dihilangkan garamnya. Pada sistem pendinginan, efek pendinginan diperoleh dari penyerapan panas oleh cairan pendingin yang menguap dengan cepat (penguapan membutuhkan energi panas). Evaporator juga digunakan untuk memproduksi air minum, memisahkannya dari air laut atau zat kontaminasi lain.
II.
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. Pemekatan larutan didasarkan pada perbedaan titik didih yang sangat besar antara zat-zatnya. 2. Titik didih cairan murni dipengaruhi oleh tekanan. 3. Dijalankan pada suhu yang lebih rendah dari titik didih normal. 4. Titik didih cairan yang mengandung zat tidak mudah menguap (misalnya: gula)akan tergantung tekanan dan kadar zattersebut. 5. Beda titik didih larutan dan titik didih cairan murni disebut Kenaikan titik didih (boiling) Proses evaporasi dengan skala komersial di dalam industri kimia dilakukan dengan
peralatan yang namanya evaporator. Ada empat komponen dasar yang dibutuhkan dalam evaporasi yaitu : Evaporator, kondensor , injeksi uap, dan perangkap uap.
7
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
1. Kondensor: Kondensor adalah salah satu jenis mesin penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida 2. Injeksi uap: 3. Perangkap uap: Evaporasi dilaksanakan dengan cara menguapkan sebagian dari pelarut pada titik didihnya, sehingga diperoleh larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Uap yang terbentuk pada evaporasi biasanya hanya terdiri dari satu komponen, dan jika uapnya berupa campuran umumnya tidak diadakan usaha untuk memisahkan komponen-komponennya.
III.
Tipe-tipe Tipe evaporator berdasarkan banyak proses: 1. Evaporator efek tunggal (single effect) Yang dimaksud dengan single effect adalah bahwa produk hanya melalui satu buah ruang penguapan dan panas diberikan oleh satu luas permukaan pindah panas. 2. Evaporator efek ganda Di dalam proses penguapan bahan dapat digunakan dua, tiga, empat atau lebih dalam sekali proses, inilah yang disebut dengan evaporator efek majemuk. Penggunaan evaporator efek majemuk berprinsip pada penggunaan uap yang dihasilkan dari evaporator sebelumnya. Tujuan penggunaan evaporator efek majemuk adalah untuk menghemat panas secara keseluruhan, hingga akhirnya dapat mengurangi ongkos produksi. Keuntungan evaporator efek majemuk adalah merupakan penghematan yaitu dengan menggunakan uap yang dihasilkan dari alat penguapan untuk memberikan panas pada alat penguapan lain dan dengan memadatkan kembali uap tersebut. Apabila dibandingkan antara alat penguapan n-efek, kebutuhan uap diperkirakan 1/n kali, dan permukaan pindah panas berukuran n-kali dari pada yang dibutuhkan untuk alat penguapan berefek tunggal, untuk pekerjaan yang sama. 8
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
Pada evaporator efek majemuk ada 3 macam penguapan, yaitu : a. Evaporator Pengumpan Muka (Forward-feed) b. Evaporator Pengumpan Belakang (Backward-feed) c. Evaporator Pengumpan Sejajar (Parallel-feed)
Tipe evaporator berdasarkan bentuknya: 1. Evaporator Sirkulasi Alami/paksa Evaporator sirkulasi alami bekerja dengan memanfaatkan sirkulasi yang terjadi akibat perbedaan densitas yang terjadi akibat pemanasan. Pada evaporator tabung, saat air mulai mendidih, maka buih air akan naik ke permukaan dan memulai sirkulasi yang mengakibatkan pemisahan liquid dan uap air di bagian atas dari tabung pemanas.Jumlah evaporasi bergantung dari perbedaan temperatur uap dengan larutan. Sering kali pendidihan mengakibatkan sistem kering, Untuk menghidari hal ini dapat digunakan sirkulasi paksa, yaitu dengan manambahkan pompa untuk meningkatkan tekanan dan sirkulasi sehingga pendidihan tidak terjadi.
2. Falling Film Evaporator Evaporator ini berbentuk tabung panjang (4-8 meter) yang dilapisi dengan jaket uap (steam jacket). Distribusi larutan yang seragam sangat penting. Larutan masuk dan memperoleh gaya gerak karena arah larutan yang menurun. Kecepatan gerakan larutan akan mempengaruhi karakteristik medium pemanas yag juga mengalir menurun. Tipe ini cocok untuk menangani larutan kental sehingga sering digunakan untuk industri kimia, makanan, dan fermentasi.
3. Rising Film (Long Tube Vertical) Evaporator Pada evaporator tipe ini, pendidihan berlangsung di dalam tabung dengan sumber panas berasal dari luar tabung (biasanya uap). Buih air akan timbul dan menimbulkan sirkulasi.
4. Plate Evaporator 9
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
Mempunyai luas permukaan yang besar, Plate biasanya tidak rata dan ditopangoleh bingkai (frame). Uap mengalir melalui ruang-ruang di antara plate. Uap mengalir secara co-current dan counter current terhadap larutan. Larutan dan uap masuk ke separasi yang nantinya uap akan disalurkan ke condenser. Eveporator jenis ini sering dipakai pada industri susu dan fermntasi karena fleksibilitas ruangan. Tidak efektif
untuk
larutan
kental
dan
padatan
5. Multi-effect Evaporator Menggunakan uap pada tahap untuk dipakai pada tahap berikutnya. Semakin banyak tahap maka semakin rendah konsumsi energinya. Biasanya maksimal terdiri dari tujuh tahap, bila lebih seringkali ditemui biaya pembuatan melebihi penghematan energi. Ada dua tipe aliran, aliran maju dimana larutan masuk dari tahap paling panas ke yang lebih rendah, dan aliran mundur yang merupakan kebalikan dari aliran maju. Cocok untuk menangani produk yang sensitive terhadap panas seperti enzim dan protein.
6. Horizontal-tabung Evaporator Evaporator horisontal-tabung merupakan pengembangan dari panci terbuka, di mana panci tertutup dalam, umumnya dalam silinder vertikal. Tabung pemanas disusun dalam bundel horisontal direndam dalam cairan di bagian bawah silinder. Sirkulasi cairan agak miskin dalam jenis evaporator.
7. Vertikal-tabung Evaporator Dengan menggunakan tabung vertikal, bukan horizontal, sirkulasi alami dari cairan dipanaskan dapat dibuat untuk memberikan transfer panas yang baik.
10
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
Gambar 8.4 Evaporator (a) tipe keranjang (b) tabung panjang (c) dipaksa sirkulasi
Tipe evaporator berdasarkan metode pemanasan: 1. Submerged combustion evaporator adalah evaporator yang dipanaskan oleh api yang menyala di bawah permukaan cairan, dimana gas yang panas bergelembung melewati cairan. 2. Direct fired evaporator adalah evaporator dengan pengapian langsung dimana api dan pembakaran gas dipisahkan dari cairan mendidih lewat dinding besi atau permukaan untuk memanaskan. 3. Steam heated evaporator adalah evaporator dengan pemanasan stem dimana uap atau uap lain yang dapat dikondensasi adalah sumber panas dimana uap terkondensasi di satu sisi dari permukaan pemanas dan panas ditranmisi lewat dinding ke cairan yang mendidih.
IV.
Rangkaian Peralatan Evaporator single effects 11
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
Evaporator efek ganda
Falling Film Evaporator
12
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
Rising Film Evaporator
13
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
Plate Evaporator
A = Product B = Concentrate C = Condensate D = Heating steam E = Vapour 1 = Main separator 2 = Pre-separator 3 = Plate calandria
V.
Aplikasi Aplikasi dari evaporator antrara lain digunakan pada pabrik gula, pabrik, garam, industri bahan kimia, industri makanan dan minuman, dan kilang minyak. Proses evaporasi telah dikenal sejak dahulu, yaitu untuk membuat garam dengan cara menguapkan air dengan bantuan energi matahari dan angin. Kegunaan utama dari evaporator adalah menguapkan air pada larutan sehingga larutan memiliki konsentrasi tertentu. Pada industri makanan dan minuman, agar memiliki mutu yang sama pada jangka
14
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
waktu yang lama, dibutuhkan evaporasi. Misalnya untuk pengawetan adalah pembuatan susu kental manis. Evaporasi merupakan satu unit operasi yang penting dan biasa dipakai dalam industri kimia dan mineral, misalnya industri aluminium dan gula. Evaporator juga digunakan untuk mengolah limbah radioaktif cair. Kegunaan lainnya adalah mendaur ulang pelarut mahal seperti hexane ataupun sodium hydroxide pada kraft pulping bisa juga untuk menguapkan limbah agar proses penanganan limbah lebih murah. Contohcontoh Operasi Evaporasi dalam Industri Kimia lainnya yaitu : Pemekatan larutan NaOH, Pemekatan larutan KNO3, Pemekatan larutan NaCL, Pemekatan larutan nitrat dan lain-lain.
15
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
Penutup Kesimpulan Evaporasi merupakan suatu proses penguapan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Aplikasi dari evaporator antrara lain digunakan pada pabrik gula, pabrik, garam, industri bahan kimia, industri makanan dan minuman, dan kilang minyak.
16
LNG ACADEMY PT BADAK LNG – POLITEKNIK NEGERI JAKARTA BONTANG, KALIMANTAN TIMUR
Daftar Pustaka http://kusumaworld25.blogspot.com/2012/09/evaporator.html http://id.wikipedia.org/wiki/Evaporator http://www.angelfire.com/ak5/process_control/evaporasi.htm http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-8885-2306100604-Chapter1.pdf http://id.wikipedia.org/wiki/Penguapan http://id.wikipedia.org/wiki/Penguapan http://www.scribd.com/doc/85581188/Makalah#download http://kusumaworld25.blogspot.com/2012/09/evaporator.html http://tulisandicky.blog.friendster.com/ http://www.acehforum.or.id/evaporator-t13417.html?s=b07100390ca72af272e405d9f04445d0& http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/teknologi-proses/pelaksanaan prosesevaporasi/ Hui YH. 2006. Handbook of Food Science, Technology, and Engineering, Volume 3. Boca Raton: Taylor & Francis Group. Hal:102-11. Mc Cabe, Warren L. 1993. Operasi Teknik Kimia Jilid 1. Jakarta :Penerbit Erlangga
17
