Evaporator

BAB V EVAPORASI

Pendahuluan

Evaporasi adalah suatu proses penguapan pelarut dari suatu larutan yang terd terdir irii dari dari zat zat terla terlaru rutt yang yang tak tak muda mudah h meng menguap uap dan dan pela pelaru rutt yang yang muda mudah h menguap. Alat penguapan yang digunakan disebut evaporator. Operasi evaporasi atau penguapan pada dasarnya merupakan operasi pendidihan khusus, dimana terjadi peristiwa pepindahan panas dalam cairan yang mendidih. Tujuan operasi evaporasi adalah untuk memperoleh larutan pekat dari larutan encer dengan jalan  pendidihan dan penguapan. Dalam kebanyakan proses evaporasi, pelarut yang digunakan adalah air. Evapor Evaporasi asi dilaks dilaksana anakan kan dengan dengan mengua menguapka pkan n sebagi sebagian an dari dari pelaru pelarutt sehing sehingga ga didapatkan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Evaporasi tidak  sama sama dengan dengan penger pengering ingan an dalam dalam evapor evaporasi asi sisa pengua penguapan pan adalah adalah zat cair, cair, kadang kadang!kad !kadang ang zat cair yang yang sangat sangat visko viskos, s, dan bukan bukan zat padat. padat. Evapor Evaporasi asi  berbeda pula dari distilasi karena disini uapnya biasanya komponen tunggal, dan walaupun uap itu merupakan campuran, dalam proses evaporasi ini tidak ada usaha usaha untuk untuk memisah memisahkan kanny nyaa menjadi menjadi "raksi!" "raksi!"rak raksi. si. Evapor Evaporasi asi berbed berbedaa dari dari krista kristalisa lisasi si dalam dalam hal peneka penekanan nanny nyaa disini disini ialah ialah pada pada pemeka pemekatan tan laruta larutan n dan  bukan pembuatan zat padat atau kristal. Dalam situasi!situasi tertentu, misalnya  pada penguapan air asin untuk membuat garam, garis pemisah antara evaporasi dan krista#isasi tidaklah dapat dikatakan dikatakan tegas. $ebab evaporasi evaporasi kadang! kadang! kadang kadang menghasilkan lumpur kristal di dalam larutan induk. %azim %azimny nya, a, dala dalam m evap evapor oras asi, i, zat zat cair cair peka pekatt itul itulah ah yang yang meru merupa pakan kan  produk yang berharga dan uapnya biasanya dikondensasikan dan dibuang. Tetapi, dalam suatu situasi tertentu, kebalikannyalah kebalikannyalah yang benar. benar. Air yang mengandung mengandung mineral seringkali diuapkan untuk mendapatkan hasil yang bebas zat padat untuk 

&'

umpan umpan ketel ketel didih, didih, karena karena persya persyarata ratan n khusus khusus proses, proses, dan untuk untuk konsum konsumsi si manusia. Teknik ini biasa disebut disti#asi air (water distillation), tetapi dari segi teknik proses itu adalah evaporasi. *roses!proses evaporasi skala besar sudah  banyak dikembangkan dan digunakan untuk membuat air minum dari air laut. Di sini hasil yang dikehendaki adalah air kondensasi. +anya sebagian kecil saja dari keseluruhan air dalam umpan yang dipulihkan, sebagian besar dikembalikan ke laut.

5.1. Beberapa Sifat –sifat penting dari zat cair ang di!ap"rasi#an di!ap"rasi# an 5.1.1 $"nsentrasi

alaupun cairan encer yang diumpankan ke dalam evaporator mungkin cukup encer sehingga beberapa si"at "isiknya sama dengan air, tetapi jika konsentrasinya meningkat, larutan itu akan makin bersi"at individual. Densitas dan viskositasnya meningkat bersamaan dengan kandungan zat padatnya, hingga larutan itu menjadi  jenuh, atau jika tidak, menjadi terlalu lamban sehingga tidak dapat melakukan  perpindahan kalor yang memadai. -ika zat cair jenuh didihkan terus, maka akan terjadi pembentuk pembentukan an kristal kristal!kri kristal!kristal stal ini harus

dipisahkan dipisahkan karena. karena. isa

meny menyeb ebab abka kan n tabun tabung g evap evapor orat ator or tersu tersumb mbat at.. Titik itik didi didih h laru laruta tanp npun un dapa dapatt meningkat dengan sangat cepat bila kandungan zat padatnya bertambah, sehingga suhu suhu didih didih laruta larutan n jenuh jenuh mungki mungkin n jauh jauh lebih lebih tinggi tinggi dari dari titik titik didih didih air pada pada tekanan yang sama.

5.1.% Pe&bentu#an busa

eberap eberapaa bahan bahan terten tertentu, tu, lebih!/ lebih!/ebi ebih h zat!zat zat!zat organi organik, k, membus membusaa pada pada waktu waktu diua diuapk pkan an.. usa usa yang yang stab stabi# i# akan akan ikut ikut ke luar luar evap evapor orato atorr bersa bersama ma uap, uap, dan dan menyebabkan banyaknya bahan yang terbawa ikut. Dalam hal!hal yang ekstrim, keseluruhan masa zat cair itu mungkin meluap ke dalam saluran uap keluar dan

&0

terbuang. 5.1.' $epe#aan terhadap suhu

eberapa bahan kimia berharga, bahan kimia "armasi, dan bahan makanan dapat rusak bila dipanaskan pada suhu sedang selama waktu yang singkat saja. Dalam mengkonsentrasikan bahan! bahan seperti itu diperlukan teknik khusus untuk  mengurangi suhu zat cair dan menurunkan waktu pemanasan. 5.1.( $era# 

eberapa larutan tertentu menyebabkan pembentukan kerak pada permukaan  pemanasan. +al ini menyebabkan koe"isien menyeluruh makin lama makin  berkurang sampai akhimya kita terpaksa menghentikan operasi evaporator untuk  membersihkannya. i#a kerak itu keras dan tak dapat larut, pembersihan itu tidak  mudah dan memakan biaya. 5.1.5 Bahan #"nstru#si

ila memungkinkan, evaporator sebaiknya dibuat dari baja. Akan tetapi, banyak  larutan yang merusak bahan!bahan besi, atau menjadi terkontaminasi oleh bahan itu. 1arena itu digunakan juga bahan!bahan konstruksi khusus seperti tembaga, nikel, baja tahan karat, aluminium, gra"it tak!tembus, dan timba#. Oleh karena  bahan!bahan ini relati" mahal, maka laju perpindahan kalor harus tinggi agar  dapat menurunkan biaya pokok peralatan.

anyak karakteristik lain zat cair juga perlu mendapat perhatian dari  perancang evaporator, antara lain kalor spesi"ik, kalor konsentrasi, titik beku,  pembebasan gas pada waktu mendidih, si"at racun, bahaya ledak, radioaktivitas, dan persyaratan operasi steril (suci hama. Oleh karena adanya variasi dalam si"at! si"at zat cair maka dikembangkan berbagai

jenis rancangan evaporator.

Evaporator mana yang dipilih untuk suatu masalah tertentu bergantung terutama

&2

 pada karakteristik zat cair itu. 5.% )enis*+enis e!ap"rat"r

-enis!jenis utama evaporator tabung dengan pemasukan uap yang lazim dipakai adalah3

#. Evaporator tabung horizontal 4. Evaporator tabung panjang3 a. Aliran ke atas ("ilm panjat)  b. Aliran ke bawah ("ilm!jatuh) c. $irkulasi paksa . 5. Evaporator "ilm aduk 

6ambar 7.#. Evaporator Tabung +orizontal

&&

6ambar 7.4. Evaporator 8ertikal Tabung *anjang

6ambar 7.5. Evaporator "ilm Turbulen

#99

5.' ,asar*dasar E!ap"rat"r

Evaporator pada dasarnya adalah operasi pemekatan larutan dengan jalan menguapkan sebagian pelarut dari larutan tersebut. Dengan kata lain operasi evaporasi bertujuan untuk membuat larutan yang konsentrasi solutenya rendah (encer) menjadi larutan yang konsentrasi solutenya tinggi (pekat). %arutan adalah campuran antara solute dan pelarut yang membentuk massa cair  yang homogen. +al ini terjadi apabila kelarutan solute dalkam pelarut sangat  besar. %arutan : solute ; pelarut  

%

:

$

;

*

1onsentrasi solute 3 < =

s s+p

=ntuk menaikkan konsentrasi < dengan cara menguapkan sebagian pelarut *. >isalkan pelarut yang menguap sebanyak v, maka konsentrasi setelah evaporasi menjadi 3 <# =

s s + ( p − v)

Disini terlihat bahwa <# ? <. 1adang!kadang bisa saja terjadi bahwa konsentrasi <# sangat dekat konsentrasi jenuh larutan tersebut. *ada kondisi demikian sangat mungkin solute keluar dari larutan (mengkristal), sehingga pada umumnya evaporator dilengkapi dengan alat perangkap garam yang tujuannya untuk  memisahkan solute yang terbentuk tadi. $esuai dengan prinsip evaporasi di atas bahwa yang diuapkan adalah  pelarutnya saja, maka syarat untuk dilakukan operasi terhadap suatu larutan adalah sebagai berikut 3 #.

*ada kondisi normal (tekanan # atm dan suhu ruangan) "ase solute adalah  padat.

4.

Dalam hal solute "asenya cair, maka harus mempunyai titik didih yang sangat tinggi dibanding titik didih pelarutnya.

#9#

*enguapan pelarut pada operasi evaporasi terjadi pada kondisi titik didih larutannya. $uatu larutan yang terdiri dari komponen!komponen solute dan  pelarut apabila beda antara dew point dan bubble point pada setiap konsentrasi sangat besar, maka untuk pemisahan pelarutnya dapat dilakukan dengan cara evaporasi (6b. 7!#). $ebaliknya apabila beda antara dew point dan bubble point  pada setiap konsentrasi kecil, atau dengan kata lain dew point berdekatan dengan  bubble point, maka operasi pemisahan tidak dapat dilakukan dengan cara evaporasi, tetapi bisa dilakukan dengan cara distilasi (6b. 7!4).

$uatu perancangan operasi evaporasi, perlu diperhatikan 3 •

$i"at!si"at "isis atau kimia dari larutan yang akan dipekatkan. $i"at "isis meliputi density, viskosity, titik didih, tegangan muka (mudah berbuih atau tidak). $i"at kimia diantaranya si"at kestabilan senyawa dalam larutan tersebut

   @   o  ,   r   u    t   a   r   e   p   m   e    T

   @   o  ,   r   u    t   a   r   e   p   m   e    T

dew point

dew point

 bubble point

@raksi berat solute

 bubble point

@raksi berat solute

6ambar 7. $istem BaO+ ! air  6ambar 7.7 $istem alkohol ! air  terhadap temperatur. $ebagai contoh apakah larutan pekatnya mudah terdekomposisi atau mengalami peruraian pada temperatur tinggi. $i"at!si"at dari larutan yang akan dipekatkan ini menentukan metode "eeding atau pola

#94

operasi evaporator yang akan dipakai. $ebagai contoh untuk zat!zat yang tidak  tahan terhadap suhu tinggi (misal larutan nira) akan cocok apabila memakai sistem "orward "eed. =ntuk zat!zat yang mempunyai si"at viskositasnya tinggi lebih cocok apabila dipakai sistem backward "eed. $elain itu dari si"at "isis zat  juga dipakai sebagai pertimbangan dalam menentukan jenis evaporator mana yang cocok digunakan. $ebagai contoh untuk memekatkan larutan yang mempunyai si"at berbuih, lebih cocok menggunakan jenis evaporator pipa  panjang (long tube eveporator). •

Temperatur umpan ("eed) juga menjadi pertimbangan dalam memilih pola operasi evaporator. =mpan yang dingin sebaiknya dimasukkan pada e""ect yang temperaturnya paling rendah.

•

Derajat pemekatan yang diinginkan juga akan menentukan pemilihan operasi pemekatan apakah menggunakan penguap tunggal (single e""ect) atau  penguap berangkai (multiple e""ect). *ada umumnya untuk derajat pemekatan yang besar, jarang menggunakan sistem single e""ect karena tidak ekonomis. Artinya biaya operasi yang terdiri atas biaya steam dan air pendingin sangat  besar. Dalam

hal

tersebut

sistem

multiple

e""ect

evaporation

lebih

menguntungkan.

5.( Siste& Operasi E!ap"rat"r

Ada 4 macam sistem operasi evaporator, yaitu 3 #.

$istem penguap tunggal (single e""ect evaporation)

4.

$istem penguap ganda (multiple e""ect evaporation)

$istem penguap tunggal adalah proses pemakatan larutan dengan menggunakan satu evaporator, sedang sistem penguap ganda menggunakan lebih dari satu evaporator. $istem yang menggunakan 4 evaporator disebut double e""ect evaporation, 5 evaporator disebut triple e""ect evaporation dan seterusnya. *ada penguap tunggal, umpan ("eed) adalah larutan encer yang dididihkan  pada temperatur yang sesuai dengan tekanan pada ruang evaporator tersebut.

#95

$ebagai tenaga pemanas adalah steam bertekanan rendah dan keadaannya jenuh (saturated steam). +asilnya adalah larutan pekat dan uap dari pendidihan larutan tersebut. *ada sistem penguap ganda adalah 4 evaporator atau lebih yang dirangkai secara seri. E""ect pertama merupakan penguap tunggal yang dihubungkan seri dengan e""ect!e""ect berikutnya. %arutan pekat dari e""ect pertama menjadi umpan e""ect kedua, sedang uap hasil pendidihan e""ect pertama dipakai sebagai pemanas  pada e""ect kedua, demikian seterusnya larutan pekat e""ect kedua menjadi umpan e""ect ketiga dan uap hasil e""ect kedua dipakai sebagai pemanas e""ect ketiga

5.5 -n+u# $er+a E!ap"rat"r

=ntuk mengetahui unjuk kerja evaporator digunakan suatu parameter penilai,  parameter yang dimaksud adalah 3

5.5.1

!

ekonomi evaporator 

!

kapasitas evaporator 

E#"n"&i e!ap"rat"r

Ekonomi evaporator dide"inisikan 3

kg

air yang diuapkan setiap

 pemakaian sat kg steam pemanas =ntuk sistem single e""ect

η =

=ntuk sistem multiple e""ect η = Dimana 3

8# $ 8# + 84 + 85 + ... 8n $

C : ekonomi evaporator  8 : air yang diaupkan (kgj) $ : konsumsi steam (kgj)

+arga C untuk single e"ek kecil yaitu 9,' sampai 9,0 oleh karena itu pemekatan dengan sistem single e""ect tidak e"isien atau tidak ekonomis. =ntuk memperbesar  harga C dengan menambah jumlah e""ect. >akin besar jumlah e""ect makin besar 

#9

 pula harga C. $ecara kasar harga ekonomi evaporator dapat diprediksi sebesar 3 C : 9,2 n

dimana n : jumlah e""ect

Disamping jumlah e""ect, ekonomi evaporator juga dipengaruhi oleh temperatur  umpan. Temperatur umpan yang dingin akan mengurangi harga C karena kalor  dari steam yang seharusnya untuk menguapkan air menjadi berkurang karena dipakai untuk menaikkan temperatur umpan sampai temperatur titik didihnya sebesar panas sensiblenya yaitu 3 >@ .
5.5.%

$apasitas e!ap"rat"r

1apasitas evaporator dide"inisikan 3 kg air yang diuapkan setiap jam. 1apasitas evaporator tergantung pada laju perpindahan panas () masing!masing e""ect. -adi "aktor yang mempengaruhi besarnya kapasitas evaporator adalah luas permukaan perpindahan panas A, koe"isien perpindahan panas menyeluruh = dan perbedaan suhu e"ekti" FTe"" , sesuai dengan hubungan  : = A F Te"" . >akin besar harga =, A atau FTe"" maka makin besar harga  sehingga jumlah air  yang diuapkan setiap waktu makin besar atau dengan kata lain kapasitas evaporator makin besar. Disamping itu temperatur umpan juga mempengaruhi kapasitas evaporator. Temperatur "eed yang dingin akan mengurangi kapasitas evaporator karena sebagian kalor



digunakan untuk menaikkan suhu "eed

sampai titik didihnya.

5. $enai#an titi# didih

Dalam operasi evaporator, terutama untuk pemekatan larutan anorganik  menunjukkan bahwa titik didih larutan lebih tinggi dibanding titik didih pelarut murninya (titik didih air). *enomena tersebut disebut kenaikan titik didih atau

#97

*G. *G ini cukup nyata pada senyawa!senyawa anorganik, namun tidak begitu nyata untuk senyawa!senyawa organik, terutama yang berat molekulnya tinggi. Adanya *G ini menyebabkan FT yaitu beda temperatur pemanas dan temperatur titik didih larutan menjadi kecil.

6ambar 7.'. 6aris!garis Duhring, sistem BaO+ H Air 

#9'

6ambar 7.0 Diagram Enthalpi!1onsentrasi $istem BaO+ ! Air 

#90

5./ Perhitungan $ebutuhan stea& dan luas e!ap"rat"r pada siste& single effe# 

*ada sistem single e""ect panas

dari steam dipindahkan melalui

 permukaan bidang pemanas ke cairan yang sudah berada pada suhu didihnya. *anas tersebut digunakan untuk menguapkan air. 8,+,y

@eed @, t@, h@, J@

*#,T#, =,A

$team $, t$, +$,*$

kondensat $, t$, h<

%, h%,J%, T#

*roduk (%arutan *ekat)

6ambar 7.2 $istem $ingle E""ect 1eterangan @

: laju alir larutan encer ("eed)

A: luas permukaan perpindahan panas

$

: laju alir steam atau condensat

8 : laju alir uap

%

: %aju alir larutan pekat

I : kapasitas panas

t@

: temperatur larutan encer (umpan)

J@ : "raksi massa umpan

*$

: tekanan steam

J% : "raksi massa produk 

t$

: temperatur steam atau kondensat

T#: titik didih larutan

+$ : enthalpi steam

E : steam ekonomi

+8 : enthalpi uap h<

: enthalpi kondensat

h@

: enthalpi "eed (umpan)

h%

: enthalpi cairan pekat (produk)

= : koe"isien perpindahan panas keseluruhan

#92

%aju perpindahan panas dari steam ke larutan : =AKTLLLLLLLLLLLLLLLLL.7.# 0eraca &assa

 Beraca massa total

@ : % ; 8LLLLLLLLLLLLLLL..7.4

 Beraca massa solute

@.J@ : %.J% ; 8.y

1arena konsentrasi solute dalam uap (y:9), maka, @.J@ : %.J%  LLLLLLLLLLLLLLL....7.5 0eraca entalpi

Dalam menyusun neraca enthalpi diambil asumsi!asumsi sebagai berikut 3 •

Tak ada kebocoran atau percikan keluar 

•

Adanya non condensable gas diabaikan

•

Tak ada kehilangan panas ke sekeliling

•

$team pemanas masuk dalam keadaan jenuh dengan suhu t $

dan

kondensat keluar dalam keadaan cair jenuh dengan suhu t $. •

*anas pelarutan diabaikan

Asumsi di atas diambil karena pada praktek kadang!kadang dipakai superheated steam yang temperaturnya sedikit di atas t$, dan kondensat keluar pada suhu sedikit dibawah t$ (sub cooled).

 Beraca enthalpi 3 @ . h@ ; $ . +$ $ (+$ H h<)

:

: 8 . + ; $ . h< 8.+

;

% . h%

!

;

% . h% LLLLLLL7.

@ . h@

1arena +$ H h< : M $ : panas laten steam $ . M $

:

8.+

;

% . h % ! @ . h@

1onsumsi steam dapat diperoleh, S 

=

V . H  +  L.h L

M S 

−  F .h F 

................................................................ 7.7

=ntuk menentukan luas permukaan perpindahan panas,  : =.A.KT : $ . M $  .................................................................... 7.'

#9&

 A

=

$ . M S  U .ΔT 

.................................................................................. 7.0

dengan3 $ . M $

: 1alor yang dilepas steam pada suhu t$ (: I)

KT

: t$ H T#

EB
t b  +

ila t b diketahui maka dari $team Table akan didapat 3

*/  +

ila *s diketahui maka dari $team Table akan didapat 3

ts, Ms  +s

>encari EBT+A%*N  *erhatikan Ada 1TD  T/DA1  /. 1TD Tidak Ada P. T/ : t% : t8: tb (titik didih air murni pada * #) P. h% : entalpi produk didapat dengan temp T # (titik didih larutan) P. + : entalpi uap diperoleh pada T#

#. 1TD Diperhitungkan P. tb diketahui dari $team Table pada */ Tb dengan J % dari gambar 7.' Duhring
+v : + b ; 9,7 1TD (ila 1TD dalam o@Q T=lb

!

+ b : entalpi uap pada suhu air murni (tb)

!

t@ dengan J@  gambar 7.0  didapat h@

!

T/ dengan J @  gambar 7.0

 didapat

h%

EBT+A%*N A%AB
##9

1A*A$/TA$ *ABA$

3  : $ Ms : =A (T $ ! T/)

%=A$ *EG>=1AAB *EG*/BDA+AB *ABA$

#). ila satuan yang diketahui $ dalam 1g-am = dalam m4 1 

 A

=

S λ S  U ∆T 

 x

#999

m

4

5'99

FT dalam 1 dalam 1-1g

4). ila $atuan yang diketahui $ dalam lb-am = dalam T=-@T4@

A:

S λ S  U ∆T 

 "t 4

∆T   dalam o@

Dalam 1-1g

$TEA> E1OBO>/ E :

V   S 

5.2 PER3I4-0A0 6-74IP7E E88E94 EVAPORA4OR 

###

*ada single E""ect Evaporator, sebagian besar biaya evaporasi untuk biaya steam  pemanas hal ini merupakan suatu pemborosan karena dengan steam pemanas akan dihasilkan juga steam (8) yang tidak dipakai lagi. =ntuk menghindari pemborosan, uap yang dihasilkan dari sebuah evaporator  digunakan sebagai steam pemanas di evaporator kerja. $istem ini disebut sebagai sistem >=%T/*%E. *ada sistem ini3 !

e""ect / dipanasi dengan steam dari oiler.

!

E""ect // dipanasi =ap dari e""ect /

!

E""ect /// dipanasi dengan =ap dari e""ect //, dst

Titik didih pada e""ect / harus lebih tinggi dari titik didih e""ect //, dst. Demikian  juga Tekanannya (*).

Tiap evaporator dalam multiple e""ect disebut e""ect. Bomer e""ect sesuai dengan urutan steam masuk dengan angka romawi.

*E>A$=1AB @EED #. @orward @eed

6ambar 7.& $itim multi e""ect dengan pengumpanan ke depan Dalam cara ini 3

##4

%arutan encer masuk pada e""ect /, setelah agak pekat diumpankan sebagai "eed  pada e""ect // begitu seterusnya, sehingga larutan produk adalah yang keluar dari e""ect ke H n. Titik didih3

T# ? T4 ? Tn *# ? *4 ? *n

>ultiple e""ect dilengkapi dengan sistem penghamparan. *ada sistem ini3 steam Ekonomi cukup besar, karena makin banyak e""ect, makin  besar $team Ekonominya. Tetapi bila e""ect lebih besar, maka sistem ini akan mahal, harus diperhitungkan  biaya e""ect. @orward "eed digunakan untuk "eed yang cukup panas dan produk akhir tidak  tahan panas tinggi.

4. ackward @eed3

6ambar 7.#9 $itim multi e""ect dengan pengumpanan dari belakang

@eed masuk cari e""ect terakhir. %arutan masuk dari e""ect terakhir yang kurang panas, karena larutan yang lebih  pekat masuk dalam e""ect yang lebih panas sehingga akan mengurangi kekentalan, sehingga penurunan harga = (over all coe""icient) dapat diatasi. $istem ini untuk  "eed yang dingin dan produk yang kental.

##5

%arutah berserak dari e""ect dengan tekanan (*) rendah ke tekanan tinggi sehingga  perlu pompa.

$/$TE> *AGA%E% @EED3

@eed diumpankan pada setiap e""ect. *roduk dikeluarkan pada setiap e""ect. Digunakan untuk "eed yang sudah cukup pekat. Diharapkan produk keluar segera menjadi bentuk kristal, missal dalam pembuatan garam.

TE>*EGAT=G DGO*

=mumnya dalam perhitungan evaporator sistem multiple dilakukan asumsi! asumsi3 #. -umlah panas yang diperlukan setiap evaporator dianggap sama. 4. %uas per inci perpindahan panas setiap evaporator dianggap sama.

=ntuk @orward @eed3

I# :

=#.A#.Ft#

I4 :

=4.A4. Ft4

I5 :

=5.A5. Ft5

In :

=n.An. Ftn

=#.A#. Ft#

: =4.A4. Ft4 : =5.A5. Ft5 : =n.An. FtnLLLLLLLLLL7.2

-ika A sama maka 3 =#. Ft# : =4. Ft4 : =5. Ft5LLLLLLLLLLLL7.& -ika 1TD diabaikan, maka3

∑ Δt  = ts − T 

n

= Δt # + Δt 4 + Δt 5 + Δt n

LLLLL..7.#9

ila 1TD diperhitungkan  

∑ Δt  = Ts − T n

− ( KTD)

LLLLLLLLLLLLLLLLLL.7.##

##

5. esarnya temperature Drop pada setiap evaporator dapat ditaksir dengan3 ΔT #

# D U # #

=

# D U # + # D U 4 +

ΔT 4

# D U 4 # #

=

# D U # +

U 5

U 4

+

U 5

+ ∑ ΔT  + .......# D U n

+ .......

#

+ ∑ ΔT 

LLLLLLLL.7.#4

LLLLLLLLL7.#5

U n

1A*A$/TA$ >=%T/*%E E@@E
*emakaian multiple e""ect evaporator akan meningkatkan steam Ekonomi, tetapi tidak berarti dengan e""ect banyak selalu lebih ekonomis karena dipengaruhi oleh kapasitas evaporator.

*ersamaan 1apasitas total3

I total : I # ; I4 ;I5 ; LLL.;In : =#.A#. Ft# ; =4.A4. Ft4 ; LL; =n.An. FtnLLLLLLLLLLLLL7.# =ntuk yang tanpa 1TD Ts H Tn : Ft -umlah temperatur Drop yaitu 3

LLLLLLLLL 7.#7

I : =av.A ∑ ∆t  >aka 3

!

LLLLLLLLLLLL.7.#'

>ultiple e""ect tidak mempengaruhi kapasitas suatu system evaporator, tetapi hanya pemakaian steam dan air dalam operasinya.

##7

P) *engaruh 1TD >ultiple E""ect Evaporator3

ila diperhatikan pers. Σ∆T  = Ts − T n − (ΣKTD) Terlihat3 =ap yang terjadi pada e""ect # dengan adanya 1TD di anggap sebagai superheat e""ect #, tetapi ketika dipakai sebagai uap pemanas di e""ect // diangggap sebagai uap jenuh dengan titik jenuhnya ketika berada di e""ect /.

-adi selalu dianggap ada kehilangan Enthalpy ketika uap mengalir dari e""ect ke / ke dalam e""ect yang lainnya yaitu sebesar Enthalpy $uperheatnya.

*erhitungan >ultiple E""ect Evaporator3 *ersamaan!persamaan yang dipakai3

1.

 Beraca panas setiap e""ect

2.

 Beraca massa setiap e""ect

3.

-umlah penguapan setiap e""ect

1TD selalu diperhitungkan

%angkah!langkah3 1.

Tentukan titik didih dan Enthalpi larutan pada e""ect terakhir berdasarkan tekanan ruang uap dan konsenstrasi akhir.

2.

Tentukan jumlah penguapan seluruh system dengan overall material  balance, kemudian perkirakan pembagian tiap e""ect (umumnya dibagi sama dalam tiap e""ect) pada trial dihitung konsentrasi larutan dalam e""ect, asumsi TD pelarut dan cari 1TD di tiap e""ect

3.

Tentukan Total temperature Drop dengan rumus3

Σ∆T  = t # −  KTD# + t 4 − KTD4 + .....

##'

: Ts H T n ! (ΣKTD) LLLLLLLLLLLLLLLLL 7.#0

Distribusikan pada tiap e""ect dengan rumus3

∆t # = 4.

# D U #

# D U #  xΣ∆ t ..........dst  + # D U 4 + # D U #

Dengan Beraca panas tiap

e""ect dan dengan neraca massa, hitung

kembali penguapan di tiap e""ect. -ika harga penguapan sangat berbeda dari masing!masing e""ect dengan yang diperkirakan dalam langkah 4, maka ulangi langkah 4 tersebut dengan harga penguapan yang baru didapat. 5.

*ergunakan rumus 3 I : =.A. (Ts H Tn) untuk tiap e""ect guna menentukan harga A masing!masing

6.

ila ternyata harga A tiap e""ect tidak (hampir) sama, maka hitung kembali temperatur Drop.

∆t # =

∆t 4 =

∆n =

∆t #  A#

 An

∆t 4  A4  An

 LLLL. dst

 A4 +  A4 +  An n


##0

o

@ dan tekanan 7 psig. -ika evaporator bekerja dengan tekanan # atm dalam

ruangan uap dan harga = diketahui 479 tu"t 4.ho@, hitunglah3 a. erat uap yang dihasilkan tiap jam  b. %aju steam masuk evaporator  c. %uas permukaan perpindahan panas

*enyelesaian

=ap 8, + dimana 3 @: #9.999 lbh *

#: # atm

o

J@:9,# t@:#99 @

 T#

$ *s: 7 psig

kondensat $, tc, h<

h %, J#%:9,9#7

Asumsi3 1arena larutan sangat encer, maka titik didih larutan sama dengan titik didih air  murni dan entalpi larutan sama dengan pelarut murninya (air) a. Beraca massa total 3 @ : % ; 8 #9.999 : % ; 8 8 : #9.999 H % Beraca massa bahan terlarut 3 @. J@ : %.J% ; 8.y (#9.999)(9,9#) : (%)(9,9#7) ; (8)(9)

##2

 L =

-adi

(#9.999 )(9,9#) 9,9#7

= '.'09 lb D h

8 : ( #9.999 H ''09)lbh : 5.559 lbh

 b. +arga!harga entalpi dapat diperoleh dari steam table3 t@ : #99 o@

h@ : '2 tulb

t8 : 4#4 o@

+ : ##79 T=lb

t% : 4#4 o@

h% : #29 tu lb

ts : 440 o@

+s: ##7' tulb

tc : 440 o@

hc : #&7 tulb

 Beraca panas atau neraca entalpi, *anas umpan ; panas steam : panas uap ; panas produk ; panas kondensat @ . h@ ; $ . +$

S 

S  S 

c.

=

= =

V  . H 

+

 L.h L

 H  S 

−

: 8 . + ; % . h % ; $ . h <

 F .h F 

−

hC 

(5559)(##79 )

(''09 )(#29)

+

##7' A759

lb

−

−

(#9999)('2)

#&7

Dh

%uas permukaan perpindahan panas, $(+s H hc) : =. A. KT  A

 H S  hC  −

=

U  ΔT  .

##&

 A =

##7' − #&7

4

479(440 − 4#4)

= ##'9  ft 


! jumlah steam yang dipakai ! $team ekonomi ! %uas bidang pemanas pada temperatur "eed #99o@

*enyelesaian =ap 8, + @: 49.999 lbh

*

J@:9,4 t@:#99 o@

mm+g

#: #99

 T#

$ *s: 49 psig

kondensat $, tc, h<

h#

%, J%:9,7

 Beraca massa total

#49

@:%;8

 Beraca massa solute @ J @ : % J % ; 8 +8

%:

49.999 x9,4 9,7

 +8 :

9

 : 2999 lbjam

8:@H% : 49.999 H 2.999 : #4.999 lbjam Titik didih air murni (t b) pada #99 mm+g (#,&5 lbm 5) : (#4 o@)

 *ada tb #4 o@ dan J %: 9,7 diperoleh titik didih larutan #&0 o@ ( T# ) (lihat gambar  7.')

1TD

: T# ! t b : #&0 H #4 : 05 o@

Entalpi umpan dan larutan pekat dapat diproleh dari gambar 7.0. J @ : 9,4 dan t @ : #99 o @  h" : 77 T=  lb %arutan pekat 79R solid atau J % : 9,7 dan T# :#&0 o @ h% : 449 tulb

=ap yang meninggalkan Evaporator adalah super heat *D. #&0 o @ ? #.&5 lbin 5 Enthalpi uap dapa t dicari daris steam table (super heated ) + (#&0 o @) : +b uap sat (Td. Air #4 o@) ;

Entalpi uap air jenuh pada #4 o@ , + b: ##7,52 T=lb (steam table)

*d #&0 o@  + : ##7,52 ; 9,' (#&0 H #4) : ##& tulb

#4#

*ada *$:49 *sig : 49 ;#,0 : 5,0 *sia. Dari steam tabel Didapat

3 ts : 47& o@ (dgn interpolasi)  A** 2 >c
I : $Ms : (@ H %) + H @h" ; % h %

8:@!%

: (49999 H 2999) ##& H (49999) 77 ; (2999) 449 I : #.2.999 T=lb I : Ms.$  #.2.999 : $ (&5&) $ : #752',72 lbjam

%uas idang *emanas I : =A ∆ T

 #.2.999

: 479 A (47& H #&0)

A: &54 "t4 E:

#4999 V  = = 9,02 S  #752' ,72

7atihan

#44

#.

$ebuah evaporator e"ek tunggal digunakan untuk memekatkan 49.999 lbh larutan natrium hidroksida 49R menjadi larutan pekat 79R. Tekanan  pengukur (gauge pressure) dari uap 49 lbin 4, tekanan absolute ruang uap cairan #99 mm+g dan koe"isien perpindahan panas keseluruhan 479 tu"t4.h.o@, dan umpan masuk pada suhu #99 o@. +itunglah 3 a). anyaknya uap yang terpakai (lbh)  b). %uas permukaan pemanasan ("t4)

4.

$ebuah evaporator digunakan untuk memekatkan larutan organik 49R menjadi '7R. 1enaikan titik didih larutan dapat diabaikan. *anas jenis umpan 9,&5 dan air yang harus diuapkan sebanyak 49.999 kgjam. =ap jenuh  pada 9,0 atm (absolut) dan tekanan di dalam kondensor #99 mm+g (absolut). =ap masuk pada suhu '9 o@, koe"isien perpindahan panas keseluruhan #.099 m4.o< +itunglah 3 a). esarnya luas permukaan pemanasan yang diperlukan (m4)  b). -umlah konsumsi uap dalam kgjam

5.

4,7 kgs larutan 79R BaO+ pada suhu &9 o< dipekatkan menjadi larutan 09R pada suatu evaporator yang bekerja dengan tekanan 9,#92 kgcm4. $ebagai pemanas digunakan uap air jenuh pada tekanan mutlak ' kgcm4. -ika besrnya koe"isien perpindahan panas keseluruhan 999 m4.o<, tentukan 3 a). %uas permukaan pemanasan yang diperlukan  b). %aju penguapan

.

#,47 kgs larutan 49R BaO+ pada suhu 57 o< akan dipekatkan menjadi larutan 79R di dalam suatu evaporator yang menggunakan uap air pada tekanan mutlak #,54 kgcm4. $edang evaporator tersebut bekerja pada tekanan mutlak 9,## kgcm4 dan pengaruh panas karena radiasi diabaikan.

#45

Diketahui kondensat uap air keluar pada suhu uap air dan besarnya koe"isien  perpindahan panas keseluruhan 4599 m4.o< +itunglah 3 a). -umlah uap air yang diperlukan  b). %uas permukaan perpindahan panas

#4