FALLING FILM EVAPORATOR 1. Tujuan percobaan a. Menggunakan alat unit penguapan di lab PILOT PLANT dengan aman dan benar b. Memelih temperatur dan tekanan yang sebaik mungkin untuk umpan tertentu c. Menghitung koefisien keseluruhan perpindahan panas unutk FFE d. Menerapkan efisiensi penggunaan penggunaan khusus (steam) sebagai suatu kalor e. Memahami alat pengendalian tekanan secara elektronik
2. Dasar Teori Evaporator adalah alat untuk memekatkan larutan fraksi cair ke f raksi berat. Falling Film Evaporator adalah salah satu jenis alat untuk proses penguapan yang diklasifikasikan dalam kelas long tube vertikal evaporator berasama-sama dengan climbing
film
evaporator.
Sedangkan
berdasarkan
tipe
pemanasan
dapat
diklasifikasikan ke dalam sistem pemanasan dipisahkan oleh dinding pertukaran panas yaitu antara lain jenis kolom kalandria dan shell and tube. Untuk FFE di lab PILOT PLANT POLSRI termasuk dalam jenis yang kedua. Temperatur operasi rendah dalam hal ini satukukus (steam) realtif lebih kecil.
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.
Diagram Alir Falling Film Evaporator Di Lab. POLSRI
Feed Ti7
Ti4
condenser
distilat
Ti10
Akumulator
Feed Tank
T11 Ti6 Pompa
Tangki Produk
Gambar 1. Pemanasan Langsung
Ti4 Ti7
Air/fluida dingin masuk
Condensor
DPHE Ti10
steam
condensat
Akumulator
T11
Ti6
Air panas masuk FFE
Tangki Produk
Gambar 2. Pemanasan tak langsung
3. Langkah Kerja
Pertama isi tangki umpan dengan air setelah itu nyalakan alat dengan memutar saklar utama dan tombol pompa.
Buka aliran steam, aliran pendingin dan aliran udara tekan.
Set tekanan pada 0.5 bar dan laju alir proses pada 100, 150, 200, 250, dan 300 L/jam.
Lakukan pengukuran terhadap laju alir massa distilat, steam dan suhu umpan dan suhu steam pada setiap laju alir.
4. Data Pengamatan
Tabel 1. Data pengamatan pemanasan langsung FFE T
Laju
(menit)
(kg/jam)
10
50
0,5
112,7
113,5
41,4
97,9
95
0,9134
20
100
0,5
113,8
113,4
70,3
99,2
100
0,96162
30
150
0,5
113,4
112,1
82,8
100,6
102
0,972
40
200
0,5
113,8
112,2
85,6
107
102
0,980
50
250
0,5
113,9
112,6
104,5
106
103
1,081
60
300
0,5
112,9
112,5
86,6
98,6
107
0,524
P (Bar)
T4
T6
T7
T10
T11
Massa (kg)
Tabel 2. Uap Air Jenuh Dalam Satuan SI O
C
Cair Jenuh (Hf )
Uap Jenuh (Hg)
40
167,57
2574,3
70
292,98
2626,8
85
255,90
2651,9
95
397,36
2668,1
100
419,04
2676,1
110
461,30
2691,5
5. Perhitungan Pada saat 10 menit
⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ Flow : 50 F = : 50
x
o
Ti7 = 41,1 C
hF1 = 169,35
V = 0,9134 kg o
Ti10 = 97,9 C L
L
hg = 2671,29
=F.V
= (8,33 x 0,9134) o
T11 = 95 C
= 7,4156
hF2 = 397,96
o
Ti4 (STEAM)= 112,7 C
hg2 = 2213,9078
o
Ti6 (CONDENSAT)= 113,5 C
hF3 = 475,8122
= hF - hg = 2213,9078
– ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄
Ms =
) (
= 1,7978 Kg
⁄ ⁄ ⁄ ⁄
Q = Ms x
SFC =
Vsolar =
= 1.7978 Kg x 2213,9078
=
⁄ = ⁄
0,1149
⁄
Dengan cara yang sama, maka hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 3 dibawah ini : F
L
(kg/ 10
(kg/ 10
menit)
menit)
0.96162
1,66
30
0,972
40
T
V
Ms
Q
SFC
Vsolar
Laju
(menit)
(kg)
(Kg)
(Kj)
(Kkal/kg)
(L/kg)
(kg/jam)
20
1,596
1,91
4001,23
957,013
0,105
100
2.5
2,43
2,12
4127,85
1010,72
0,111
150
0,980
3.33
3,2634
2,365
4257,61
1033,991
0,114
200
50
1,081
4,1
4,4321
2,612
4475,37
952,20
0,105
250
60
0,524
5
2,62
2,251
4168,31
1829,60
0,201
300
6. Pembahasan Pada percobaan kali ini larutan yang digunakan sebagai umpan yaitu air. Umpan air, dipompa menuju kolom atas evaporator dengan menggunakan pompa resiprocating. Pompa ini digunakan untuk memindahkan fluida yang viskositasnya tinggi, gerakannya lambat dan prinsip kerjanya seperti pompa piston. Pada proses evaporasi ini digunakan kolom vertikal jenis kalandria dan shell and tube. Di dalam kolom FFE terdapat tube - tube, pada tube inilah umpan turun secara gravitasional dan terdapat distributor untuk memperbesar luas permukaan dimana umpan yang masuk membentuk lapisan tipis ( film) yang membasahi selimut dinding bagian dalam tube. Feed dati tangki umpan dimasukan pada bagian atas ke dalam tube (Ti7). Sedangkan steam yang digunakan untuk memanaskan umpan berasal dari boiler disuplai ke FFE, masuk dengan tekanan tertentu ke shell-nya namun sama dari bagian atas (Ti 4). Jadi alirannya searah karena posisi dari kolom FFE vertikal sehingga kondensat yang dihasillkan turun secara gravitasi. Jika steam dialirkan dari bawah, akan mendorong kondensat yang telah dihasilkan menjadi uap kembali karena kontak dengan steam yang berasal dari bawah kolom. Hal itu dapat menyebabkan steam tidak optimal dalam memanaskan umpan di dalam tube. Campuran yang keluar dari bawah kolom kalandria merupakan pencampuran antara uap pealrut dengan produk yang mana larutannya lebih pekat kemudian masuk ke dalam tangki separator. Karena di tangki separator itu temperatur yang dioperasikan lebih rendah daripada temperatur yang berada di bawah kolom, maka sistem pada kolom tersebut akan mengalami tekanan sehingga produk tersebut akan terhisap menuju tangki pemisah (separator) dimana produk yang berupa larutan yang lebih pekat (berat) turun secara gravitasi menuju tangki pengumpul produk dan uap dikondensasikan di kondensor dengan mengontakan air pendingin yang berasal dari cooling water. Di dalam kondensor digunakan aliran berlawanan arah dengan air mengalir di tube dan uap pelarut di shell. Hasil dari kondensasi berupa destilat yang berwarna jernih dan ditampung di tangki penampungan destilat. Suhu air pendingin yang keluar dari kondensor lebih tinggi daripada suhu masuk karena air itu menyerap panas dari kondensor. Dalam percobaan ini dilakukan proses evaporasi dengan menggunakan pemanasan langsung steam tanpa menggunakan air pemanas. Hal ini dikarenakan pelarutnya adalah air o
yang mempunyai titik didih 100 C, sehingga diperlukan steam yang mempunyai suhu 120 – o
127 C. Jika menggunakan air panas maka suhu air panas tidak bisa mencapai suhu steam, kecuali dengan menggunakan vakum untuk menurunkan titik didih umpan pada suhu yang lebih rendah.
7. Kesimpulan Tujuan dari setiap proses evaporasi adalah menaikkan konsentrasi atau kadar kepekatan suatu larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tidak mudah menguap dari zat pelarutnya yang relatif mudah menguap. Kinerja suatu evaporator ditentukan oleh beberapa faktor antara lain : a) Konsumsi uap b) Ekonomi uap atau ratio penguapan c) Kadar kepekatan, konsentrasi produk, dan distilat atau kondensat dari umpan d) Persentase produk