1
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Latar Belakan Belakang g Evaporasi adalah salah satu komponen siklus hidrologi, yaitu peristiwa menguapnya air dari permukaan air, tanah,dan bentuk permukaan bukan dari vegetasi lainnya. Evaporasi merupakan proses penguapan air yang berasal dari permukaan bentangan air atau dari bahan padat yang mengandung air. Alat yang digunakan untuk evaporasi yaitu evaporator. Evaporator adalah alat yang banyak digunakan dalam industry kimia untuk memekatkan suatu larutan. Pada proses fisik, evaporator memerlukan energi untu untuk k meng mengub ubah ah cair cair menj menjad adii uap. uap. Evap Evapor orat ator or meng menggu guna naka kan n pros proses es penguapan untuk menurunkan pelarut, evaporator membutuhkan panas dalam pengoperasiannya. Salah satu sumber panas untuk evaporator berasal dari uap air yang terbentuk dari boiler steam atau buangan uap proses lain. Perb Perbed edaan aan macam macam macam macam tipe tipe evap evapor orat ator or berd berdasa asark rkan an prin prinsi sip p cara cara perpindahan panas yang diterapkan. Pada umumnya tipe evaporator ada tiga yaitu rising film, falling film, dan forced circulation evaporator. Falling film evaporator umumnya banyak digunakan dibandingkan rising film evaporator. Fall Fallin ing g Film Film Evap Evapor orat ator or adal adalah ah meto metoda da peng pengua uapa pan n deng dengan an cara cara menjatuhkan bahan umpan membentuk lapisan tipis, sementara itu pemanas dikont dikontakk akkan an terhad terhadap ap umpan umpan lapis lapis tipis tipis terseb tersebut ut dalam dalam suatu suatu kolom kolom FFE kalandria!. Pertimbangan dibuat lapisan tipis adalah " a. #uas permuk permukaan aan lebih lebih luas, luas, sehingg sehinggaa memudahk memudahkan an proses proses penguapa penguapan. n. b. Penguapan yang terjadi berada di bawah titik didih air atau pelarut lain sehingga memerlukan kalor lebih sedikit. Fallin Falling g film evapor evaporato atorr kurang kurang peka peka terhad terhadap ap padatan padatan,, tetapi tetapi lebih lebih peka peka terhadap li$uida yang melewati pipa. 1.2 Tu Tujuan juan Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah mengetahui pengertian, prinsip kerja dan yang terkait dengan evaporator khususnya yaitu falling film evaporator.
BAB II
2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Evapora! Evaporasi adalah salah satu komponen siklus hidrologi, yaitu peristiwa menguapnya air dari permukaan air, tanah,dan bentuk permukaan bukan dari vegetasi lainnya. Evaporasi merupakan proses penguapan air yang berasal dari permukaan bentangan air atau dari bahan padat yang mengandung air. Alat yang digunakan untuk evaporasi yaitu evaporator. Sedangkan menurut %anan dan Suhardianto &'''!, evaporasi penguapan! adalah perubahan air menjadi uap air. Air yang ada di bumi bila terjadi proses evaporasi akan hilang ke atmosfer menjadi uap air. Evaporasi dapat terjadi dari permukaan air bebas seperti bejana berisi air, kolam, waduk, sungai ataupun laut. Proses evaporasi dapat terjadi pada benda yang mengandung air, lahan yang gundul atau pasir yang basah. Pada lahan yang basah, evaporasi mengakibatkan tanah menjadi kering dan dapat memengaruhi tanaman yang berada di tanah itu. %engetahui banyaknya air yang dievaporasi dari tanah adalah penting dalam usaha mencegah tanaman mengalami kekeringan dengan mengembalikan sejumlah air yang hilang karena evaporasi. Faktor(faktor utama yang berpengaruh terhadap evaporasi adalah )ard, &'*+! " &. Faktor(faktor meteorologi a. adiasi %atahari b. -emperatur udara dan permukaan c. elembaban d. Angin e. -ekanan /arometer 0. Faktor(faktor 1eografi a. ualitas air warna, salinitas dan lain(lain! b. 2eluk tubuh air c. 3kuran dan bentuk permukaan air 4. Faktor(faktor lainnya a. andungan lengas tanah b. arakteristik kapiler tanah c. 2eluk muka air tanah d. )arna tanah e. -ipe, kerapatan dan tingginya vegetasi
Sifat(sifat yang mempengaruhi proses penguapan diantaranya Fitri dan Farandy, 05&5! " a. onsentrasi larutan b. elarutan
3
c. d. e. f.
esensitifan bahan terhadap suhu /usa -ekanan dan suhu Pembentukan endapan dan bahan konstruksi 6ariabel(variabel yang mempengaruhi operasi penguapan diantaranya Fitri dan Farandy, 05&5! " a. Suhu umpan b. -ekanan operasi c. Suhu media pemanas d. )aktu tinggal e. -urbulensi 2.2 Evaporator Evaporator merupakan suatu alat yang memiliki fungsi untuk mengubah keseluruhan atau sebagian suatu pelarut dari sebuah larutan berbentuk cair menjadi uap sehingga hanya menyisakan larutan yang lebih padat atau kental, proses yang terjadi di dalam evaporator disebut dengan evaporasi. Pada dunia industri, manfaat dari alat ini ialah untuk pengentalan awal cairan sebelum diolah lebih lanjut, pengurangan volume cairan dan untuk menurunkan aktivitas air. Evaporator memiliki dua prinsip dasar yaitu untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap air yang terlarut dalam cairan. Pada umumnya evaporator terdiri dari tiga bagian yaitu" a. -empat penukar panas b. /agian evaporasi tempat dimana li$uid mendidih lalu menguap! c. /agian pemisah untuk memisahkan uap dari cairan 7asil dari evaporator berupa padatan atau larutan yang berkonsentrasi dan larutan yang telah dievaporasi biasanya terdiri dari beberapa komponen volatil mudah menguap!. 7al(hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan evaporator antara lain" &. %akin cepat gerakan fluida dalam evaporator, makin besar nilai koefisien transfer panas, sehingga kecepatan transfer panasnya juga semakin tinggi. 0. adar 8at terlarut makin tinggi, biasanya viskositas larutan semakin tinggi. 7al ini mengakibatkan koefisien transfer massa menurun sehingga memperlambat transfer panas. 9isamping itu, jika kekentalan makin tinggi, kadar lokal padatan disuatu titik dalam evaporator bisa terlalu tinggi sehingga dapat mengakibatkan kerusakan padatan jika padatan sensitif terhadap panas!, atau pemadatan lokal. 4. Pada evaporator dengan konveksi alami naturalconvection! dimana gerak fluida diakibatkan oleh beda suhu, maka koefisien transfer panas dipengaruhi oleh beda suhu :t!. Semakin besar :t , semakin tinggi nilal koefisien transfer panas.
4
;. 1erakan yang balk dan fluida perlu dijaga. 1erakan fluida selain akan meningkatkan transfer panas, juga dapat mencegah terjadinya konsentrasi atau suhu lokal yang terlalu tmnggi, yang bisa mengakibatkan kerusakan padatan atau pemadatan. <. Faktor(faktor yang mendorong terjadinya endapan perlu dicegah. *. 3ntuk bahan yang sensitif terhadap panas mudah rusak pada suhu tingg!, maka suhu evaporasm diusahakan rendah dengan cara menurunkan tekanan operasi. 9isamping itu, waktu tinggal bahan dalam evaporator dijaga jangan terlalu lama. +. Energi terbesar pada evaporator adalah untuk penguapan panas penguapan nilainya sangat besar dibandingkan dengan panas sensibelnya, misal" panas penguapan air = <;5 cal>g!, sehingga usaha(usaha penghematan panas perlu dilakukan. Salah satu caranya adalah dengan memanfaatkan uap yang timbul sebagai pemanas evaporator. Perbedaan macam macam tipe evaporator berdasarkan prinsip cara perpindahan panas yang diterapkan. Pada umumnya tipe evaporator ada tiga yaitu rising film, falling film, dan forced circulation evaporator. Falling film evaporator umumnya banyak digunakan dibandingkan rising film evaporator. 2." Evaporator #!l$%jatu& '#all!ng #!l$ evaporator(
Falling film evaporator memiliki waktu tertahan yang pendek, dan menggunakan gravitasi untuk mengalirkan li$uid yang melalui pipa. Pada saat sekarang ini falling film evaporator sangat meningkat penggunaanya di dalam proses industri kimia untuk memekatkan fluida terutama fluida yang sensitif panas misal sari buah dan susu!, karena waktu tertahan pendek, cairan tidak mengalami pemanasan berlebih selama mengalir melalui evaporator. #aju perpindahan panas pada falling film evaporator dapat dinaikkan dengan menurunkan suhu permukaan li$uida yaitu dengan cara penghembusan udara panas sehingga tekanan parsial uap akan turun. 7al ini menggantikan prinsip evaporasi secara vakum yang memungkinkan penguapan pada suhu rendah. Perlu diperhatikan dalam penerapan 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. /erbagai cara distribusi umpan, dibuat untuk menjamin keseragaman tebal film, antara lain memakai distributor tipe overflow weir, peletakan evaporator harus benar( benar tegak. Pemekatan bahan(bahan yang sangat peka terhadap panas mengharuskan waktu kontak yang sangat singkat sekali dengan permukaan panas. 7al ini
5
dapat dicapai dengan menggunakan evaporator film jatuh sekali lintas, dimana 8at cair masukdari atas, lalu mengalir kebawah didalam tabung panas itu dalam bentuk film, kemudian keluar dari bawah. -abung(tabungnya biasanya agak besar. 3ap yang keluar dari 8at cair itu biasanya terbawa turun bersama 8at cair, dan keluar dari bagian bawah unit itu. Evaporator ini bentuknya menyerupai suatu penukar kalor jenis tabung yang panjang , vertikal, dan dilengkapi dengan separator 8at cair uap dibawah dan distributor penyebar! 8at cair diatas evaporator film(jatuh, tanpa sirkulasi. )aktu menetap yang sangat singkat dapat menangani produk(produk peka yang tidak dapat ditangani dengan cara lain. Alat ini cocok sekali untuk memekatkan 8at cair viskos.
1ambar &. Falling film evaporator Pada falling film evaporator , umpan mengalir ke bawah sebagai lapisan film pada bagian tube yang dipanasi dengan media pemanas steam!. Pemisahan uap dan cairan biasanya pada bagian bawah. Film li$uida yang terbentuk tergantung pada gaya gravitasi, viskositas li$uida serta kecepatan alir li$uida. Film evaporator dirancang untuk menguapkan suatu li$uida yang mengalir membentuk suatu film tipis pada permukaan yang dipanasi. Panas dipindahkan secara konduksi dan konveksi. Falling film evaporator menghasilkan film yang tipis dan mengalir cepat, sehingga koefisien perpindahan panasnya tinggi. 9alam perpindahan panas falling film evaporator, salah satu hal utama yang berperan penting adalah laju penguapan film.
6
Falling film evaporator memiliki kelebihan dan kelemahan " 7ewitt, dkk, &'';? Salvagnini %.) dan %aria E.S.-, 055;! a. Aplikasi waktu tinggalnya singkat dan digunakan untuk fluida sensitif terhadap panas b. 7anya dibutuhkan ruang yang kecil untuk penempatannya c. 9igunakan untuk cairan dengan kandungan padatan rendah d. oefisien perpindahan panas tinggi e. -idak ada kenaikan titik didih yang disebabkan perbedaan tekanan Prinsip penting yang harus diperhatikan dalam desain falling film evaporator adalah" a. #arutan lewat panas harus cukup rendah untuk membatasi terbentuknya nucleate boiling , yang akan menyebabkan deteriorasi. b. 9ibutuhkan perbedaan yang cukup antara suhu permukaan yang dipanasi dengan suhu jenuh sesuai dengan tekanan uap parsialnya. c. Film larutan tipis dengan koefisien perpindahan panas yang memadai. d. #aju alir umpan harus cukup besar untuk mencegah agar film larutan menjadi merata. e. Pada sistem aliran counter-current , laju alir gas keluar harus lebih kecil daripada batas flooding . f. Sistem distribusi larutan pada bagian permukaan larutan memungkinkan untuk menghasilkan ketebalan film yang seragam.
BAB III )ET*DE KE+JA ALAT
7
/erikut ini adalah proses evaporasi dalam falling film evaporator atau metode kerja dari falling film evaporator yaitu sebagai berikut untuk alatnya dapat dilihat pada 1ambar & umpan di masukkan melaui bagian atas kolom dan secara gravitasional. 2ika vakum tidak dioperasikan turun dan membasahi dinding bagian dalam kolom dan dining(dinding bagian luar tabung(tabung penukar panas dan dalam kolom sebagian lapisan tipis film!.%aka panas yang diberikan oleh medium pemanas di dalam penukar panas akan dipakai untuk memanaskan larutan mencapai titik didihnya, penguapan pelarut dan membawa temperatur uap dari titik temperatur di atasnya. Sehinggga di dalam kolom evaporator akan terdapat campuran antara larutan pada temperatur penguapan pelarut atau sedikit lebih tinggi atau rendah dari uap pelarut. arena temperatur pada tangki pemisah dan pendingin kondensor! lebih rendah dari pada temperatur pada bagian bawah kolom maka sistem pada bagian kolom tersebut akan mengalami evakuasi yang dalam arti sebenarnya terjadi penurunan tekanan sehingga kondisi 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, sehingga uap pelarut menuju kondensor dikondensasikan dan turun menuju tangki destilat. Pada sistem dimana kondisi vakum dioperasikan oleh pompa vakum proses akan berlangsung serupa, tetapi titik didih yang dicapai akan lebih rendah dari pada kondisi atmosferik. Selain itu kemungkinan aliran balik karena pembentukan uap pelarut dan tekanan parsial yang dikandungnya lebih kecil.
8
BAB I, KESI)PULAN DAN SA+AN
-.1 Ke!$pulan
a. Falling Film Evaporator adalah metoda penguapan dengan cara menjatuhkan bahan umpan membentuk lapisan tipis, sementara itu pemanas dikontakkan terhadap umpan lapis tipis tersebut dalam suatu kolom falling film evaporator b. Prinsip kerja dari falling film evaporator yaitu umpan mengalir ke bawah sebagai lapisan film pada bagian tube yang dipanasi dengan media pemanas steam!. Pemisahan uap dan cairan biasanya pada bagian bawah. -erbentuk suatu film tipis pada permukaan yang dipanasi. Panas dipindahkan secara konduksi dan konveksi. Falling film evaporator menghasilkan film yang tipis dan mengalir cepat, sehingga koefisien perpindahan panasnya tinggi.
-.2 Saran
a. Perhatikan distribusi larutan yang seragam sangat penting, karena larutan masuk dan memperoleh gaya gerak karena arah larutan yang menurun. b. Perhatikan kecepatan gerakan larutan, karena akan mempengaruhi karakteristik medium pemanas yang juga mengalir turun
9
DATA+ PUSTAKA
10
@heremisinoff, icholas,P. 0555. 7andbook of @hemical Processing E$uipment. /utterworth(7einemann. urniawan, Fitri dan Brawan, Farandy. 05&5. Perpindahan Panas dalam %assa didalam Falling Film Evaporator @ampuran /lack #i$uor(3dara. Surabaya" Bnstitut -eknologi Sepuluh opember. )alas, Stanley.%. &''5. @hemical Process E$uipment. /utterworth(7einemann. http">>digilib.its.ac.id>public>B-S(3ndergraduate(CCC<(045*&55*5;(@hapter&.pdf http">>repository.usu.ac.id>bitstream>&04;<*+C'>;;<;*>;>@hapterD05BB.pdf http">>www.lcicorp.com>assets>documents>@EEvapSelection.pdf
