EVAPORASI

1

• EVAPORASI
• ISI BAHASAN
• I. PENDAHULUAN
• 1.1.Konstruksi Dasar Evaporator
• 1.2.Pepindahan Kalor di dalam Evaporators
• 1.3.Pengaruh sifat larutan umpan terhadap
  evaporasi
• 1.4.Neraca Massa
• II.PERALATAN YANG DIGUNAKAN UNTUK EVAPORATOR
• 2.1 Evaporator Sirkulasi Natural
• 2.2 Evaporator Sirkulasi Paksa
• 2.3 Evaporator Tabung Panjang
• III. HEAT CONSERVATION
• 3.1 Multiple Effect Evaporators
• 3.2 Vapour Recompression

2

• I. PENDAHULUAN
• Definisi Evaporasi, salah satu metoda yang
  digunakan untuk pengentalan larutan, dengan
  pelepasan air dari larutan tersebut melalui
  pendidihan di dalam suatu bejana, evaporator
  serta mengeluarkan hasil uapnya.
• Manfaat utama evaporasi di dalam industri
  pangan
• a. Pengentalan awal cairan sebelum proses
  lanjut
• b. Pengurangan volume cairan
• c Untuk menurunkan aktivitas air
• Cara kerja
• Evaporasi dilakukaan dengan menambahkan kalor
  pada larutan untuk menguapkan bahan pelarut.
  Secara prinsip kalor dipasok untuk kalor laten
  penguapan.
• Syarat Perancangan
• Desain suatu unit evaporasi memerlukan
  aplikasi praktis data perpindahan kalor pada
  cairan yang sedang mendidih, bersama dengan
  realisasi apa yang terjadi terhadap cairan
  selama pengentalan

3

• 1.1 Konstruksi Dasar Evaporator
• Sistem evaporator industri pada umumnya
  terdiri atas
• Sebuah penukar kalor untuk memasok kalor
  sensibel dan kalor laten penguapan pada umpan.
  Di dalam industri bahan pangan, uap ( steam )
  jenuh dipergunakan sebagai medium pemanas.
• Sebuah separator yang di dalamnya uap dipisahkan
  dari phasa cair kentalnya.
• Sebuah kondensor untuk penghasil kondensasi uap
  dan pembuangan dari sistem . Ini dapat
  dihilangkan jika sistem bekerja pada kondisi
  atmosphere.
• Di dalam industi bahan pangan, resiko kerusakan
  karena panas pada cairan yang dikentalkan
  kadangkala meningkat jika evaporasi dilakukan
  pada tekanan atmospher sehingga biasanya
  penguapan dilakukan pada tekanan lebih rendah
  dari pada tekanan atmosphere.

4

• 1.2 Perpindahan Kalor di dalam Evaporator
• 1.2.1 Koefisien Perpindahan Kalor
• Persamaan perpindahan kalor mempunyai bentuk
• Q U A DT
• dimana Q adalah kalor terpindah per satui
  satuan waktu, U koefisien perpindahan kalor
  keseluruhan, A luas permukaan perpindahan kalor
  dan DT beda suhu antara dua arus.
• 1.2.2 Tahanan terhadap perpindahan kalor
• a. Koefisien perpindahan kalor lapis film
  kondensasi pada sisi steam dari penukar kalor .
• b. Koefisien lapis film cairan yang sedang
  mendidih pada sisi cairan dari penukar kalor.
• c. Faktor karat atau fouling factors pada kedua
  dinding dalam dan luar pembatas permukan
  perpindahan kalor .
• d. Tahanan panas bahan dinding.The thermal
  resistance of the wall material.

5

• 1.2.3 Kenaikan Titik Didih
• a. Kenaikan titik didih larutan
• Kenaikan titik didih larutan lebih tinggi dari
  pada pelarut murni pada tekanan yang sama .
  Semakin kental larutan, semakin tinggi titik
  didih.
• b. Methoda sederhana untuk memperkirakan
  kenaikan titik didih adalah dengan menggunakan
  hukum Dühring, yang menyatakan bahwa terdapat
  hubungan linier antara suhu didih larutan dan
  suhu didih air pad atekanan yang sama. Kaitan
  linier tersebut tidak berlaku pada jangkau suhu
  yang lebar, hanya pada jangkau yang dapat
  diterima saja.

6

• 1.3 Pengaruh sifat-sifat larutan umpan terhadap
  evaporasi
• Dasar pemilihan tipe evaporator
• 1.3.1 Kekentalan
• 1.3.2 Fouling
• 1.3.3 Entrainment dan Foaming
• 1.3.4 Kepekaan suhu
• 1.3.5 Kehilangan Aroma
• 1.4 Neraca Masssa
• Neraca massa menyatakan bahwa
• input output

7

• II . Peralatan Yang Digunakan Untuk Evaporasi
• Tipe-tipe evaporator tersedia sebagai berikut
  
• 2.1 Evaporator Sirkulasi Natural
• 2.1.1 Evaporator pan terbuka
• 2.1.2 Tabung horizontal pendek
• 2.1.3 Tabung vertical pendek
• 2.1.4 Evaporator sirkulasi natural dengan
  kalandria luar
• 2.2 Forced Circulation Evaporators
• 2.3 Long Tube Evaporators

8
Skema evaporator
subkrip f umpan u uap air s steam L
larutan i inlet o outlet
dimana m massa (kg) T suhu (0C) H
enthalpi (kJ/kg) x kadar () y kadar () W
berat ( N)
9
(No Transcript)
10
(No Transcript)
11
(No Transcript)
12

• 2.3.4 Contoh
• 2.3.4.1. Evaporator Efek Tunggal
• Sebuah evaporator efek tunggal digunakan untuk
  mengentalkan 7 kg/s larutan dari 10 menjadi 50
  padatan. Steam tersedia pada 205 kN/m2 dan
  evaporasi berlangsung pada 13.5 kN/m2. Jika
  koefisien perpindahan kalor keseluruhan 3
  kW/m2.K, hitunglah pemukaan pemanasan yang
  diperlukan serta jumlah steam yang digunakan
  jika umpan ke evaporator berada pada 294 K dan
  kondensat keluar dari ruang pemanasan pada 352.7
  K. diketahui kalor spesifiklarutan 10 3.76
  kJ/kg.K kalor spesifi larutan 50 3.14
  kJ/kg.K. Asumsikan tidak ada kenaikan titik
  didih.
• Solusi
• Dari tabel uap, dengan asumsi steam kering dan
  jenuh pada 205 kN/m2, suhu steam 394 K dan
  enthalpi total 2530 kJ.kg-1.
• Pada 13.5 kN/m2 air mendidih pada 325 K. Selama
  tidak ada kenaikan titik didih, akan dipakai
  sebagai suhu evaporasi. Enthalpi total steam
  pada 325 K adalah 2594 kJ/kg.
• Umpan yang mengandung 10 padatan dipanaskan
  dari 294 K sampai 325 K yang merupakan suhu
  operasi evaporasi berlangsung.

13

• Neraca massa
• Padatan Air Total
• kg/s kg/s kg/s
• Umpan 10 0.7 6.3 7
• Produk 50 0.7 0.7 1.4
• Evaporasi 5.6 5.6
• Dengan menggunakan suhu acuan 273 K
• Kalor masuk bersama umpan (7.0 3.76) (294 -
  273) 552.7 kW
• Kalor keluar bersama produk (1.4 3.14) (325
  - 273) 228.6 kW
• Kalor keluar bersama air teruapkan (5.6
  2594) 14 526 kW
• ?kalor terpindah dari steam (14 526 -
  228.6) - 552.7 14 202 kW
• Steam mengembun keluar pada 352.7 K, dengan
  enthalp 4.18 (352.7 - 273) 333.2 kJ/kg
• ?kalor terpindah dari 1 kg steam (2530 -
  333.2) 2196.8 kJ/kg
• maka steam yang dibutuhkan 14202 kW/
  (2196.8 kJ /kg) 6.47 kg/s

14

• Beda antara suhu steam yang mengembun dan suhu
  air yang menguap sebagai pemanasan pendahuluan
  larutan yaitu
• DT (394 - 325) 69 K
• Jadi
• A , luas permukaan pemanasan ruang evaporator
  68.6 m2

15

• 2.3.4.1 Contoh 2
• Disain Evaporator Efek Tunggal
• Jus apel sedang dikentlkan di dalam evaporator
  tunggal sirklasi natural. Pada kondisi tunak,
  larutan jus merupakan umpan pada laju 0.67 kg/s.
  konsentrasi larutan jus 11 bahan padatan total .
  Jus dikentalkan sampai 75 padatan total. Kalor
  spesifik larutan apel dan konsentrat
  masing-masing 3.9 dan 2.3 kJ/kg.C. Tekanan uap
  terukur sebesar 304.42 kPa. Suhu masuk umpan
  43.3 C. Produk di dalam evaporator mendidih pada
  62.2 C. Koefisien perpindahan kalor keseluruhan
  943 W/m2.C. Asumsikan tidak ada kenaikan titik
  didih.
• Hitunglah laju alir massa produk konsentrat ,
  kebutuhan steam, ekonomi steam dan area
  perpindahan kalor !
• Solusi
• Diketahui Laju alir massa umpan, mf 0.67
  kg/s
• Konsentrasi umpan xf 0.11
• Konsentrasi produk xp 0.75
• Tekanan Steam 304.42 kPa
• Suu umpan Tf 43.3 C
• Suhu pendidihan dalam evaporator, T1 62.2
  C
• Koefisien perpindahan kalor keseluruhan 943
  W.m-2.K-1
• Kalor spesifik larutan umpan cpf 3.9
  kJ/kg.C
• Kalor spesifik produk konsentrat cpp 2.3
  kJ/ kg.C

16

• Pendekatan
• Akan digunakan neraca massa dan kalor untuk
  menentukan yang belum diketahui. Nilai enthalpi
  untuk steam dan uap diperoleh dari tabel uap.
• Neraca massa 0.11 0.67 kg.s-1 0.75 mp
  mp 0.098 kg/s
• Jadi laju alir massa produk konsentrat adalah
  0.098 kg/s dan laju alir massa uap sebesar 0, 57
  kg/s .
• Neraca kalor Memerlukan penyelesaian neraca
  enthalpi berikut
• mfHf msHv mvHv mpHp msHc
• umpan steam uap produk kondensat
• Tentukan Hf dan Hp seperti berikut
• Hf 3.9 (43.3 -0) 168.9 kJ/kg
• Hp 2.3 (62.2 - 0) 143.1 kJ/kg
• Dari tabel uap
• Suhu steam pada 304.42 kPa 134 C
• Enthalpi uap jenuh Hv (Ts 134 C) 2725.9
  kJ/kg

Solution
17

• Enthalpi untuk konsentrat jenuh Hc (Ts 134 C)
  563.41 kJ/kg
• Enthalpi untuk uap jenuh Hv (Ts 134 C)
  2613.4 kJ/kg
• (0.67 x 168.9) (ms x2725.9) (0.57 x2613.4)
  (0.098 x 143.1) (ms x 563.41)
• 2162.49 ms 1390.5
• ms 0.64 kg/s
• Ekonomi Steam
• Gunakan mv / ms 0.57 / 0.64 0.89 kg air
  diuapkan / kg steam
• Luas permukaan penukar kalor
• Gunakan rumus q UA (Ts - T1) ms.Hv -
  ms.Hc
• A x 943 x (134 - 62.2) 0.64 x 1000 (2725.9 -
  563.14)
• A luas permukaan pertkaran kalor yang
  diperlukan seluas 20.4 m2

18

• III. KONSERVASI KALOR
• 3.1. Evaporator Efek Banyak (Multiple Effect
  Evaporators)
• 3.1.1. Pronsip Umum
• Ditinjau dirangkai tiga buah evaporator
  ,masing-masing unit memiliki suhu dan tekanan T1,
  T2, T3, dan P1, P2, P3, jika cairan tidak
  mempunyai kenaikan titik didih maka kalor
  terpindah per satu satuan waktu melintas setiap
  efek akan menjadi
• Efef 1 Q1 U1 A1 D T1, dimana D T1 (To -
  T1),
• Efek 2 Q2 U2 A2 D T2, dimana D T2 (Tl -
  T2),
• Efek 3 Q3 U3 A3 D T3, dimana D T3 (T2 - T3)
• To suhu steam awal, Tf suhu umpan. Dengan
  mengabaikan kalor yang diperlukan untuk memanasi
  umpan dari Tf to T1, kalor Q1 yang dipindah
  melintas A1 muncul sebagai kalor laten di dalam
  uap D 1 dan digunakan sebagai steam dalam efek
  kedua , dan
• Q1 Q2 Q3
• sedemikian hingga
• U1 A1 D T1 U2 A2 D T2 U3 A3
  D T3

19

• Jika , seperti dalam banyak kasus.
  Masing-masing efek sama ,A1 A2 A3, sehingga
  
• U1 D T1 U2 D T2 U3 D T3
• Simplifikasi ditunjukkan dengan
• (a) kalor yang dibutuhkan untuk memanasi umpan
  dari To ke T1 telah diabaikan, dan
• (b) cairan yang melintas dari efek (1) ke efek
  (2) membawa kalor ke dalam efek ke dua dan ini
  dipergunakan untuk evaporasi demikian pula
  sama untuk efek ke tiga .
• Air yang diuapkan di dalam setiap efek sebanding
  dengan Q selama kalor laten mendekati konstan.
• Jadi kapasitas totalnya,
• Q Q1 Q2 Q3
• U1 A1 D T1 U2 A2 D T2 U3
  A3 D T3
• Jika dipergunakan nilai rata-rata koefisien
  Uav maka
• Q Uav (D T1 D T2 D T3)
  A
• dengan asumsi luas setiap efek sama .

20

• 3.1.3 Contoh
• 3.1.3.1 Suhu di dalam efek-efek evaporator efek
  banyak
• Sebuah evaporator tiga efek mengentalkan suatu
  cairan dengan tanpa kenaikan titik didih . Jika
  suhu steam pada efek ke satu sebesar 395 K dan
  vakum diberlakukan pada efek ke tiga sehinga
  titik didihnya sebesar 325 K, berapakah
  titik-titik didih di dalam ke tiga efek tersebut
  ? Diambil koefisien perpindahan kalor
  keseluruhan masing-masing 3.1, 2.3 dan 1.1 kW/
  m2.K .
• Solusi
• Untuk beban thermal yang sama dalam tiap efek
  , yaitu Q1 Q2 Q3,
• U1A1DT1 U2A2DT2 U3A3DT3
• atau untuk area pertukaran kalor yang sama
  dalam setiap efek
• U1 D T1 U2 D T2 U3 D T3
• Dalam hal ini ,
• 3.1 D T1 2.3 D T2 1.1 D T3
• D T1 0.742 D T2 dan D T3 1.091 D T2

21

• Sekarang
• S D T D T1 D T2 D T3 (395 - 325)
  70 K
• 0.742 D T2 D T2 1.091 D T2 70
• D T2 18.3 K
• dan D T1 13.5 K, D T3 38.2 K
• Suhu di dalam setiap efek karenanya adalah
• T1 (395 - 13.5) 381.5 K
• T2 (381.5 - 183) 363.2 K
• T3 (363.2 - 38.2) 325 K

22

• 3.1.2 Operasi Sistem Evaporator Efek Banyak
• 3.1.2.1 Forward Feeding
• 3.1.2.2 Backward feeding
• 3.1.2.3 Mixed feeding
• 3.2 Vapour Recompression
• Tiga metoda untuk meningkatkan kinerja baik
  dengan pengurangan langsung konsumsi steam atau
  dengan meningkatkan efsiensi energi keseluruhan
  unit
• (a) Operasi efek banyak
• (b) Rekompresi uap yang keluar dari evaporator
  .
• (c) Evaporasi pada suhu rendah dengan
  menggunakan siklus pompa panas.

23
Aliran skematik rangkaian evaporasi efek banyak
tipe forward feed
24
(No Transcript)
25
(No Transcript)
26

• 3.1.2 Operasi Sistem Evaporator Efek Banyak
• 3.1.2.1 Forward Feeding
• 3.1.2.2 Backward feeding
• 3.1.2.3 Mixed feeding
• 3.2 Vapour Recompression
• Tiga metoda untuk meningkatkan kinerja baik
  dengan pengurangan langsung konsumsi steam atau
  dengan meningkatkan efsiensi energi keseluruhan
  unit
• (a) Operasi efek banyak
• (b) Rekompresi uap yang keluar dari evaporator
  .
• (c) Evaporasi pada suhu rendah dengan
  menggunakan siklus pompa panas.

27

• 3.2.1 Rekompresi Uap Panas
• Rekompresi panas mencakup penggunaan jet booster
  untuk mengkompresi kembali uap yang keluar .
  Sistem ini dipakai pada evaporator efek tunggal
  atau efek pertama dari evaporator efek banyak
  dengan steam tekanan tinggi serta serta steam
  tekanan rendah untuk proses evaporasi.
• 3.2.2 Mechanical Vapour Recompression
• Rekompresi uap mekanis mencakup kompresi uap
  yang keluar dari evaporator. Kompresi uap dicapai
  
• Kesulitan utama volume uap yang sangat besar
• Aplikasi sistem
• Uap yang keluar dari efek pertama sistem efek
  banyak
• Larutan dengan kenaikan titik didih rendah

28

TERIMA KASIH