2. Introduction
Evaporator atau Penguapan adalah suatu
proses untuk memekatkan suatu larutan
dengan menghilangkan kandungan cairan
Penghilangan kandungan cairan tersebut
dilakukan pada kondisi proses di daerah
temperatur didih larutan pada suatu
tangki
Bila kandungan larutan tersebut terdapat
suatu padatan maka pemekatan dari
proses penguapan dapat dihasilkan suatu
kristal padatan
2
3. Klasifikasi Larutan untuk Diuapkan
Larutan tersebut tidak terdekomposisi
pada temperatur tinggi
Larutan tersebut akan menghasilkan suatu
produk padatan kristal
Larutan tersebut memiliki temperatur dan
tekanan didih yang hampir sama dengan
air
3
4. Proses Penguapan
Penguapan dari suatu larutan dapat
terjadi dengan pemberian panas ke
larutan tersebut untuk menguapkan
pelarut-pelarut yang memiliki titik didih
yang rendah
Umumnya panas yang diberikan dari
kukus (steam) dengan memanfaatkan
panas laten yang dimiliki
Panas laten merupakan panas yang
dikandung oleh suatu material dari
perubahan phasa yang terjadi
4
5. Macam-Macam Evaporator
Penguapan dari lapisan film cairan
Penguapan cairan dengan titik didih pada
permukaan pemanas
Penguapan cairan disebabkan oleh
pengurangan tekanan
Penguapan cairan dikarenakan kontak
langsung antara fluida panas dengan
larutan
5
6. Penguapan Pada Lapisan Film
Lapisan film dari alat penguap dirancang untuk
menguapkan cairan yang melewati permukaan
dinding yang telah dipanaskan
Perpindahan Panas yang terjadi adalah konduksi
dan konveksi melalui lapisan film ke permukaan
antara uap dengan gas dimana penguapan terjadi
Uap yang dihasilkan kemungkinan akan bertemu
dengan gas-gas yang tidak mudah terkondensasi
(udara) maka lapisan cairan film tidak akan
mencapai kondisi superheated (lewat jenuh)
Lapisan film dapat terjadi pada pengaturan
dengan kondisi a falling film atau a climbing film
6
8. Falling Film Evaporator
Falling Film Evaporator umumnya
dipergunakan untuk memekatkan larutan
Film evaporation memiliki distribusi untuk
menghasilkan keseragaman ketebalan film
Cairan dimasukan dari atas dan mengalir
ke bawah pada bagian dalam dari tube
Kukus dialirkan untuk memanaskan
dinding tube melalui bagian luar tube di
dalam rangkaian shell (cangkang)
8
11. Climbing Film Evaporator
Climbing Film Evaporator dilakukan
dengan memompa cairan dari bagian
bawah alat evaporator melalui tube-tube
yang telah dipanaskan pada bagian bawah
Climbing Film Evaporator cocok
dipergunakan untuk memekatkan cairan
yang sangat sensitif terhadap panas
11
13. Peningkatan Laju Penguapan
Laju Penguapan pada Proses di Lapisan
Film dapat ditingkatkan dengan metode
berikut ini:
Peningkatan Temperatur pada
Permukaan yang dipanaskan
Penurunan Tahanan Panas pada lapisan
film
Penurunan temperatur permukaan cairan
13
14. Evaporation with Nucleate Boiling
Boiling adalah proses perubahan cairan menjadi
uap pada daerah titik didih cairan tersebut ketika
panas diberikan pada cairan tersebut
Memasak air hingga daerah titik didih hingga
dihasilkan gelembung-gelembung uap dalam
cairan
Gelembung-gelembung itu terjadi karena
temperatur didih telah terjadi pada suatu daerah
tertentu dan dikelilingi oleh cairan yang belum
terbentuk gelembung uap cairan sehingga terjadi
perbedaan phasa
14
15. Tahapan Proses Pendidihan
Natural Convection adalah proses
konveksi didalam cairan (satu phasa) dari
permukaan panas menuju cairan hingga
ke temperatur didih tanpa terbentuk suatu
gelembung
Nucleate Boiling adalah mulai
terbentuknya gelembung-gelembung (dua
phasa) akibatkan pemanasan dari dinding
dan kemudian gelembung tersebut akan
lepas dari dinding
15
16. Tahapan Proses Pendidihan
Transition Boiling adalah transisi dari
gelembung-gelembung kecil (nucleate)
untuk menjadi gabungan dari gelembunggelembung kecil membentuk film boiling
Film Boiling adalah gelembung yang
cukup besar dan telah stabil ditandai
dengan lepasnya gelembung tersebut dari
dinding pemanas dan masih tetap
berbentuk gelembung
16
24. Flash Evaporation
Suatu cairan dapat diuapkan dengan pemanasan hingga
temperatur didihnya atau menurunkan tekanan sehingga
temperatur didihnya akan juga turun
24
27. Direct Contact Evaporation
Metode ini sangat murah dan simple
dengan cara menginjeksi gas panas
melewati suatu kolam cairan
Gas panas yang dilewatkan akan
memindahkan panas sensibel untuk
menjadi cairan menjadi panas laten
Gas panas diperoleh dari pembakaran
bahan bakar pada suatu area pembakaran
yang bergabung menjadi satu dengan
area untuk penguapan
27
33. Single Stage Evaporator
• Evaporator satu tahap dipergunakan untuk keluar yang tidak
terlalu besar sehingga kukus yang dipergunakan tidak terlalu
banyak
33
• Evaporator tunggal ini sering dilakukan pada kondisi batch
34. Contoh Soal Evaporator Tunggal
Suatu alat penguap satu tahap digunakan untuk
meningkatkan konsentrasi padatan dari 10 % ke 50 %
dengan laju alir 7 kg/s. Kukus (Steam) yang
dipergunakan mempunyai tekanan 205 kN/m2 dan
proses evaporasi terjadi pada tekanan 13.5 kN/m2. Jika
koefisien perpindahan panas keseluruhan dari proses
penguapan tersebut adalah 3 kW/m2.K, Hitunglah luas
permukaan yang dibutuhkan serta jumlah kukus yang
dipergunakan jika umpan konsentrat ke alat penguapan
masuk pada temperatur 294 K dan kondesat keluar pada
temperatur 352.7 K. Kapasitas panas untuk larutan
10 % adalah 3.76 kJ/kg-K dan 50 % adalah
3.14 kJ/kg-K.
34
35. Penyelesaian
Uap umpan
U = 3 kW/m2-K
P = 13.5 kN/m2
7 kg/s
294 K
10 % padatan
Umpan
EVAPO
RATOR
Kondensat
Kukus
352.7 K
Produk
P = 205 kN/m2
50 % padatan
Data Aliran Evaporator Tunggal
35
36. Penyelesaian
Asumsi bahwa kukus (steam) yang dipergunakan adalah kering dan
jernih
• Pada tekanan 205 kN/m2, dari tabel kukus diperoleh temperatur
kukus 394 K dan enthalpy yang dikandung 2530 kJ/kg.
• Pada tekanan 13.5 kN/m2, titik didih air pada 325 K dan energi
yang dikandung adalah 2594 kJ/kg.
Pada kondisi umpan dengan 10 % padatan dipanaskan dari
temperatur 294 ke temperatur 325 K yang akan terjadi proses
penguapan.
Laju alir padatan pada umpan = ( 7 kg/s x 0.1) = 0.7 kg/s
36
37. Penyelesaian (Neraca Massa)
Kandungan air pada umpan adalah
= 7 - 0.7
= 6.3 kg/s
Kandungan air pada produk (x) adalah
0 .7
0 .7
0 .5
x
0 . 7 kg/s
x
Jumlah air yang teruapkan = kandungan air umpan – kandungan air produk
= 6.3 - 0.7
= 5.6 kg/s
37
39. Neraca Energi
Neraca Energi
Q
mC p T
T ref
Gunakan sebagai temperatur acuan (Tref) adalah
273 K maka
Q
feed
Q
produk
Q
uap _ air
7 .0
1 .4
5 .6
3 . 76 294
273
3 . 14 325
2594
273
552 . 7 kW
228 . 6 kW
14526 kW
39
40. Neraca Energi
Energi yang diberikan oleh kukus adalah
Q
Pemanasan
_ kukus
Q
uap
air
14526
Q
produk
Q
feed
228.6 - 552.7
14202kW
Energi yang dikandung oleh kukus umpan dan
kondensat pada temperatur 352.7 K adalah
H
condensat
H
steam
4 . 18 352 . 7
273
333 . 2 kJ / kg
2530 kJ / kg
40
41. Neraca Energi
m
laju alir kukus yang dibutuhkan untuk
menguapkan adalah
Q
kukus
H
pemanasan
steam
_ kukus
H
kondensat
14202
2530
333 . 2
6 . 47
kg
s
41
42. Luas Bidang Kontak Evaporator
Luas bidang kontak dapat diselesaikan dari
persamaan laju perpindahan panas
Q
UA T
Perbedaan temperatur diasumsikan perbedaan
temperatur kukus masuk dengan titik didih
penguapan larutan adalah
T
A
394
Q
U T
325
14202
3
69
69 K
68 . 6 m
2
42
43. Soal Evaporator Tunggal Latihan
Suatu alat penguap satu tahap digunakan untuk
meningkatkan konsentrasi padatan dari 10 % ke 40 %
dengan laju alir 10 kg/s. Kukus (Steam) yang
dipergunakan mempunyai tekanan 205 kN/m2 dan
proses evaporasi terjadi pada tekanan 13.5 kN/m2. Jika
koefisien perpindahan panas keseluruhan dari proses
penguapan tersebut adalah 3.5 kW/m2.K, Hitunglah luas
permukaan yang dibutuhkan serta jumlah kukus yang
dipergunakan jika umpan konsentrat ke alat penguapan
masuk pada temperatur 300 K dan kondesat keluar pada
temperatur 350 K. Kapasitas panas untuk larutan
10 % adalah 3.76 kJ/kg-K dan 40 % adalah
3.21 kJ/kg-K.
43
44. Multiple Effect Evaporation
Multiple Effect Evaporation adalah proses
evaporation dengan menggunakan lebih dari satu
evaporator
Keunggulan dari metode multiple effect adalah
pemanfaatan kukus yang telah dipergunakan
oleh evaporator sebelumnya sehingga konsumsi
kukus terkurangi dan energi pemanasan juga
lebih rendah
Multiple Effect Evaporation dikategorikan forward
feed, Backward Feed, Parallel Feed
44
50. Temperature Drop in Multi Effect
q1
U 1 A1 T1
q3
q2
U 2 A2 T 2
U 3 A3 T 3
50
51. Temperature Drop in Multi Effect
T
T1
T2
T3
Ts
T3
1
T1
T
U1
1
1
U1
1
U2
U3
51
52. Solution Tripel Efek Evaporator
1.
2.
Dari data konsentrasi keluar dan tekanan pada bagian
evaporator, tentukan temperatur didih larutan di
evaporator 3
Neraca Massa Total untuk perhitungan jumlah total uap
yang terhilangkan
a.
Asumsi jumlah uap yang dilepaskan dari tiap
evaporator sama ( V1 = V2 = V3)
b.
Hitung laju alir cairan yang keluar dari tiap-tiap
evaporator ( L1 , L2 , L3)
c.
Hitung konsentrasi padatan dalam larutan untuk tiaptiap keluaran cairan dari evaporator
52
53. Solution Tripel Efek Evaporator
3. Hitung penurunan temperatur pada tiap-tiap evaporator
( T1, T2, T3)
a.
b.
c.
d.
Hitung
Hitung
Hitung
Hitung
BPR dari tiap-tiap Evaporator
T
T1, T2, T3
T1, T2, T3
4. Hitung neraca massa dan energi untuk tiap-tiap evaporator. Bila asumsi
laju alir uap tidak terlalu jauh dari hitungan maka perhitungan bila
dilanjutkan. Bila hitungan belum benar maka assumsi pergunakan data
laju alir uap yang baru dari tahap 4 ini.
5. Hitung luas bidang kontak untuk tiap evaporator (A1, A2 dan A3) serta
luas bidang kontak rata-rata
53
54. Solution Tripel Efek Evaporator
6. Hitung konsentrasi padatan untuk tiap-tiap evaporator
7. Hitung nilai BPR yang baru T1, T2, T3
T
8. Hitung nilai Cp, L1, L2, L3, V1, V2, V3 yang baru dari nilai-nilai temperatur
yang baru
9. Hitung A1, A2, A3 dari nilai q1,q2 dan q3
PELAJARI CONTOH 8.5.1
BUKU GEANKOPLIS
54