Judul          :  Penguapan Lapisan Tipis (Falling Film Vertikal Evaporator)

Tujuan      :

1.      dapat menggunakan alat unit penguapan

2.      dapat memilih temperatur dan tekanan sebaik mengkin untuk umpan  tertentu

3.       dapat menghitung koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk FFE/kalandria

4.       dapat menghitung koefisien penggunaan kukus (steam)

 

Dasar Teori  

            Evaporasi merupakan suatu proses penguapan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Tujuan dari evaporasi itu sendiri yaitu untuk memekatkan larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dan pelarut yang mudah menguap. Dalam kebanyakan proses evaporasi , pelarutnya adalah air. Evaporasi tidak sama dengan pengeringan, dalam evaporasi sisa penguapan adalah zat cair, kadang-kadang zat cair yang sangat viskos, dan bukan zat padat. Begitu pula, evaporasi berbeda dengan distilasi, karena disini uapnya biasanya komponen tunggal, dan walaupun uap itu merupakan campuran, dalam proses evaporasi ini tidak ada usaha untuk memisahkannya menjadi fraksi-fraksi. Biasanya dalam evaporasi, zat cair pekat itulah yang merupakan produk yang berharga dan uapnya biasanya dikondensasikan dan dibuang.

            Salah satu jenis alat yang digunakan dalam proses evaporasi adalah Falling Film Evaporator (FFE) dimana alat ini diklasifikasikan ke dalam kelas `long tube vertikal evaporator`. LTVE, bersama-sama dengan climbing film evaporator (CFE). Sedangkan berdasarkan tipe pemanasan dapat diklasifikasikan ke dalam sistem pemanasan dipisah oleh dinding pertukaran panas, yaitu antara lain jenis kolom kalandria dan shell and tube.

 

Langkah kerja :

1.      Mengisi tangki umpan air sampai tanda batas

2.      Memasukan EBT ± 1 sendok, kemudian aduk sampai larutan menjadi berwarna ungu.

3.      Memasukan 4 gram ke dalam tangki berisi air kemudian diaduk hingga homogen

4.      Membuka katup-katup untuk jalur air pendingin

5.      Membuka katup-katup untuk udara tekan

6.      Menutup katup V2, V5, V6, V7.

7.      Membuka penuh katup V3, V10, katup utama dan pembuangan di bawah steam trap 

 

Pada Panel Pengendali

1.      Menyalakan pengendali dengan memutar saklar utama (merah) ke angka 1 disusul saklar  tekanan (hitam) juga ke angka 1.

2.      Pada Pengendali siemen Sipart DR 20 S/K :

-         Menekan tombol 8 sampai lampu hijau [ SP-W] menyala

-         Menekan tombol 10 [manual] sampai lampu kuning menyala

-         Menekan tombol 5.1 dan 5.2 warna kuning [OUT-Y] sampai menunjukan angka – 9%

-         Menekan tombol 13 sampai lampu hijau menyala

-         Menekan tombol 12.1 dan 12.2 warna hijau [SP-W] sampai angka ditampilan 4 menunjuk tekanan 0,5 [bargauge]

-         Menekan tombol 8 sampai lampu merah [PV-X] menyala sehingga tampilan 4 menunjukan tekanan operasi sebenarnya

-         Menekan tombol pompa umpan [kanan bawah panel], lampu hijau menyala

-         Mengatur laju umpan  ± 100 lt/jam

-         Setelah ada umpan melalui kalandria, menekan tombol 10 [manual] sampai lampu kuning N mati [operasi sekarang otomatis]

-         Memulai pencatatan waktu ( 0 menit)

-         Setelah 10 menit mencatat temperatur TI 1, TI 4, TI 7, TI 8, TI 10, TI 14   (dalam panel pengendali), TI 11, TI 12  dan tekanan operasi

-         Mengambil sampel pada produk [warna lebih pekat] dan juga destilat [jernih]

-         Mengukur kondutivity produk dan destilat

-         Mengulangi tiap interval waktu 10 menit

-         Lakukan hal yang sama untuk laju umpan yang berbeda 150 dan 200 lt/jam dan tekanan operasi yang berbeda

 

 

Data Pengamatan

* P operasi  (bar gauge) = 0,5

	Waktu (menit)	F	L	V	Ti-01 (°C)	Ti-04 (°C)	Ti-06 (°C)	Ti-07 (°C)	Ti-08 (°C)	Ti-10 (°C)	Ti-11 (°C)	Ti-12 (°C)	Ti-14 (°C)
	10	99.47	73.63	2.94	135	115.5	24.5	32.8	111.2	86.6	96	26	24.1
	20	97.18	73.47	2.94	136.5	114.9	25.2	60	112	92.2	99	27	24.5
	30	97.72	73.52	2.94	136.5	113.4	26	79	111.9	102.3	98	30	24.5
	Rata-rata	98.13	73.54	2.94	136	114.6	25.2	57.3	111.7	93.7	97.7	27.7	24.4
	10	145.48	140.35	8.53	136	113.1	26.7	83	109.1	98.6	99	31	26.3
	20	145.68	140.45	8.53	137.1	115.2	27.4	81	112.4	100.3	98	31	25.9
	30	145.46	140.35	8.53	138	114.2	28.3	83.2	111.4	98.4	99	31	26.8
	Rata-rata	145.54	140.39	8.53	137.0	114.2	27.5	82.4	111.0	99.1	98.7	31	26.3
	10	193.57	164.12	10.76	135.7	113.3	28.7	86.1	110.8	98.4	98	32	27.3
	20	193.21	164.00	10.76	137	115.5	32	88.9	113.5	99.5	99	31	28
	30	193.12	164.12	10.75	135.7	114.3	30.1	89.6	112.2	98.1	98	33	29.1
	Rata-rata	193.30	164.08	10.76	136.1	114.4	30.3	88.2	112.2	98.7	98.3	32	28.1

 

Waktu (menit)	F	Xp (ppm)	Xu (ppm)	Xd (mS-1)
10	99.47	170	125,8	13,2
20	97.18	180	136	11,6
30	97.72	180	135,4	5,2
Rata-rata	98.13	176,7	132,4	10
10	145.48	190	183,3	14,2
20	145.68	190	183,2	12,6
30	145.46	200	193	10,4
Rata-rata	145.54	193,3	186,5	12,4
10	193.57	200	169,6	9,6
20	193.21	200	169,8	9,2
30	193.12	230	195,5	8,3
Rata-rata	193.30	210	178,3	9,03

 

* P operasi (bar gauge) = 0,9

	Waktu (menit)	F	L	V	Ti-01 (°C)	Ti-04 (°C)	Ti-06 (°C)	Ti-07 (°C)	Ti-08 (°C)	Ti-10 (°C)	Ti-11 (°C)	Ti-12 (°C)	Ti-14 (°C)
	10	97.01	48.09	17.18	143.3	120.9	31.9	82.7	116.6	98.6	95	40	28.7
	20	96.72	48.27	17.20	143.7	120.8	34.5	87.1	115.6	97.9	90	36	28.6
	Rata-rata	96.86	48.18	17.19	143.5	120.85	33.2	84.9	116.1	98.25	92.5	38	19.1
	10	144.93	57.59	15.61	145.2	121.5	32.3	88.7	118.7	98.3	98	38	28.8
	20	145.19	57.59	15.63	143.5	120.6	33.1	86	119.1	98.2	98	33.5	29.1
	Rata-rata	145.06	57.59	15.62	144.1	121.0	32.7	86.5	118.9	98.3	98	36.5	25.7
	10	193.09	93.64	13.38	143.1	120.1	31.5	89.8	118.8	98.2	98	38	28.5
	20	193.11	93.64	13.39	142.2	121.2	31.5	89.7	117.9	98	98	37	28.6
	Rata-rata	193.10	93.64	13.39	143.1	120.8	31.5	88.7	118.5	98.1	98	37.5	27.6

 

Waktu (menit)	F	Xp (ppm)	Xu (ppm)	Xd (mS-1)
10	97.01	230	114	14,1
20	96.72	260	129,7	12,7
Rata-rata	96.86	245	121,8	13,4
10	144.93	280	111,3	10,5
20	145.19	280	111,1	5,9
Rata-rata	145.06	280	111,2	8,2
10	193.09	300	145,5	11,7
20	193.11	350	169,7	7,5
Rata-rata	193.10	325	157,6	9,6

 

Keterangan :

F = laju umpan [kg/jam]                                                Xp = konsentrasi produk

L = laju produk [kg/jam]                                               Xu = konsentrasi umpan

V = laju vapor  [kg/jam]                                               Xd = konduktivitas destilat

Ti-01 = Suhu steam masuk

Ti-04 = Suhu heat agent keluar FFE

Ti-06 = Suhu air pendingin

Ti-07 = Suhu umpan masuk

Ti-08 = Suhu kondensat

Ti-10 = Suhu Uap Produk

Ti-11 = Suhu Produk

Ti-12 = Suhu Distilat

 

Pengolahan Data

Data 1 (P = 0,5 bar)

1. Steam Ekonomi (SE)

¨      Dik  :    Laju Destilat (V) = 2,94  kg/jam

       Laju Steam = laju kondensat (S) = 14,57 kg/jam

  SE  =   V/S

                          =   2,94/14,57    =  0,20 kg uap/ kg steam 

 

 

 

 

2. Effisiensi Penggunaan Steam (h)

¨      Qo (Kalor yang dilepas)  =  S . Hs – S . hs

                                        =  S ( Hs – hs) 

                                        =  14,57 × (2727.86 – 468.41)

                                        =  32913,36  kJ/jam

 

¨      Q₁ (Kalor yang diserap)    =  ( L. hl + V. hv) – F. hf

                                          = {(73.54×409,28) + (2,94×2665,4)} – (98,13×279,73)

                                          =  14407,36  kJ/jam

 

 Jadi Effisiensi penggunaan Steam ( h )   =  Q₁/ Qo × 100%

                                                                 =  (14407,36/32913,36) × 100%

                                                                 =  44  %

3.       Perhitungan U di FFE

 

T₄   = 114,6 ^oC                                                      T₈   = 111,7 ^oC

T₇   =  57,3  ^oC                                                      T₁₁  =  97,7  ^oC

                                             

T 1    =  T₄ – T₇                                                     T 2   =  T₈ – T₁₁

         =  114,6 –  57,3                                                    =  111,7 – 97,7

         = 57,3 ^oC                                                              =  14 ^oC

DTm  =  T 1 – T 2    =     57,3 - 14     

              ln (T1/T2)       ln (57,3/14)

          =   30,76 ^oC

       U    =    Q steam   =  14407,36  kJ/jam  =  1069,83 kJ/jam.m2 ^oC                                             A . DTm       1 m² ( 30,76 ^oC)

                                                                U   =  17,83  kJ/mnt.m^{2 o}C

 

 

 

 

 

 

Tabel Hasil Perhitungan

 

Keterangan :

Hs = Entalpi steam                                U_FFE = koefisien perpindahan panas

hs = Entalpi kondensat              SE   =  steam ekonomi

hf = Entalpi umpan

hl = Entalpi produk

hv = Entalpi vapor

 

Pembahasan

            Pada percobaan kali ini larutan yang digunakan sebagai umpan yaitu campuran air dan CaCl₂. Larutan ini ditambahkan indikator EBT untuk mengetahui apakah selama proses evaporasi terjadi penguapan sempurna atau tidak. Disamping itu untuk mengetahui apakah FFE yang dipakai bekerja dengan efektif atau tidak dengan melihat efisiensi dari FFE sendiri. Hal ini dapat diketahui dengan melihat distilat yang dihasilkan. Apabila distilat jernih terjadi evaporasi tetapi jika distilat berwarna maka proses evaporasi tidak terjadi dimana umpan ikut teruapkan tidak hanya solvennya tetapi solutnya pun ikut teruapkan.

Umpan (larutan CaCl₂) 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 tiga buah tube, pada ketiga 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. Umpan dimasukan melalui bagian atas ke dalam tube. 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. 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 yang mempunyai titik didih 100^oC, sehingga diperlukan steam yang mempunyai suhu 120 – 127 ^oC. 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

.-  Steam ekonomi

Steam ekonomi merupakan perbandingan antara laju distilat (V) yang terbentuk dengan laju steam yang masuk (S). Steam ekonomi menunjukkan kemampuan dari media pemanas untuk menguapkan sejumlah massa pelarut dalam proses pemekatan larutan.. Dari data yang diperoleh bahwa pada tekanan 0,5 bargauge, dengan semakin tingginya laju umpan, diperoleh steam ekonomi yang membesar. Sebaliknya dengan tekanan 0,9 bargauge dan laju umpan yang semakin besar, steam ekonomi yang dihasilkan semakin kecil. Kondisi optimum terlihat pada tekanan 0,9 bargauge dengan laju umpan 100 lt/jam, dengan ekonomi steam ini menunjukan bahwa untuk penggunaan 1kg steam/jam maka uap yang akan dihasilkan sebesar 1,18 kg/jam. Hal itu menunjukan dengan semakin tingginya tekanan yang diberikan steam maka kemampuan untuk menguapkan sejumlah massa pelarut dalam proses pemekatan larutan semakin besar.

- Effisiensi Steam

Dari hasil percobaan, untuk menghasilkan effisiensi steam yang optimum, tekanan operasinya 0,9 bargauge dengan laju umpan yang rendah yaitu 100 lt/jam. Hal itu menunjukan bahwa panas yang hilang hanya sedikit.   Harga effisiensi ini menunjukan bahwa banyaknya kalor yang dilepas oleh steam 94 %  yang digunakan oleh larutan untuk melakukan penguapan pelarutnya.

-  Koefisien Perpindahan Panas ( U )

Koefisien perpindahan panas overall (U) menunjukkan besarnya panas yang dapat menguapkan pelarut pada alat evaporator.  Dari hasil data praktikum untuk laju umpan yang sama, diperoleh besarnya koefisien perpindahan panas lebih kecil dengan bertambahnya tekanan operasi. Nilai U yang paling tinggi diperoleh pada tekanan 0,5 bar dan laju umpan 200 lt/jam.

-         Konsentrasi umpan, produk dan destilat

Dari data yang diperoleh menunjukkan bahwa konsentrasi produk lebih pekat dengan bertambahnya waktu. Hal ini menunjukkan bahwa pelarut yang teruapkan semakin besar, sedangkan konsentrasi destilat dalam hal ini ditunjukkan dengan nilai konduktivitas (konduktivitas berbanding lurus dengan konsentrasi) menunjukkan nilai yang semakin kecil dengan bertambahnya waktu. Konsentrasi umpan setelah terjadi proses evaporasi lebih encer dibandingkan dengan konsentrasi produk.  

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses evaporasi :

1.   Temperatur steam, disesuaikan dengan bahan yang akan dievaporasi karena bahan yang tidak tahan suhu yang tinggi tentunya akan membentuk kerak pada kolom evaporator sehingga akan mempengaruhi perpindahan panas dari steam ke bahan tersebut.

2.   Tekanan operasi, mempengaruhi proses penguapan pelarut disamping temperatur.

3.   Laju alir umpan, bila laju alir umpan terlalu kecil proses kurang effisien dan juga bila terlalu besar,sehingga untuk suatu proses laju alir umpan diusahakan adalah laju yang dapat menghasilkan proses yang optimal.

4.   Sifat fisik dan kimia umpan.

5.   Luas permukaan kontak antara umpan dan media pemanas (panjang dan jumlah tube).

6.   Laju alir steam

7.   Laju air pendingin (kondenser)..

 

 Kesimpulan

            Berdasarkan data-data yang diperoleh dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut :

1.      Kondisi optimal untuk evaporasi pada praktikum yang telah dilakukan yaitu pada tekanan operasi 0,9 bar gauge dan laju umpan 100 lt/jam

2.      Efisiensi maksimum yang diperoleh 94%

3.      Besarnya koefisien perpindahan panas (U) maksimum 28,31 kJ/mnt.m²°C pada tekanan operasi 0,5 bar dan laju alir umpan 200 lt/jam.

4.      Steam ekonomi maksimum besarnya 1,18

  

           

DAFTAR PUSTAKA

Buku Panduan Praktikum Operasi Teknik Kimia II.

Geankoplis, Christi J. Transport Processes and Unit Operations : third edition.

1993, 1983, 1978. Prentice-Hall,Inc.

 

             

 

 

 

 

 

 

 

 

LAPORAN PRAKTIKUM

PILOT PLANT

 

 

Perpindahan Kalor

(Plate Heat Exhanger)

           

 

 

 

             

Nama Mahasiswa         :  Lena Supriatina          (99401025)

                                                               Ade Kendri               (99401033)

                                                               Nida Nurdewi           (99401039)

                         Tanggal Praktikum    :  29 September 2001

                         Tanggal Penyerahan  :  6 Oktober 2001

                         Dosen Pembimbing   :  Ir. Mukhtar Gozali

 

 

 

 

 

 

LAB. PILOT PLANT

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

BANDUNG

2001