Evaporator

BAB V BAB V EVAPORASI EVAPORASI Pendahuluan Pendahuluan

Evaporasi adalah suatu proses penguapan pelarut dari suatu larutan yang Evaporasi adalah suatu proses penguapan pelarut dari suatu larutan yang te

terdrdiriri i dadari ri zazat t terterlalarurut t yayang ng tatak k mumudadah h memengnguap uap dadan n pepelalarurut t yayang ng mumudadahh menguap. Alat penguapan yang digunakan disebut evaporator. Operasi evaporasi menguap. Alat penguapan yang digunakan disebut evaporator. Operasi evaporasi atau penguapan pada dasarnya merupakan operasi pendidihan khusus, dimana atau penguapan pada dasarnya merupakan operasi pendidihan khusus, dimana terjadi peristiwa pepindahan panas dalam cairan yang mendidih. Tujuan operasi terjadi peristiwa pepindahan panas dalam cairan yang mendidih. Tujuan operasi evaporasi adalah untuk memperoleh larutan pekat dari larutan encer dengan jalan evaporasi adalah untuk memperoleh larutan pekat dari larutan encer dengan jalan  pendidihan dan penguapan.

 pendidihan dan penguapan.

Dalam kebanyakan proses evaporasi, pelarut yang digunakan adalah air. Dalam kebanyakan proses evaporasi, pelarut yang digunakan adalah air. Eva

Evaporporasi asi dildilaksaksanaanakan kan dendengan gan menmenguaguapkapkan n sebsebagiagian an dardari i pelpelaruarut t sehsehinginggaga didapatkan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Evaporasi tidak  didapatkan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Evaporasi tidak  sam

sama a dendengan gan penpengergeringingan an daldalam am evaevaporporasi asi sisa sisa penpenguaguapan pan adaadalah lah zat zat caicair,r, kad

kadangang!kad!kadang ang zat zat cair cair yayang ng sansangat gat visviskokos, s, dan dan bukbukan an zat zat padpadat. at. EvaEvaporporasiasi  berbeda

 berbeda pula pula dari dari distilasi distilasi karena karena disini disini uapnya uapnya biasanya biasanya komponen tunggal, komponen tunggal, dandan walaupun uap itu merupakan campuran, dalam proses evaporasi ini tidak ada walaupun uap itu merupakan campuran, dalam proses evaporasi ini tidak ada usa

usaha ha untuntuk uk memmemisahisahkankannynya a menmenjadi jadi "rak"raksi!"si!"rakraksi. si. EvaEvaporporasi asi berberbedbeda a dardarii kri

kristastalisalisasi si daldalam am hal hal penpenekaekanannannynya a disdisini ini ialialah ah padpada a pempemekaekatan tan larlarutautan n dandan  bukan

 bukan pembuatan pembuatan zat zat padat padat atau atau kristal. kristal. Dalam Dalam situasi!situasi situasi!situasi tertentu, tertentu, misalnyamisalnya  pada

 pada penguapan penguapan air air asin asin untuk untuk membuat membuat garam, garam, garis garis pemisah pemisah antara antara evaporasievaporasi dan krista#isasi tidaklah dapat

dan krista#isasi tidaklah dapat dikatdikatakan tegas. akan tegas. $ebab evaporas$ebab evaporasi i kadankadang! g! kadankadangg menghasilkan lumpur kristal di dalam larutan induk.

menghasilkan lumpur kristal di dalam larutan induk. %a

%azimzimnynya, a, dadalalam m evevapapororasasi, i, zazat t cacair ir pepekakat t ititululah ah yayang ng memerurupapakankan  produk yang berharga

 produk yang berharga dan uapnya biasanya dan uapnya biasanya dikondensasikan dan dibuang. Tetapi,dikondensasikan dan dibuang. Tetapi, dalam suatu

dalam suatu situasi tertentu, kebalikannsituasi tertentu, kebalikannyalah yang yalah yang benarbenar. Air . Air yang menganduyang mengandungng mineral seringkali diuapkan untuk mendapatkan hasil yang bebas zat padat untuk  mineral seringkali diuapkan untuk mendapatkan hasil yang bebas zat padat untuk 

&' &'

um

umpan pan ketketel el diddidih, ih, karkarena ena perpersyasyarataratan n khukhusus sus proproses, ses, dan dan untuntuk uk konkonsumsumsisi manusia. Teknik ini biasa disebut disti#asi air (water distillation), tetapi dari segi manusia. Teknik ini biasa disebut disti#asi air (water distillation), tetapi dari segi teknik proses itu adalah evaporasi. *roses!proses evaporasi skala besar sudah teknik proses itu adalah evaporasi. *roses!proses evaporasi skala besar sudah  banyak dikembangkan

 banyak dikembangkan dan digunakan dan digunakan untuk membuat untuk membuat air air minum dari minum dari air air laut. Dilaut. Di sini hasil yang dikehendaki adalah air kondensasi. +anya sebagian kecil saja dari sini hasil yang dikehendaki adalah air kondensasi. +anya sebagian kecil saja dari keseluruhan air dalam umpan yang dipulihkan, sebagian besar dikembalikan ke keseluruhan air dalam umpan yang dipulihkan, sebagian besar dikembalikan ke laut.

laut.

5.1.

5.1. Beberapa Sifat –sifat Beberapa Sifat –sifat penting dari zat penting dari zat cair ang cair ang di!ap"rasi#di!ap"rasi#anan 5.1.1 $"nsentrasi

5.1.1 $"nsentrasi

alaupun cairan encer yang diumpankan ke dalam evaporator mungkin cukup alaupun cairan encer yang diumpankan ke dalam evaporator mungkin cukup encer sehingga beberapa si"at "isiknya sama dengan air, tetapi jika konsentrasinya encer sehingga beberapa si"at "isiknya sama dengan air, tetapi jika konsentrasinya meningkat, larutan itu akan makin bersi"at individual. Densitas dan viskositasnya meningkat, larutan itu akan makin bersi"at individual. Densitas dan viskositasnya meningkat bersamaan dengan kandungan zat padatnya, hingga larutan itu menjadi meningkat bersamaan dengan kandungan zat padatnya, hingga larutan itu menjadi  jenuh,

 jenuh, atau atau jika jika tidak, tidak, menjadi menjadi terlalu terlalu lamban lamban sehingga sehingga tidak tidak dapat dapat melakukanmelakukan  perpindahan

 perpindahan kalor kalor yang yang memadai. memadai. -ika -ika zat zat cair cair jenuh jenuh didihkan didihkan terus, terus, maka maka akanakan terjadi pem

terjadi pembentukbentukan kristal krisan kristal kristal!krital!kristal ini harus stal ini harus dipisdipisahkan kareahkan karena. isana. isa me

menynyebebababkakan n tabtabunung g evevapapororatator or tetersursumbmbatat. . TTititik ik didididih h lalarurutatanpnpun un dadapapatt meningkat dengan sangat cepat bila kandungan zat padatnya bertambah, sehingga meningkat dengan sangat cepat bila kandungan zat padatnya bertambah, sehingga suh

suhu u diddidih ih larlarutautan n jenjenuh uh munmungkigkin n jaujauh h leblebih ih tintinggi ggi dardari i tittitik ik diddidih ih air air padpadaa tekanan yang sama.

tekanan yang sama.

5.1.% Pe&bentu#an busa 5.1.% Pe&bentu#an busa eb

eberaperapa a bahbahan an tertertententu, tu, leblebih!/ih!/ebiebih h zatzat!zat !zat orgorganianik, k, memmembusbusa a padpada a wakwaktutu di

diuauapkpkanan. . uusa sa yayang ng ststababi# i# akakan an ikikut ut ke ke luluar ar evevapapororatoator r bebersarsama ma uauap, p, dadann menyebabkan banyaknya bahan yang terbawa ikut. Dalam hal!hal yang ekstrim, menyebabkan banyaknya bahan yang terbawa ikut. Dalam hal!hal yang ekstrim, keseluruhan masa zat cair itu mungkin meluap ke dalam saluran uap keluar dan keseluruhan masa zat cair itu mungkin meluap ke dalam saluran uap keluar dan

terbuang.

5.1.' $epe#aan terhadap suhu

eberapa bahan kimia berharga, bahan kimia "armasi, dan bahan makanan dapat rusak bila dipanaskan pada suhu sedang selama waktu yang singkat saja. Dalam mengkonsentrasikan bahan! bahan seperti itu diperlukan teknik khusus untuk  mengurangi suhu zat cair dan menurunkan waktu pemanasan.

5.1.( $era# 

eberapa larutan tertentu menyebabkan pembentukan kerak pada permukaan  pemanasan. +al ini menyebabkan koe"isien menyeluruh makin lama makin  berkurang sampai akhimya kita terpaksa menghentikan operasi evaporator untuk 

membersihkannya. i#a kerak itu keras dan tak dapat larut, pembersihan itu tidak  mudah dan memakan biaya.

5.1.5 Bahan #"nstru#si

ila memungkinkan, evaporator sebaiknya dibuat dari baja. Akan tetapi, banyak  larutan yang merusak bahan!bahan besi, atau menjadi terkontaminasi oleh bahan itu. 1arena itu digunakan juga bahan!bahan konstruksi khusus seperti tembaga, nikel, baja tahan karat, aluminium, gra"it tak!tembus, dan timba#. Oleh karena  bahan!bahan ini relati" mahal, maka laju perpindahan kalor harus tinggi agar 

dapat menurunkan biaya pokok peralatan.

anyak karakteristik lain zat cair juga perlu mendapat perhatian dari  perancang evaporator, antara lain kalor spesi"ik, kalor konsentrasi, titik beku,  pembebasan gas pada waktu mendidih, si"at racun, bahaya ledak, radioaktivitas, dan persyaratan operasi steril (suci hama. Oleh karena adanya variasi dalam si"at! si"at zat cair maka dikembangkan berbagai jenis rancangan evaporator. Evaporator mana yang dipilih untuk suatu masalah tertentu bergantung terutama

 pada karakteristik zat cair itu.

5.% )enis*+enis e!ap"rat"r

-enis!jenis utama evaporator tabung dengan pemasukan uap yang lazim dipakai adalah3

#. Evaporator tabung horizontal 4. Evaporator tabung panjang3

a. Aliran ke atas ("ilm panjat)  b. Aliran ke bawah ("ilm!jatuh)

c. $irkulasi paksa . 5. Evaporator "ilm aduk 

6ambar 7.4. Evaporator 8ertikal Tabung *anjang

6ambar 7.5. Evaporator "ilm Turbulen

5.' ,asar*dasar E!ap"rat"r

Evaporator pada dasarnya adalah operasi pemekatan larutan dengan jalan menguapkan sebagian pelarut dari larutan tersebut. Dengan kata lain operasi evaporasi bertujuan untuk membuat larutan yang konsentrasi solutenya rendah (encer) menjadi larutan yang konsentrasi solutenya tinggi (pekat).

%arutan adalah campuran antara solute dan pelarut yang membentuk massa cair  yang homogen. +al ini terjadi apabila kelarutan solute dalkam pelarut sangat  besar.

%arutan : solute ; pelarut

  % : $ ; * 1onsentrasi solute 3 s < s p = +

=ntuk menaikkan konsentrasi < dengan cara menguapkan sebagian pelarut *. >isalkan pelarut yang menguap sebanyak v, maka konsentrasi setelah evaporasi menjadi 3

(

)

# s < s p v = + −

Disini terlihat bahwa <# ? <. 1adang!kadang bisa saja terjadi bahwa konsentrasi

<# sangat dekat konsentrasi jenuh larutan tersebut. *ada kondisi demikian sangat

mungkin solute keluar dari larutan (mengkristal), sehingga pada umumnya evaporator dilengkapi dengan alat perangkap garam yang tujuannya untuk  memisahkan solute yang terbentuk tadi.

$esuai dengan prinsip evaporasi di atas bahwa yang diuapkan adalah  pelarutnya saja, maka syarat untuk dilakukan operasi terhadap suatu larutan

adalah sebagai berikut 3

#. *ada kondisi normal (tekanan # atm dan suhu ruangan) "ase solute adalah  padat.

4. Dalam hal solute "asenya cair, maka harus mempunyai titik didih yang sangat tinggi dibanding titik didih pelarutnya.

*enguapan pelarut pada operasi evaporasi terjadi pada kondisi titik didih larutannya. $uatu larutan yang terdiri dari komponen!komponen solute dan  pelarut apabila beda antara dew point dan bubble point pada setiap konsentrasi sangat besar, maka untuk pemisahan pelarutnya dapat dilakukan dengan cara evaporasi (6b. 7!#). $ebaliknya apabila beda antara dew point dan bubble point  pada setiap konsentrasi kecil, atau dengan kata lain dew point berdekatan dengan  bubble point, maka operasi pemisahan tidak dapat dilakukan dengan cara

evaporasi, tetapi bisa dilakukan dengan cara distilasi (6b. 7!4).

$uatu perancangan operasi evaporasi, perlu diperhatikan 3

• $i"at!si"at "isis atau kimia dari larutan yang akan dipekatkan. $i"at "isis

meliputi density, viskosity, titik didih, tegangan muka (mudah berbuih atau tidak). $i"at kimia diantaranya si"at kestabilan senyawa dalam larutan tersebut

terhadap temperatur. $ebagai contoh apakah larutan pekatnya mudah terdekomposisi atau mengalami peruraian pada temperatur tinggi. $i"at!si"at dari larutan yang akan dipekatkan ini menentukan metode "eeding atau pola

#94 dew point

dew point

 bubble point  bubble point

   T  e   m   p   e   r   a    t  u  r  ,   o    @    T  e   m   p   e   r   a    t  u  r  ,   o    @

@raksi berat solute @raksi berat solute

operasi evaporator yang akan dipakai. $ebagai contoh untuk zat!zat yang tidak  tahan terhadap suhu tinggi (misal larutan nira) akan cocok apabila memakai sistem "orward "eed. =ntuk zat!zat yang mempunyai si"at viskositasnya tinggi lebih cocok apabila dipakai sistem backward "eed. $elain itu dari si"at "isis zat  juga dipakai sebagai pertimbangan dalam menentukan jenis evaporator mana yang cocok digunakan. $ebagai contoh untuk memekatkan larutan yang mempunyai si"at berbuih, lebih cocok menggunakan jenis evaporator pipa  panjang (long tube eveporator).

• Temperatur umpan ("eed) juga menjadi pertimbangan dalam memilih pola

operasi evaporator. =mpan yang dingin sebaiknya dimasukkan pada e""ect yang temperaturnya paling rendah.

• Derajat pemekatan yang diinginkan juga akan menentukan pemilihan

operasi pemekatan apakah menggunakan penguap tunggal (single e""ect) atau  penguap berangkai (multiple e""ect). *ada umumnya untuk derajat pemekatan yang besar, jarang menggunakan sistem single e""ect karena tidak ekonomis. Artinya biaya operasi yang terdiri atas biaya steam dan air pendingin sangat  besar. Dalam hal tersebut sistem multiple e""ect evaporation lebih

menguntungkan.

5.( Siste& Operasi E!ap"rat"r

Ada 4 macam sistem operasi evaporator, yaitu 3

#. $istem penguap tunggal (single e""ect evaporation) 4. $istem penguap ganda (multiple e""ect evaporation)

$istem penguap tunggal adalah proses pemakatan larutan dengan menggunakan satu evaporator, sedang sistem penguap ganda menggunakan lebih dari satu evaporator. $istem yang menggunakan 4 evaporator disebut double e""ect evaporation, 5 evaporator disebut triple e""ect evaporation dan seterusnya.

*ada penguap tunggal, umpan ("eed) adalah larutan encer yang dididihkan  pada temperatur yang sesuai dengan tekanan pada ruang evaporator tersebut.

$ebagai tenaga pemanas adalah steam bertekanan rendah dan keadaannya jenuh (saturated steam). +asilnya adalah larutan pekat dan uap dari pendidihan larutan tersebut.

*ada sistem penguap ganda adalah 4 evaporator atau lebih yang dirangkai secara seri. E""ect pertama merupakan penguap tunggal yang dihubungkan seri dengan e""ect!e""ect berikutnya. %arutan pekat dari e""ect pertama menjadi umpan e""ect kedua, sedang uap hasil pendidihan e""ect pertama dipakai sebagai pemanas  pada e""ect kedua, demikian seterusnya larutan pekat e""ect kedua menjadi umpan

e""ect ketiga dan uap hasil e""ect kedua dipakai sebagai pemanas e""ect ketiga

5.5 -n+u# $er+a E!ap"rat"r

=ntuk mengetahui unjuk kerja evaporator digunakan suatu parameter penilai,  parameter yang dimaksud adalah 3

! ekonomi evaporator  ! kapasitas evaporator 

5.5.1 E#"n"&i e!ap"rat"r

Ekonomi evaporator dide"inisikan 3 kg air yang diuapkan setiap  pemakaian sat kg steam pemanas

=ntuk sistem single e""ect 8# $

η =

=ntuk sistem multiple e""ect 8# 84 85 ... 8n $

+ + +

η =

Dimana 3 C : ekonomi evaporator  8 : air yang diaupkan (kgj) $ : konsumsi steam (kgj)

+arga C untuk single e"ek kecil yaitu 9,' sampai 9,0 oleh karena itu pemekatan dengan sistem single e""ect tidak e"isien atau tidak ekonomis. =ntuk memperbesar  harga C dengan menambah jumlah e""ect. >akin besar jumlah e""ect makin besar 

 pula harga C. $ecara kasar harga ekonomi evaporator dapat diprediksi sebesar 3 C : 9,2 n dimana n : jumlah e""ect

Disamping jumlah e""ect, ekonomi evaporator juga dipengaruhi oleh temperatur  umpan. Temperatur umpan yang dingin akan mengurangi harga C karena kalor  dari steam yang seharusnya untuk menguapkan air menjadi berkurang karena dipakai untuk menaikkan temperatur umpan sampai temperatur titik didihnya sebesar panas sensiblenya yaitu 3 >@ . <p @ (t# ! t@)

Ekonomi evaporator ini penting dalam hubungannya dengan biaya operasi evaporator atau biaya steamnya. Ekonomi evaporator tinggi biaya steam rendah, dengan demikian biaya operasi turun.

5.5.% $apasitas e!ap"rat"r

1apasitas evaporator dide"inisikan 3 kg air yang diuapkan setiap jam. 1apasitas evaporator tergantung pada laju perpindahan panas () masing!masing e""ect. -adi "aktor yang mempengaruhi besarnya kapasitas evaporator adalah luas permukaan perpindahan panas A, koe"isien perpindahan panas menyeluruh = dan perbedaan suhu e"ekti" FTe"" , sesuai dengan hubungan  : = A FTe"" .

>akin besar harga =, A atau FTe""maka makin besar harga  sehingga jumlah air 

yang diuapkan setiap waktu makin besar atau dengan kata lain kapasitas evaporator makin besar. Disamping itu temperatur umpan juga mempengaruhi kapasitas evaporator. Temperatur "eed yang dingin akan mengurangi kapasitas evaporator karena sebagian kalor  digunakan untuk menaikkan suhu "eed sampai titik didihnya.

5. $enai#an titi# didih

Dalam operasi evaporator, terutama untuk pemekatan larutan anorganik  menunjukkan bahwa titik didih larutan lebih tinggi dibanding titik didih pelarut murninya (titik didih air). *enomena tersebut disebut kenaikan titik didih atau

*G. *G ini cukup nyata pada senyawa!senyawa anorganik, namun tidak begitu nyata untuk senyawa!senyawa organik, terutama yang berat molekulnya tinggi.

Adanya *G ini menyebabkan FT yaitu beda temperatur pemanas dan temperatur titik didih larutan menjadi kecil.

6ambar 7.'. 6aris!garis Duhring, sistem BaO+ H Air 

6ambar 7.0 Diagram Enthalpi!1onsentrasi $istem BaO+ ! Air 

5./ Perhitungan $ebutuhan stea& dan luas e!ap"rat"r pada siste& single effe# 

*ada sistem single e""ect panas dari steam dipindahkan melalui  permukaan bidang pemanas ke cairan yang sudah berada pada suhu didihnya.

*anas tersebut digunakan untuk menguapkan air.

1eterangan

@ : laju alir larutan encer ("eed) A: luas permukaan perpindahan panas $ : laju alir steam atau condensat 8 : laju alir uap

% : %aju alir larutan pekat I : kapasitas panas t@ : temperatur larutan encer (umpan) J@ : "raksi massa umpan

*$ : tekanan steam J%: "raksi massa produk 

t$ : temperatur steam atau kondensat T#: titik didih larutan

+$ : enthalpi steam E : steam ekonomi

+8 : enthalpi uap

h< : enthalpi kondensat

h@ : enthalpi "eed (umpan)

h% : enthalpi cairan pekat (produk)

= : koe"isien perpindahan panas keseluruhan @eed @, t@, h@,J@ $team $, t$, +$,*$ _kondensat $, t$, h< %, h%,J%,T# *#,T#, =,A

6ambar 7.2 $istem $ingle E""ect

*roduk (%arutan *ekat)

8,+,y

%aju perpindahan panas dari steam ke larutan

: =AKTLLLLLLLLLLLLLLLLL.7.#

0eraca &assa

 Beraca massa total @ : % ; 8LLLLLLLLLLLLLLL..7.4  Beraca massa solute @.J@ : %.J% ; 8.y

1arena konsentrasi solute dalam uap (y:9), maka,

@.J@ : %.J%  LLLLLLLLLLLLLLL....7.5

0eraca entalpi

Dalam menyusun neraca enthalpi diambil asumsi!asumsi sebagai berikut 3

• Tak ada kebocoran atau percikan keluar  • Adanya non condensable gas diabaikan • Tak ada kehilangan panas ke sekeliling

• $team pemanas masuk dalam keadaan jenuh dengan suhu t$ dan

kondensat keluar dalam keadaan cair jenuh dengan suhu t$.

• *anas pelarutan diabaikan

Asumsi di atas diambil karena pada praktek kadang!kadang dipakai superheated steam yang temperaturnya sedikit di atas t$, dan kondensat keluar pada suhu

sedikit dibawah t$ (sub cooled).

 Beraca enthalpi 3

@ . h@ ; $ . +$ : 8 . + ; $ . h< ; % . h% LLLLLLL7.

$ (+$ H h<) : 8 . + ; % . h% ! @ . h@

1arena +$ H h< : M $ : panas laten steam

$ . M $ : 8 . + ; % . h% ! @ . h@

1onsumsi steam dapat diperoleh,

S   F   L  F h h  L  H  V  S  M  . . . + − = _...7.7

=ntuk menentukan luas permukaan perpindahan panas,

T  U   A S  Δ . M  . $ = _...7.0 dengan3

$ . M $ : 1alor yang dilepas steam pada suhu t$ (: I)

KT : t$ H T#

<AGA >EB<AG/ DATA!DATA NAB6 D/*EG%=1AB

ila */ diketahui maka dari $team Table akan didapat 3 t b  +

ila t b diketahui maka dari $team Table akan didapat 3 */  +

ila *s diketahui maka dari $team Table akan didapat 3 ts, Ms  +s

>encari EBT+A%*N  *erhatikan Ada 1TD  T/DA1  /. 1TD Tidak Ada

P. T/ : t% : t8:tb (titik didih air murni pada *#)

P. h% : entalpi produk didapat dengan temp T# (titik didih larutan)

P. + : entalpi uap diperoleh pada T#

#. 1TD Diperhitungkan

P. tb diketahui dari $team Table pada */

Tb dengan J% dari gambar 7.' Duhring <hart akan didapat T#

P. +v : + b ; #,22 1TD (ila 1TD dalam 1) 1-1g

! +v : + b ; 9,7 1TD (ila 1TD dalam o@Q T=lb

! + b : entalpi uap pada suhu air murni (tb)

! t@ dengan J@ gambar 7.0  didapat h@

! T/ dengan J@  gambar 7.0  didapat h%

EBT+A%*N A%AB<E 3 @ h@ ; $ Ms : % h% ; 8.+

1TD : T# ! tb

1A*A$/TA$ *ABA$ 3  : $ Ms : =A (T$! T/)

%=A$ *EG>=1AAB *EG*/BDA+AB *ABA$

#). ila satuan yang diketahui $ dalam 1g-am = dalam m4 ₁  4 5'99 #999 m  x T  U  S   A S  ∆ = λ  FT dalam 1 dalam 1-1g

4). ila $atuan yang diketahui $ dalam lb-am = dalam T=-@T4_{@ A:} T  U  S  _S  ∆ λ   "t 4 T  ∆  dalam o_@ Dalam 1-1g $TEA> E1OBO>/ E : S  V  

*ada single E""ect Evaporator, sebagian besar biaya evaporasi untuk biaya steam  pemanas hal ini merupakan suatu pemborosan karena dengan steam pemanas

akan dihasilkan juga steam (8) yang tidak dipakai lagi.

=ntuk menghindari pemborosan, uap yang dihasilkan dari sebuah evaporator  digunakan sebagai steam pemanas di evaporator kerja. $istem ini disebut sebagai sistem >=%T/*%E.

*ada sistem ini3

! e""ect / dipanasi dengan steam dari oiler. ! E""ect // dipanasi =ap dari e""ect /

! E""ect /// dipanasi dengan =ap dari e""ect //, dst

Titik didih pada e""ect / harus lebih tinggi dari titik didih e""ect //, dst. Demikian  juga Tekanannya (*).

Tiap evaporator dalam multiple e""ect disebut e""ect. Bomer e""ect sesuai dengan urutan steam masuk dengan angka romawi.

*E>A$=1AB @EED #. @orward @eed

6ambar 7.& $itim multi e""ect dengan pengumpanan ke depan Dalam cara ini 3

%arutan encer masuk pada e""ect /, setelah agak pekat diumpankan sebagai "eed  pada e""ect // begitu seterusnya, sehingga larutan produk adalah yang keluar dari

e""ect ke H n.

Titik didih3 T# ? T4 ? Tn

*# ? *4 ? *n

>ultiple e""ect dilengkapi dengan sistem penghamparan.

*ada sistem ini3 steam Ekonomi cukup besar, karena makin banyak e""ect, makin  besar $team Ekonominya.

Tetapi bila e""ect lebih besar, maka sistem ini akan mahal, harus diperhitungkan  biaya e""ect.

@orward "eed digunakan untuk "eed yang cukup panas dan produk akhir tidak  tahan panas tinggi.

4. ackward @eed3

6ambar 7.#9 $itim multi e""ect dengan pengumpanan dari belakang

@eed masuk cari e""ect terakhir.

%arutan masuk dari e""ect terakhir yang kurang panas, karena larutan yang lebih  pekat masuk dalam e""ect yang lebih panas sehingga akan mengurangi kekentalan, sehingga penurunan harga = (over all coe""icient) dapat diatasi. $istem ini untuk  "eed yang dingin dan produk yang kental.

%arutah berserak dari e""ect dengan tekanan (*) rendah ke tekanan tinggi sehingga  perlu pompa.

$/$TE> *AGA%E% @EED3

@eed diumpankan pada setiap e""ect. *roduk dikeluarkan pada setiap e""ect.

Digunakan untuk "eed yang sudah cukup pekat. Diharapkan produk keluar segera menjadi bentuk kristal, missal dalam pembuatan garam.

TE>*EGAT=G DGO*

=mumnya dalam perhitungan evaporator sistem multiple dilakukan asumsi! asumsi3

#. -umlah panas yang diperlukan setiap evaporator dianggap sama. 4. %uas per inci perpindahan panas setiap evaporator dianggap sama.

=ntuk @orward @eed3

I# : =#.A#.Ft#

I4 : =4.A4. Ft4

I5 : =5.A5. Ft5

In : =n.An. Ftn

=#.A#. Ft# : =4.A4. Ft4 : =5.A5. Ft5 : =n.An. FtnLLLLLLLLLL7.2

-ika A sama maka 3 =#. Ft# : =4. Ft4 : =5. Ft5LLLLLLLLLLLL7.&

-ika 1TD diabaikan, maka3

LLLLL..7.#9 ila 1TD diperhitungkan  

_∑

_{t =Ts−T  −( KTD)} LLLLLLLLLLLLLLLLLL.7.## n Δ n n t  t  t  t  T  ts t  _{Δ Δ Δ Δ} Δ = − = + + +

∑

# 4 5 ##

5. esarnya temperature Drop pada setiap evaporator dapat ditaksir dengan3

∑

+ + + + = T  U  U  U  U  U  T  n Δ Δ D # ... # D # D # D # 5 4 # # # LLLLLLLL.7.#4

∑

+ + + + = T  U  U  U  U  U  T  n Δ Δ # ... # # D # D # 5 4 # 4 4 LLLLLLLLL7.#5

1A*A$/TA$ >=%T/*%E E@@E<T E8A*OGATOG 

*emakaian multiple e""ect evaporator akan meningkatkan steam Ekonomi, tetapi tidak berarti dengan e""ect banyak selalu lebih ekonomis karena dipengaruhi oleh kapasitas evaporator.

*ersamaan 1apasitas total3

I total : I# ; I4 ;I5 ; LLL.;In

: =#.A#. Ft#; =4.A4. Ft4; LL; =n.An. FtnLLLLLLLLLLLLL7.#

=ntuk yang tanpa 1TD

-umlah temperatur Drop yaitu 3 LLLLLLLLL 7.#7

>aka 3 LLLLLLLLLLLL.7.#'

! >ultiple e""ect tidak mempengaruhi kapasitas suatu system evaporator, tetapi hanya pemakaian steam dan air dalam operasinya.

Ts H Tn : Ft

P) *engaruh 1TD >ultiple E""ect Evaporator3

ila diperhatikan pers. Σ∆T =Ts−T _n −( KTDΣ )

Terlihat3 =ap yang terjadi pada e""ect # dengan adanya 1TD di anggap sebagai superheat e""ect #, tetapi ketika dipakai sebagai uap pemanas di e""ect // diangggap sebagai uap jenuh dengan titik jenuhnya ketika berada di e""ect /.

-adi selalu dianggap ada kehilangan Enthalpy ketika uap mengalir dari e""ect ke / ke dalam e""ect yang lainnya yaitu sebesar Enthalpy $uperheatnya.

*erhitungan >ultiple E""ect Evaporator3 *ersamaan!persamaan yang dipakai3

1.  _{Beraca panas setiap e""ect} 2.  _{Beraca massa setiap e""ect} 3. _{-umlah penguapan setiap e""ect}

1TD selalu diperhitungkan

%angkah!langkah3

1. _{Tentukan titik didih dan Enthalpi larutan pada e""ect terakhir berdasarkan}

tekanan ruang uap dan konsenstrasi akhir.

2. _{Tentukan jumlah penguapan seluruh system dengan overall material}

 balance, kemudian perkirakan pembagian tiap e""ect (umumnya dibagi sama dalam tiap e""ect) pada trial dihitung konsentrasi larutan dalam e""ect, asumsi TD pelarut dan cari 1TD di tiap e""ect

3. _{Tentukan Total temperature Drop dengan rumus3}

... 4 4 # # − + − + = Σ∆T  t   KTD t  KTD ##'

: Ts H Tn ! (ΣKTD)LLLLLLLLLLLLLLLLL

7.#0

Distribusikan pada tiap e""ect dengan rumus3

dst  t   x U  U  U  U  t  _... D # D # D # D # # 4 # # # Σ∆ + + = ∆

4. _{Dengan Beraca panas tiap e""ect dan dengan neraca massa, hitung}

kembali penguapan di tiap e""ect.

-ika harga penguapan sangat berbeda dari masing!masing e""ect dengan yang diperkirakan dalam langkah 4, maka ulangi langkah 4 tersebut dengan harga penguapan yang baru didapat.

5. _{*ergunakan rumus 3 I : =.A. (Ts H Tn) untuk tiap e""ect guna menentukan}

harga A masing!masing

6. _{ila ternyata harga A tiap e""ect tidak (hampir) sama, maka hitung kembali}

temperatur Drop. n  A  A t  t # # # ∆ = ∆ n  A  A t  t  4 4 4 ∆ = ∆  _{LLLL. dst} n  A  A  A _n n + + = ∆ 4 4

<ontoh soal # dengan mengabaikan 1TD

$uatu evaporator digunakan untuk memekatkan larutan dari konsentrasi #R berat menjadi #,7R berat zat terlarut. 1ecepatan umpan masuk ke dalam evaporator #9.999 lbh pada suhu #99 o_{@. $team masuk evaporator pada suhu 440}

o_{@ dan tekanan 7 psig. -ika evaporator bekerja dengan tekanan # atm dalam}

ruangan uap dan harga = diketahui 479 tu"t4_.ho_{@, hitunglah3}

a. erat uap yang dihasilkan tiap jam  b. %aju steam masuk evaporator 

c. %uas permukaan perpindahan panas

*enyelesaian

dimana 3

Asumsi3

1arena larutan sangat encer, maka titik didih larutan sama dengan titik didih air  murni dan entalpi larutan sama dengan pelarut murninya (air)

a. Beraca massa total 3 @ : % ; 8 #9.999 : % ; 8

8 : #9.999 H %

Beraca massa bahan terlarut 3 @. J@ : %.J% ; 8.y

(#9.999)(9,9#) : (%)(9,9#7) ; (8)(9) h # @: #9.999 lbh J @:9,# t@:#99 o @ $ *s: 7 psig =ap 8, + kondensat $, t c, h< %, J %:9,9#7  T # * #: # atm ##2

h lb  L '.'09 D 9#7 , 9 ) 9# , 9 )( 999 . #9 ( = = -adi 8 : ( #9.999 H ''09)lbh : 5.559 lbh  b. +arga!harga entalpi dapat diperoleh dari steam table3

t@ : #99 o@ h@ : '2 tulb

t8: 4#4 o@ + : ##79 T=lb

t% : 4#4 o@ h%: #29 tu lb

ts : 440 o_{@ +s: ##7' tulb}

tc : 440 o_{@ hc : #&7 tulb}

 Beraca panas atau neraca entalpi,

*anas umpan ; panas steam : panas uap ; panas produk ; panas kondensat @ . h@ ; $ . +$ : 8 . + ; % . h% ; $ . h< h lb S  S  h  H  h  F  h  L  H  V   S  C  S   F   L D A759 #&7 ##7' ) '2 )( #9999 ( ) #29 )( ''09 ( ) ##79 )( 5559 ( . . . = − − + = − − + =

c. %uas permukaan perpindahan panas, $(+s H hc) : =. A. KT T  U  h  H   A S  C  Δ . − =

4 ##'9 ) 4#4 440 ( 479 #&7 ##7'   ft   A = − − =

<ontoh soal 4 dengan memperhitungkan 1TD

$ebuah Evaporator $/B6%E E@@E1 digunakan untuk memekatkan larutan  BaO+ dari 49 R menjadi 79 R berat solid dan kecepatan 49.999 lbjam.

Tekanan steam yang dipakai 49 *sig, sedangkan tekanan pada ruang uap #99 mm+g absolute (#,&5 lbin5_{). Over all heat trans"er coe""isien : 479 tu"t}4_.h.o_@

Tentukan ! jumlah steam yang dipakai ! $team ekonomi

! %uas bidang pemanas pada temperatur "eed #99o_@

*enyelesaian

 Beraca massa total

%, J%:9,7 h # @: 49.999 lbh J @:9,4 t@:#99 o @ $ *s: 49 psig =ap 8, + kondensat $, t c, h<  T # * #: #99 mm+g #49

@ : % ; 8

 Beraca massa solute

@ J @ : % J % ; 8 +8  +8 : 9 % : 7 , 9 4 , 9 999 . 49 x  : 2999 lbjam 8 : @ H % : 49.999 H 2.999 : #4.999 lbjam

Titik didih air murni (t b) pada #99 mm+g (#,&5 lbm5) : (#4 o@)

 *ada tb #4 o_{@ dan J}

%: 9,7 diperoleh titik didih larutan #&0 o@ ( T# ) (lihat gambar 

7.')

1TD : T# ! t b

: #&0 H #4 : 05 o_@

Entalpi umpan dan larutan pekat dapat diproleh dari gambar 7.0. J@: 9,4 dan t@ :

#99o _{@  h" : 77 T=  lb}

%arutan pekat 79R solid atau J% : 9,7 dan T# :#&0 o @ h% : 449 tulb

=ap yang meninggalkan Evaporator adalah super heat *D. #&0 o @ ? #.&5 lbin5

Enthalpi uap dapa t dicari daris steam table (super heated ) + (#&0 o _{@) : +b uap sat (Td. Air #4} o_{@) ; <p (1TD)}

 : +b uap sat (#4 o_{@) ; 9,' J 1TD}

Entalpi uap air jenuh pada #4 o_{@ , +}

 b: ##7,52 T=lb (steam table)

*d #&0 o_{@ + : ##7,52 ; 9,' (#&0 H #4)}

*ada *$:49 *sig : 49 ;#,0 : 5,0 *sia. Dari steam tabel

Didapat 3 ts : 47& o_{@ (dgn interpolasi)  A** 2 >c <abe}

3 Ms : &5& I : $Ms : (@ H %) + H @h" ; % h% 8 : @ ! % : (49999 H 2999) ##& H (49999) 77 ; (2999) 449 I : #.2.999 T=lb I : Ms.$  #.2.999 : $ (&5&) $ : #752',72 lbjam

%uas idang *emanas

 #.2.999 : 479 A (47& H #&0) A: &54 "t4 E : = _#752'#4999_,72 = 9,02 S  V  7atihan I : =A ∆T #44

#. $ebuah evaporator e"ek tunggal digunakan untuk memekatkan 49.999 lbh larutan natrium hidroksida 49R menjadi larutan pekat 79R. Tekanan  pengukur (gauge pressure) dari uap 49 lbin4_{, tekanan absolute ruang uap}

cairan #99 mm+g dan koe"isien perpindahan panas keseluruhan 479 tu"t4_.h.o_{@, dan umpan masuk pada suhu #99} o_@.

+itunglah 3

a). anyaknya uap yang terpakai (lbh)  b). %uas permukaan pemanasan ("t4)

4. $ebuah evaporator digunakan untuk memekatkan larutan organik 49R menjadi '7R. 1enaikan titik didih larutan dapat diabaikan. *anas jenis umpan 9,&5 dan air yang harus diuapkan sebanyak 49.999 kgjam. =ap jenuh  pada 9,0 atm (absolut) dan tekanan di dalam kondensor #99 mm+g (absolut).

=ap masuk pada suhu '9 o_{@, koe"isien perpindahan panas keseluruhan #.099}

m4_.o_<

+itunglah 3

a). esarnya luas permukaan pemanasan yang diperlukan (m4)  b). -umlah konsumsi uap dalam kgjam

5. 4,7 kgs larutan 79R BaO+ pada suhu &9 o< dipekatkan menjadi larutan 09R pada suatu evaporator yang bekerja dengan tekanan 9,#92 kgcm4. $ebagai pemanas digunakan uap air jenuh pada tekanan mutlak ' kgcm4. -ika besrnya koe"isien perpindahan panas keseluruhan 999 m4.o<, tentukan 3

a). %uas permukaan pemanasan yang diperlukan  b). %aju penguapan

. #,47 kgs larutan 49R BaO+ pada suhu 57 o< akan dipekatkan menjadi larutan 79R di dalam suatu evaporator yang menggunakan uap air pada tekanan mutlak #,54 kgcm4. $edang evaporator tersebut bekerja pada tekanan mutlak 9,## kgcm4 dan pengaruh panas karena radiasi diabaikan.

Diketahui kondensat uap air keluar pada suhu uap air dan besarnya koe"isien  perpindahan panas keseluruhan 4599 m4.o<

+itunglah 3

a). -umlah uap air yang diperlukan  b). %uas permukaan perpindahan panas