ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
1. Perhitungan kosentrasi nilai yang keluar dari setiap efek evaporator Evaporator efek 1
a. Neraca Massa Total L1 = F –V1
L1 = L1
b. Neraca Massa komponen F . XF = L1 . XL1 + V1 . y1
. 0,12 = XL1 . + 0 X L1 =
XL1 XL1
2. Evaoprator efek 2 a. Neraca Massa Total L2 = L1 – V2
L2
L2 72505,2218
60 b. Neraca Massa Komponen
L1 . XL1 = L2 . XL2 + V2 .y2
. 0,1442 =
. XL2 + 0 XL2 =
XL2 = 0,1886 X 100%
XL2 = 18,86 % 3. Evaporator efek 3
a. Neraca Massa Total L3 = L2 – V3
L3 72505,2218
-
L3
b. Neraca Massa Komponen
L2 . XL2 = L3 . XL3 + V3 .y3
. 0,1886 =
. XL3 + 0 XL3 =
XL3 = 0,2859 X 100%
XL3 = 28,59 % 4. Evaporator efek 4
a. Neraca Massa Total L4 = L3 – V4
L4
-
L4
61 b. Neraca Massa Komponen
L3 . XL3 = L4 . XL4 + V4 .y4 47820,0992
. 0,2859 =
. XL4 + 0 XL4 =
XL4 = 0,6196 X 100%
XL4 = 61,96 % 2. Perhitungan Cp Total Umpan
Perhitungan kapasitas panas ( Cp) Nira menggunakan Heat Capacity of sugar solution
Nilai x merupakan kosentrasi Nira yang terkadung dalam larutan Cpf = 4,19 – 2,35x (Kj/Kg ⁰C)
Cpf = 4,19 – 2,35 (0,12) (Kj/Kg ⁰C) Cpf = 3, 9080 Kj/Kg
1. Evaporator Efek 1
Cp1 = 4,19 – 2,35x Kj/Kg ⁰ C Cp1= 4,19 – 2,35 (0,1442)
Cp1= 3,8511 Kj/Kg ⁰C
Cp = 4,19 – 2,35x (Kj/Kg ⁰C)
62
Tabel 4.23 Nilia Cp ( Kapasitas Panas ) Nira pada Trial ketiga
3. Perhitungan Nilai Entalpi pada setiap efek Evaporator
Nilai entalpi dari aliran uap realtif terhadap air dapat diperoleh dari steam tabel ( lampiran 3 )
a. Pada evaporator efek 1 Dilihat pada suhu 110 ⁰ C H1 = 2691,5 Kj/Kg λ1 = 2230,2 Kj/Kg
b. Pada evaporator efek 2 Dilihat pada suhu 90 ⁰ C H2 = 2660,1 Kj/Kg λ2 = 2283,25 Kj/Kg c. Pada evaporator efek 3 Dilihat pada suhu 70 ⁰ C H3 = 2626,8 Kj/Kg λ3 = 2333,85 Kj/Kg d. Pada evaporator efek 4 Dilihat pada suhu 55⁰ C H4 = 2600,9 Kj/Kg λ4 = 2370,69 Kj/Kg
Evaporator Kosentrasi nira Kapasitas panas ( Cp) (Kj/Kg ⁰K)
Xf = 0,12 3,9080
1 XL1 = 0,1442 3,8511
2 XL2 = 0,1886 3,7467
3 XL3 = 0,2859 3,5181
4 XL4 = 0,6196 2,733
63
4. Perhitungan Energy Balance pada setiap efek evaporator
Untuk mencari nilai V1 , V2 , V3 , V4 digunakan persamaan sebagai berikut : V1 = F – L1 .……….……….………..(1) V2 = L1 – L2 ……….……..(2) V3 = L2 – L3 ……….……..(3)
V4 = L3 – L4
= L3 - 22064, 51613 Kg/jam ……….……. ..(4) 1. Evaporator Efek 1
Perhitungan neraca panas pada setiap efek menggunakan Treferensi sebagai datum dimana entalpi terhadap uap yang dinyatakan relative terhadap Treferensi maka :
F . Cpf . (Tf – 0) + S λ1 = L1 . Cp1 . (T1 – 0) + V1 H1
114.000 Kg/jam . 3,9080 Kj/kg ⁰C (100 ⁰C- 0⁰C) + S . 2230,2 Kg/Kg = L1
(3,8511 Kj/Kg ⁰C).(110⁰C-0⁰C) + (114.000 Kg/jam- L1) .2691,5 Kj/Kg 44551200 kg/jam + S. 2230,2 Kj/Kg = L1 423,6243 + 306831000 Kg/jam – 2691,5 L1
S 2230,2 Kj/kg = 262279800 Kg/jam – 2267,875
L1………(5)
2. Evaporator Efek 2
L1 . Cp1 . (T1 – 0) + V1 λ2 = L2 . Cp2 . (T2 – 0) + V2 H2
L1 ( 3,8511 Kj/kg ⁰C) . (110⁰C-0⁰C) + ( 114.000 Kg/jam – L1) . 2283,25 Kj/kg = L2 ( 3,7467 Kj/Kg ⁰C). ( 90⁰C-0⁰C) + (L1 – L2) . 2660,1 Kj/kg L1 423,885 + 260290500 Kg/jam – 2283,25 L1 = L2 337,211 – 2660,1 L1 –
2660,1 L2
260290500 Kg/jam = 4519,465 L1 – 2322,8889
L2…...……...…………(6)
64 3. Evaporator efek 3
L2 . Cp2 . (T2 – 0) + V2 λ3 = L3 . Cp3 . (T3 – 0) + V3 H3
L2 (3,7467 Kj/kg ⁰C) .(90⁰C-0⁰C) + (L1-L2) 2333,85 Kj/kg = L3 (3,5181Kg/Kj ⁰C) .( 70⁰C-0⁰C) + (L2-L3) 2626,8 Kj/kg L2 . 337,211 + L1 2333,85 – 2333,85 L2 = 246,26 L3 + 2626,8 L2 – 2626,8 L3
2333,85 L1 = 4623,4389 L2 – 2380,53055 L3
………...(7) 4. Evaporator Efek 4
L3 . Cp3 . (T3 – 0) + V3 λ4 = L4 . Cp4 . (T4 – 0) + V4 H4
L3 . (3,5181 Kj/kg ⁰C) .( 70⁰C-0⁰C) + (L2-L3) 2370,69 Kj/kg = 22064,51613 Kg/jam (2,7333 Kj/kg ⁰C) (55⁰C-0⁰C) + ( L3 -22064,51613 Kg/jam) . 2600,9 Kj/kg
L3 246,2694 + 2370,69 L2 – 2370,69 L3 = 3317768,47 Kg/jam + 2600,9 L3 – 57387599,92 Kg/jam
L2 2370,69 – 4725,32055 L3 = - 54069831,5 Kg/jam L3
L3 = 11442,5743 Kg/jam + 0,501699297 L2 .……….... .(8) Nilai L3 =11442,5743 Kg/jam + 0,501699297 L2 disubstitusikan ke persamaan 7 2333,85 L1 = 4623,4389 L2 – 2380,53055 L3
2333,85 L1 = 4623,438 L2 – 2380,53 (11442,5743 Kg/jam + 0,501699297 L2) 2333,85 L1 = 4623,438 L2 – 27239397,7 Kg/jam – 1194,3105 L2
3429,1284 L2 – 2333,85 L1 = 27239397,7 Kg/jam ………….……..………...(9)
65
Persamaan 6 dan Persamaan 9 dieliminasikan untuk mendapatkan nilai L2 4519,7257 L1 – 2322,8889 L2 = 260290500 kg/jam x 1
3429,1284 L2 – 2333,85 L1 = 27239397,7 Kg/jam x 1,9286694 + 4519,7257 L1 – 2322,8889 L2 = 260290500 kg/jam
6640,8380 L2 – 4519,7257 L1 = 52751722,2 Kg/jam + 4317,94916 L2 = 313039899 Kg/jam
L2 = 72497,3564 Kg/jam
Nilai L2 = 72497,3564 Kg/jam disubstitusikan ke persamaan 6 4519,7257 L1 – 2322,8889 L2 = 260290500 kg/jam
4519,7257 L1 – 2322,8889 (72497,3564 Kg/jam) = 260290500 Kg/jam
4519,7257 L1 – 168403304 Kg/jam = 260290500 Kg/jam L1 = 94849,518 Kg/jam
Nilai L1 dan Nilai L2 disubstitusikan kepersamaan 7
2333,85 L1 = 4623,4389 L2 – 2382,85 L3
2333,85 (94849,518 Kg/jam) = 4623,4389 (72497,3564 Kg/jam) – 2382,85 L3
221364548 Kg/jam = 335187098 Kg/jam – 2382,85 L3
L3 = 47813,9421 Kg/jam
Nilai L1 , L2 , L3 disubstitusikan untuk mendapatkan nilai V1 , V2, V3, V4
Nilai L1 disubstitusikan ke persamaan 1 V1 = F – L1
V1 = 114.000 Kg/jam –94849,518 Kg/jam V1 = 19150,482 Kg/jam
66
Nilai L1 dan Nilai L2 disubstitusikan ke persamaan 2 V2 = L1 – L2
V2 = 94849,518 Kg/jam – 72497,3564 Kg/jam V2 = 22352,1616 Kg/jam
Nilai L2 dan Nilai L3 disubstitusikan ke persamaan 3 V3 = L2 – L3
V3 = 72497,3564 Kg/jam – 47813,9421 Kg/jam V3 = 24683,4143 Kg/jam
Nilai L3 disubstitusikan ke persamaan 4 V4 = L3 – 22064,51613 Kg/jam
V4 = 47813,9421 Kg/jam – 22064,51613 Kg/jam V4 = 25749,426 Kg/jam
D. Trial Keempat
1. Perhitungan kosentrasi nilai yang keluar dari setiap efek evaporator 1. Evaporator efek 1
a. Neraca Massa Total L1 = F- V1
L1 = L1
b. Neraca Massa komponen
F . XF = L1 . XL1 + V1 . y1
. 0,12 = XL1 . + 0 X L1 =
XL1 XL1
67 2. Evaoprator efek 2
a. Neraca Massa Total L2 = L1 – V2
L2
L2 72505,2218
b. Neraca Massa Komponen
L1 . XL1 = L2 . XL2 + V2 .y2
. 0,1442 =
. XL2 + 0 XL2 =
XL2 = 0,1886 X 100%
XL2 = 18,86 % 3. Evaporator efek 3
a. Neraca Massa Total L3 = L2 – V3
L3 72505,2218
-
L3
b. Neraca Massa Komponen
L2 . XL2 = L3 . XL3 + V3 .y3
. 0,1886 =
. XL3 + 0 XL3 =
XL3 = 0,2859 X 100%
XL3 = 28,59 %
68 4. Evaporator efek 4
a. Neraca Massa Total L4 = L3 – V4
L4
-
L4
b. Neraca Massa Komponen
L3 . XL3 = L4 . XL4 + V4 .y4 47820,0992
. 0,2859 =
. XL4 + 0 XL4 =
XL4 = 0,6196 X 100%
XL4 = 61,96 % 2. Perhitungan Cp Total Umpan
Perhitungan kapasitas panas ( Cp) Nira menggunakan Heat Capacity of sugar solution
Nilai x merupakan kosentrasi nira yang terkadung dalam larutan Cpf = 4,19 – 2,35x (Kj/Kg ⁰C)
Cpf = 4,19 – 2,35 (0,12) (Kj/Kg ⁰C) Cpf = 3, 9080 Kj/Kg
1. Evaporator Efek 1
Cp1 = 4,19 – 2,35x Kj/Kg ⁰ C Cp1 = 4,19 – 2,35 (0,1442) Cp1 = 3,8511 Kj/Kg ⁰C
Cp = 4,19 – 2,35x (Kj/Kg ⁰C)
69
Tabel 4.24 Nilai Cp ( kapasitas Panas) nira pada Trial Keempat
3. Perhitungan Nilai Entalpi pada setiap efek Evaporator
Nilai entalpi dari aliran uap realtif terhadap air dapat diperoleh dari steam tabel ( lampiran 3)
a. Pada evaporator efek 1 Dilihat pada suhu 110 ⁰ C H1 = 2691,5 Kj/Kg λ1 = 2230,2 Kj/Kg
b. Pada evaporator efek 2 Dilihat pada suhu 90 ⁰ C H2 = 2660,1 Kj/Kg λ2 = 2283,25 Kj/Kg c. Pada evaporator efek 3 Dilihat pada suhu 70 ⁰ C H3 = 2626,8 Kj/Kg λ3 = 2333,85 Kj/Kg d. Pada evaporator efek 4 Dilihat pada suhu 55⁰ C H4 = 2600,9 Kj/Kg λ4 = 2370,69 Kj/Kg
Evaporator Kosentrasi nira Kapasitas panas ( Cp) (Kj/Kg ⁰K)
Xf = 0,12 3,9080
1 XL1 = 0,1442 3,8511
2 XL2 = 0,1886 3,7467
3 XL3 = 0,2859 3,5181
4 XL4 = 0,6196 2,733
70
4. Perhitungan Energy Balance pada setiap efek evaporator
Untuk mencari nilai V1 , V2 , V3 , V4 digunakan persamaan sebagai berikut : V1 = F – L1 .………..……….…………..(1) V2 = L1 – L2 ……….……….……..(2) V3 = L2 – L3 ……….……….……..(3)
V4 = L3 – L4
= L3 - 22064, 51613 Kg/jam ……….……….… ..(4) 1. Evaporator Efek 1
Perhitungan neraca panas pada setiap efek menggunakan Treferensi sebagai datum dimana entalpi terhadap uap yang dinyatakan relative terhadap Treferensi maka :
F . Cpf . (Tf – 0) + S λ1 = L1 . Cp1 . (T1 – 0) + V1 H1
114.000 Kg/jam . 3,9080 Kj/kg ⁰C (100 ⁰C- 0⁰C) + S . 2230,2 Kg/Kg = L1
(3,8511 Kj/Kg ⁰C).(110⁰C-0⁰C) + (114.000 Kg/jam- L1) .2691,5 Kj/Kg 44551200 kg/jam + S. 2230,2 Kj/Kg = L1 423,6243 + 306831000 Kg/jam
– 2691,5 L1
S 2230,2 Kj/kg = 262279800 Kg/jam – 2267,875
L1………(5)
2. Evaporator Efek 2
L1 . Cp1 . (T1 – 0) + V1 λ2 = L2 . Cp2 . (T2 – 0) + V2 H2 L1 ( 3,8511 Kj/kg ⁰C) . (110⁰C-0⁰C) + ( 114.000 Kg/jam – L1) . 2283,25 Kj/kg = L2 ( 3,7467 Kj/Kg ⁰C). ( 90⁰C-0⁰C) + (L1 – L2) . 2660,1 Kj/kg L1 423,885 + 260290500 Kg/jam – 2283,25 L1 = L2 337,211 – 2660,1 L1 –
2660,1 L2
260290500 Kg/jam = 4519,465 L1 – 2322,8889
L2……...………(6)
71 3. Evaporator efek 3
L2 . Cp2 . (T2 – 0) + V2 λ3 = L3 . Cp3 . (T3 – 0) + V3 H3
L2 (3,7467 Kj/kg ⁰C) .(90⁰C-0⁰C) + (L1-L2) 2333,85 Kj/kg = L3 (3,5181Kg/Kj
⁰C) .( 70⁰C-0⁰C) + (L2-L3) 2626,8 Kj/kg
L2 . 337,211 + L1 2333,85 – 2333,85 L2 = 246,26 L3 + 2626,8 L2 – 2626,8 L3 2333,85 L1 = 4623,4389 L2 – 2380,53055
L3………...(7) 4. Evaporator Efek 4
L3 . Cp3 . (T3 – 0) + V3 λ4 = L4 . Cp4 . (T4 – 0) + V4 H4
L3 . (3,5181 Kj/kg ⁰C) .( 70⁰C-0⁰C) + (L2-L3) 2370,69 Kj/kg = 22064,51613 Kg/jam (2,7333 Kj/kg ⁰C) (55⁰C-0⁰C) + ( L3 -22064,51613 Kg/jam) . 2600,9 Kj/kg
L3 246,2694 + 2370,69 L2 – 2370,69 L3 = 3317768,47 Kg/jam + 2600,9 L3 – 57387599,92 Kg/jam
L2 2370,69 – 4725,32055 L3 = - 54069831,5 Kg/jam L3
L3 = 11442,5743 Kg/jam + 0,501699297
L2 ………. .(8)
Nilai L3 =11442,5743 Kg/jam + 0,501699297 L2 disubstitusikan ke persamaan 7 2333,85 L1 = 4623,4389 L2 – 2380,53055 L3
2333,85 L1 = 4623,438 L2 – 2380,53 (11442,5743 Kg/jam + 0,501699297 L2) 2333,85 L1 = 4623,438 L2 – 27239397,7 Kg/jam – 1194,3105 L2
3429,1284 L2 – 2333,85 L1 = 27239397,7 Kg/jam ……….…...………...(9)
72
Persamaan 6 dan Persamaan 9 dieliminasi untuk mendapatkan nilai L2 4519,7257 L1 – 2322,8889 L2 = 260290500 kg/jam x 1
3429,1284 L2 – 2333,85 L1 = 27239397,7 Kg/jam x 1,9286694 + 4519,7257 L1 – 2322,8889 L2 = 260290500 kg/jam
6640,8380 L2 – 4519,7257 L1 = 52751722,2 Kg/jam + 4317,94916 L2 = 313039899 Kg/jam
L2 = 72497,3564 Kg/jam
Nilai L2 = 72497,3564 Kg/jam disubstitusikan ke persamaan 6 4519,7257 L1 – 2322,8889 L2 = 260290500 kg/jam
4519,7257 L1 – 2322,8889 (72497,3564 Kg/jam) = 260290500 Kg/jam 4519,7257 L1 – 168403304 Kg/jam = 260290500 Kg/jam
L1 = 94849,518 Kg/jam Nilai L1 dan Nilai L2 disubstitusikan kepersamaan 7
2333,85 L1 = 4623,4389 L2 – 2382,85 L3
2333,85 (94849,518 Kg/jam) = 4623,4389 (72497,3564 Kg/jam) – 2382,85 L3
221364548 Kg/jam = 335187098 Kg/jam – 2382,85 L3
L3= 47813,9421 Kg/jam Nilai L1 , L2 , L3 untuk mendapatkan nilai V1 , V2, V3, V4
Nilai L1 disubstitusikan ke persamaan 1 V1 = F – L1
V1 = 114.000 Kg/jam –94849,518 Kg/jam V1 = 19150,482 Kg/jam
73
Nilai L1 dan Nilai L2 disubstitusikan ke persamaan 2 V2 = L1 – L2
V2 = 94849,518 Kg/jam – 72497,3564 Kg/jam V2 = 22352,1616 Kg/jam
Nilai L2 dan Nilai L3 disubstitusikan ke persamaan 3 V3 = L2 – L3
V3 = 72497,3564 Kg/jam – 47813,9421 Kg/jam V3 = 24683,4143 Kg/jam
Nilai L3 disubstitusikan ke persamaan 4 V4 = L3 – 22064,51613 Kg/jam
V4 = 47813,9421 Kg/jam – 22064,51613 Kg/jam V4 = 25749,426 Kg/jam
Karena Trial 3 dan 4 Sama, maka trial ini di hentikan maka nilai V1 , V2 , V3 dan V4 dibandingkan dengan hasil trial sebelumnya. Maka digunakan hasil trial ke 4 karena memiliki selisih paling dekat dengan trial sebelumnya untuk menghitung banyaknya steam yang dibutuhkan , total air yang teruapkan . Hasil trial ditabelkan pada tabel berikut ini :
Tabel 4.25 Hasil Trial and Error Jumlah Uap Nira Pada Setiap Efek Evaporator
Trial V1
( Kg/jam)
V2 ( Kg/jam)
V3 ( Kg/jam)
V4 ( Kg/jam) 1 18516,9471 22589,1444 24903,8277 25925,5647 2 19144,7003 22350,0779 24685,1226 25755,5831 3 19150,482 22352,1616 24683,4143 25749,4260 4 19150,482 22352,1616 24683,4143 25749,4260
74
Maka dari perhitungan dari trial 3 diatas dapat diperoleh kesetimbangan massa yang ditabelkan sebagai berikut
a. Pada evaporator efek 1
Tabel 4.26 Tabel kesetimbangan massa pada evaporator efek 1 Komponen Aliran masuk
( Kg/jam)
Aliran keluar ( Kg/jam) F
( Kg/jam)
XF (%)
V1 ( Kg/jam)
XL1 (%)
L1 ( Kg/jam)
Nira 13680 12 - 14,42 13677,3005
Water 100320 88 19150,482 85,58 81172,2175
Total 114000 114000
b. Pada evaporator efek 2
Tabel 4.27 Tabel kesetimbangan massa pada efek 2 Komponen Aliran masuk
( Kg/jam)
Aliran keluar ( Kg/jam) L1
( Kg/jam)
XL1 (%)
V2 ( Kg/jam)
XL2 (%)
L2 ( Kg/jam)
Nira 13677,3005 14,42 - 18,86 13673,0014
Water 81172,2175 85,58 22532,1616 81,14 58824,355
Total 94849,5180 94849,5180
75 c. Pada evaporator efek 3
Tabel 4.28 Tabel kesetimbangan massa pada efek 3 Komponen Aliran masuk
( Kg/jam)
Aliran keluar ( Kg/jam) L2
( Kg/jam)
XL2 (%)
V3 ( Kg/jam)
XL3 (%)
L3 ( Kg/jam)
Nira 13673,0014 18,86 - 28,59 20726,9942
Water 58824,355 81,14 20726,9942 71,41 51770,3622
Total 72497,3564 72497,3564
d. Pada efek 4
Tabel 4.29 Tabel kesetimbangan massa pada efek 4 Komponen Aliran masuk
( Kg/jam)
Aliran keluar ( Kg/jam) L3
( Kg/jam)
XL3
(%)
V4
( Kg/jam)
XL4
(%)
L4
( Kg/jam)
Nira 20726,9942 28,59 - 61,96 29625,5185
Water 51770,3622 71,41 29625,5185 38,04 18188,4236
Total 47813,9421 47813,9421