Laporan Falling Film Evaporator

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Falling Film Evaporator adalah suatu jenis alat untuk meningkatkan konsentrasi suatu larutan dengan mekanisme evaporasi. Alat ini telah lama digunakan misalnya pada produksi pupuk organik, proses desalinasi, industri kertas, dan bubur kertas, industri bahan pangan dan bahan biologi, dan lain-lain. Peningkatan konsentrasinya dilakukan dengan penguapan pelarutnya yang umumnya air. Proses ini ini sering digunakan untuk penguapan larutan kental, larutan sensitif

terhadap panas, larutan yang mudah

terdekomposisi, dan penguapan perbedaan temperatur rendah. Falling film evaporator memiliki waktu tertahan yang pendek, dan menggunakan gravitasi untuk mengalirkan liquida yang melalui pipa. Pada saat sekarang ini falling film evaporator sangat meningkat penggunaanya di dalam proses industri kimia untuk memekatkan fluida terutama fluida yang sensitive terhadap panas (misalnya sari buah dan susu), karena waktu tertahan pendek cairan tidak mengalami pemanasan berlebih selama mengalir melalui evaporator. 1.2 Tujuan Adapun tujuan dari praktikum ini adalah sebagai berikut: 1) Mengoperasikan peralatan Falling Film Evaporator pemanasan langsung 2) Memilih temperatur dan tekanan optimum untuk umpan tertentu. 3) Menghitung koefisien perpindahan panas pada FFE / kalandria. 4) Menghitung efisiensi penggunaan kukus (steam) sebagai sumber panas. 5) Menghitung steam ekonomi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Laju perpindahan panas pada falling film evaporator dapat dinaikkan dengan menurunkan suhu permukaan liquida yaitu dengan cara penghembusan udara panas sehingga tekanan parsial uap akan turun. Hal ini menggantikan prinsip evaporasi secara vakum yang memungkinkan penguapan pada suhu rendah. Prinsip falling film evaporator adalah mengatur agar seluruh permukaan evaporator terbasahi secara continue, dan film yang dihasilkan mempunyai ketebalan yang seragam. Sehingga distributor umpan yang akan dipakai harus didesain secara tepat. Berbagai cara distribusi umpan, dibuat untuk menjamin keseragaman tebal film, antara lain memakai distributor tipe overflow weir, peletakan evaporator harus benar-benar tegak. Proses penguapan di dalam FFE Umpan dimasukkan melalui bagian atas kolom secara gravitasional. Jika vakum tidak dioperasikan turun dan membasahi dinding bagian dalam kolom dan dining-dinding bagian luar tabung-tabung penukar panas dan dalam kolom sebagian lapisan tipis (film), maka panas yang diberikan oleh medium pemanas di dalam penukar panas akan dipakai untuk memanaskan larutan mencapai titik didihnya. Penguapan pelarut membawa temperatur uap dari titik temperatur di atasnya, sehinggga di dalam kolom evaporator akan terdapat campuran antara larutan pada temperatur penguapan pelarut atau sedikit lebih tinggi atau rendah dari uap pelarut. Karena temperatur pada tangki pemisah dan pendingin (kondensor) lebih rendah daripada temperatur pada bagian bawah kolom maka sistem pada bagian kolom tersebut akan mengalami evakuasi yang dalam arti sebenarnya terjadi penurunan tekanan sehingga kondisi seperti vakum terjadi oleh karena campuran tersebut akan terhisap menuju tangki pemisah dimana bagian campuran yang berupa larutan produk yang lebih berat dan pekat turun menuju tangki pengumpul produk, sehingga uap pelarut menuju kondensor dikondensasikan dan turun menuju tangki destilat. Pada sistem dimana kondisi vakum dioperasikan oleh pompa vakum proses akan berlangsung serupa, tetapi titik didih yang dicapai akan lebih rendah dari pada kondisi atmosfer. Selain itu, kemungkinan aliran balik karena pembentukan uap pelarut dan tekanan parsial yang dikandungnya lebih kecil.

Alat ini diklasifikasikan dalam kelas long tube vertical evaporator (LTVE) bersamasama dengan Climbing film evaporator (CFE). Sedangkan berdasarkan tipe pemanasan dapat diklasifikasikan ke dalam sistem pemanasan dipisahkan oleh dinding pertukaran panas, yaitu jenis kolom calandria shell and tube. FFE memiliki effektivitas yang baik untuk : 1)

Pengentalan larutan-larutan yang jernih

2)

Pengentalan larutan-larutan yang korosif

3)

Beban penguapan yang tinggi

4)

Temperatur operasi yang rendah Kinerja suatu suatu evaporator ditentukan oleh beberapa faktor lainnya :

1)

Konsumsi uap

2)

Steam ekonomi

3)

Kadar kepekatan

4)

Persentasi produk Proses penguapan berlangsung pada kalandria shell and tube. Di dalam kalandria

tersebut terdapat tabung berjumlah tiga, umpan masuk didistribusi ke masing-masing tube kemudian membentuk lapisan tipis pada selimut bagian dalam tube. Sementara pemanas berada di luar tube, bahan umpan yang turun secara gravitasi menyerap panas maka terjadi penguapan pelarut sehingga keluar dari kalandria terdiri dari dua fasa (fasa uap pelarut dan larutan pekat) kemudian dipisahakan di evaporator. Penguapan yang terjadi akan berada di bawah titik didih air atau pelarut lain dalam kondisi curah. Penguapan akan memerlukan kalor yang lebih sedikit untuk umpan yang memang sedikit karena umpan mengalir dalam bentuk lapisan tipis (film). Berikut ini skematik falling film evaporator secara umum.

Gambar 1. FFE

Keuntungan yang lebih dari falling film evaporator ialah sangat terbatasnya waktu tinggal dari liquid. Waktu tinggal di dalam tube terhitung dalam satuan detik, membuatnya ideal juga untuk produk-produk yang sensitif akan poanas seperti susu, sari buah, obat-obatan dan lain sebagainya. Berrikut adalah contoh aplikasi falling film evaporatorpada industri susu.

Gambar 2. FFE di industri susu

Pada dasarnya evaporator adalah alat dimana pertukaran panas terjadi. Laju perpindahan panas dinyatakan dalam persamaan umum : Q = U A dT dengan U = koefisien keseluruhan perpindahan panas dalam sistem. Berikut ini ialah skematik dari falling film evaporator yang ada di Laboratorium Pilot Plant Jurusan Teknik Kimia Polban.

Gambar 3. FFE di Laboratorium Pilot Plant Jurusan Teknik Kimia Polban

BAB III METODOLOGI 3.1 Alat dan Bahan

3.1.1 Alat Alat yang digunakan adalah sebagai berikut: No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Nama Alat Seperangkat alat FFE Timbangan Ember Stopwatch Termometer Sepasang sarung tangan karet Selang

Spesifikasi -

Jumlah 1 1 5 1 1 2 -

Spesifikasi -

Jumlah -

Mengisi tabung umpan dengan air yang diberi warna setelah itu nyalakan alat 3.1.2 Bahan dengan memutar saklar utama dan tombol pompa. Bahan yang digunakan adalah sebagai berikut:

Tabel 3.1 Alat yang digunakan

No. 1. 2.

Nama Bahan Air kran Pewarna Merah Muda

Tabel 3.2 Bahan yang digunakan

Melakukan kalibrasi laju alir umpan pada 100, 150, 200, 250, 300 L/jam dan dilakukan secara duplo

Membuka aliran steam, aliran pendingin dan aliran udara tekan.

Setting tekanan pada 0.25 bar dan laju alir proses pada 100, 150, 200, 250, dan 300 L/jam.

3.2 Prosedur Kerja

Lakukan pengukuran terhadap laju alir massa distilat, steam, dan suhu umpan dan suhu steam pada setiap laju alir.

Setelah dilakukan pengukuran pada tekanan 0.25 bar, lakukan langkahlangkah sebelumnya untuk tekanan yang berbeda, pada 0.50, 0.75, 1, dan 1,25 bar.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil

1) Kalibrasi laju alir (t=30 s) Laju feed (L/h) 100 150 200 250 300

Kalibrasi I (Kg) 2,16 2,72 3,1 3,44 4

Kalibrasi II (kg) 2,22 2,60 3,12 3,58 3,94

Waktu (detik) 30 30 30 30 30

Laju alir I (kg/h) 259,2 326,4 372 412,8 480

m2 (kg) 2,52 3,78 4,9 5,64 6,5 3,32 3,90 4,64 5,66 6,54 3,32 3,78 4,74 5,54 6,50 3,10 4,10 4,58 5,4 6,5 3,32 3,82 4,74 5,64 6,62

Laju alir II (kg/h) 266,4 312 374,4 429,6 472,8

Laju alir Rata-rata 262,8 319,2 373,2 421,2 476,4

Tabel 4.1 (1) Kalibrasi Laju Alir

2) Data Percobaan P (bar)

Q (L/h)

Ms (kg)

0,25

100 150 200 250 300 100 150 200 250 300 100 150 200 250 300 100 150 200 250 300 100 150 200 250 300

0,02 0,14 0,68 0,54 0,52 0,48 0,52 0,56 0,60 0,54 0,50 0,60 0,62 0,64 0,70 0,50 0,52 0,54 0,58 0,58 0,46 0,54 0,62 0,58 0,62

0,5

0,75

1,00

1,25

T7 ( 32,9 35,2 35,9 37,8 39,8 42,9 46,5 46,6 46,7 44,1 42,2 41,8 42,5 42,8 42,9 40,3 37,5 38,6 40,1 41,6 41,2 40,3 40,6 35 33,6

T11 ( 96 97 88 85 80 98 98 91 94 85 98 98 97 95 91 99 94 90 92 85 96 98 96 85 78

Tabel 4.1 (2) Data percobaan

3) Pengolahan Data P (bar)

Q (L/h)

m1 (kg/h)

0,25

100 150 200

262,8 319,2 373,2

Ms (kg) 0,02 0,14 0,68

ms (kg/h) 1,2 8,4 40,8

m2 (kg) 2,52 3,78 4,9

m2 (kg/h) 151,2 226,8 294

m3 (kg/h) 111,6 92,4 79,2

T7 (oC) 32,9 35,2 35,9

T11 (oC) 96 97 88

0,5

0,75

1

1,25

250 300 100 150 200 250 300 100 150 200 250 300 100 150 200 250 300 100 150 200 250 300

421,2 476,4 262,8 319,2 373,2 421,2 476,4 262,8 319,2 373,2 421,2 476,4 262,8 319,2 373,2 421,2 476,4 262,8 319,2 373,2 421,2 476,4

0,54 0,52 0,48 0,52 0,56 0,6 0,54 0,5 0,6 0,62 0,64 0,7 0,5 0,52 0,54 0,58 0,58 0,46 0,54 0,62 0,58 0,62

32,4 31,2 28,8 31,2 33,6 36 32,4 30 36 37,2 38,4 42 30 31,2 32,4 34,8 34,8 27,6 32,4 37,2 34,8 37,2

5,64 6,5 3,32 3,9 4,64 5,66 6,54 3,32 3,78 4,74 5,54 6,5 3,1 4,1 4,58 5,4 6,5 3,32 3,82 4,74 5,64 6,62

338,4 390 199,2 234 278,4 339,6 392,4 199,2 226,8 284,4 332,4 390 186 246 274,8 324 390 199,2 229,2 284,4 338,4 397,2

82,8 86,4 63,6 85,2 94,8 81,6 84 63,6 92,4 88,8 88,8 86,4 76,8 73,2 98,4 97,2 86,4 63,6 90 88,8 82,8 79,2

37,8 39,8 42,9 46,5 46,6 46,7 44,1 42,2 41,8 42,5 42,8 42,9 40,3 37,5 38,6 40,1 41,6 41,2 40,3 40,6 35 33,6

85 80 98 98 91 94 85 98 98 97 95 91 99 94 90 92 85 96 98 96 85 78

P (bar) 0,25

0,5

0,75

1

1,25

Cp (T11) KJ/kg K 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181 4,181

Hv (T11) 2669 2671 2656 2651,5 2643 2673 2673 2660,5 2666 2651,5 2673 2673 2671 2667,5 2660,5 2674,5 2666 2659 2662 2651,5 2669 2673 2669 2651,5 2639

HL (T11) 402,2 406,45 368,5 355,9 334,9 410,7 410,7 381,2 393,8 355,9 410,7 410,7 406,45 398 381,2 414,9 393,8 377 385,4 355,9 402,2 410,7 402,2 355,9 326,4

Hv (P) 2685,2 2685,2 2685,2 2685,2 2685,2 2693,4 2693,4 2693,4 2693,4 2693,4 2700,25 2700,25 2700,25 2700,25 2700,25 2706,3 2706,3 2706,3 2706,3 2706,3 2710,6 2710,6 2710,6 2710,6 2710,6

HL (P) 444,3 444,3 444,3 444,3 444,3 467,1 467,1 467,1 467,1 467,1 486,95 486,95 486,95 486,95 486,95 504,7 504,7 504,7 504,7 504,7 517,6 517,6 517,6 517,6 517,6

Qfeed (KJ/h) 322307,07 291721,17 262464,19 273196,64 279491,34 204424,33 261478,58 285357,14 268708,58 274296,18 205193,47 284039,65 286131,07 293457,74 292738,47 238034,89 241728,54 304750,75 312683,35 284785,19 204380,90 280611,99 287735,19 278127,54 271595,10

Qsteam (KJ/h) 2689,08 18823,56 91428,72 72605,16 69916,08 64117,44 69460,56 74803,68 80146,8 72132,12 66399 79678,8 82334,76 84990,72 92958,6 66048 68689,92 71331,84 76615,68 76615,68 60526,8 71053,2 81579,6 76316,4 81579,6

Efisiensi 11985,775 1549,7662 287,06974 376,27716 399,75259 318,82797 376,4418 381,47474 335,2705 380,26912 309,03096 356,48083 347,5216 345,2821 314,91273 360,39682 351,91268 427,22962 408,11927 371,70615 337,67009 394,93223 352,70483 364,44007 332,92036

P (bar) 0,25

A (m2) 1 1

Thi

Tho 105,95 105,95

delta T1 73,05 70,75

delta T2 9,95 8,95

delta Tm 31,65 29,89

105,95 105,95

1

105,95

105,95

70,05

17,95

38,26

1

105,95

105,95

68,15

20,95

40,01

1

105,95

105,95

66,15

25,95

42,96

1

111,4

111,4

68,5

13,4

33,77

1

111,4

111,4

64,9

13,4

32,64

1

111,4

111,4

64,8

20,4

38,42

1

111,4

111,4

64,7

17,4

36,02

1

111,4

111,4

67,3

26,4

43,71

1

115,75

115,75

73,55

17,75

39,25

1

115,75

115,75

73,95

17,75

39,38

1

115,75

115,75

73,25

18,75

39,99

1

115,75

115,75

72,95

20,75

41,52

1

115,75

115,75

72,85

24,75

44,55

1

120,2

120,2

79,9

21,2

44,24

1

120,2

120,2

82,7

26,2

49,15

1

120,2

120,2

81,6

30,2

51,71

1

120,2

120,2

80,1

28,2

49,71

1 1

120,2 123,3

120,2 123,3

78,6 82,1

35,2 27,3

54,03 49,77

0,5

0,75

1

1,25

U

SE

84,96 629,74 2389,4 6 1814,4 7 1627,4 7 1898,6 0 2127,7 8 1947,2 0 2225,2 9 1650,3 9 1691,6 0 2023,1 7 2058,6 5 2046,9 9 2086,4 0 1492,8 6 1397,4 6 1379,4 3 1541,1 0 1418,1 4 1216,1 2

93,00 11,00 1,94 2,56 2,77 2,21 2,73 2,82 2,27 2,59 2,12 2,57 2,39 2,31 2,06 2,56 2,35 3,04 2,79 2,48 2,30

1

123,3

123,3

83

25,3

48,57

1

123,3

123,3

82,7

27,3

49,98

1

123,3

123,3

88,3

38,3

59,86

1

123,3

123,3

89,7

45,3

64,99

4.2 Pembahasan

1) Rizky Sukmariyansyah (111411026) 2) Teguh Taufiqurohim (111411027) 3) Ugi Muhammad Apriyanto (111411028) 4) Wina Septianawati (111411029) 5) Wina Puspita Asih (111411030)

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan dari praktikum ini adalah sebagai berikut: 1) Aa 2) Aa 3) Aa 4) aa

1462,9 8 1632,0 8 1274,9 3 1255,2 3

2,78 2,39 2,38 2,13

5) Aa

DAFTAR PUSTAKA Tim penyusun jobsheet praktikum Pilot Plant. 2013. Falling Film Evaporator. Bandung: Jurusan Teknik Kimia, Polban