EVAPORATOR

Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, yaitu untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Evaporator umumnya terdiri dari tiga bagian, yaitu penukar panas, bagian evaporasi (tempat di mana cairan mendidih lalu menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari cairan lalu dimasukkan ke dalam kondensor (untuk diembunkan/kondensasi) atau ke peralatan lainnya. Hasil dari evaporator (produk yang diinginkan) biasanya dapat berupa padatan atau larutan berkonsentrasi.

Larutan yang sudah dievaporasi bisa saja terdiri dari beberapa komponen volatil (mudah menguap). Evaporator biasanya digunakan dalam industri kimia dan industri makanan. Pada industri kimia, contohnya garam diperoleh dari air asin jenuh (merupakan contoh dari proses pemurnian) dalam evaporator. Evaporator mengubah air menjadi uap, menyisakan residu mineral di dalam evaporator. Uap dikondensasikan menjadi air yang sudah dihilangkan garamnya. Pada sistem pendinginan, efek pendinginan diperoleh dari penyerapan panas oleh cairan pendingin yang menguap dengan cepat (penguapan membutuhkan energi panas). Evaporator juga digunakan untuk memproduksi air minum, memisahkannya dari air laut atau zat kontaminasi lain.

Prinsip kerja short tube evaporator

Di dalam evaporator ini terdapat suatu kolam zat cair. Dimana umpan masuk akan bercampur dengan zat cair di dalam kolam, dan campuran itu lalu dialirkan melalui tube-tube evaporator

Zat cair yang tidak menguap dikeluarkan dari tube dan kembali ke kolam, sehingga hanya sebagian saja dari keseluruhan evaporasi yang berlangsung dalam satu lewatan.

Zat cair yang menguap akan mengisi daerah bagian atas evaporator dan dikeluarkan melalui pipa uap.

Sementara cairan pekat dari evaporator dikeluarkan dari kolam melalui pipa cairan dibagian bawah evaporator.

Evaporator

Evaporator adalah alat penukar panas yang digunakan untuk menguapkan cairan yang ada pada larutan sehingga diperoleh larutan yang lebih pekat (mother liquor) (Sitompul, 1993).

Prinsip-prinsip Evaporasi

         Penguapan atau evaporasi merupakan perubahan wujud zat dari cair menjadi uap

         Penguapan betujuan memisahkan pelarut (solvent) dari larutan sehingga menghsilkan larutan

yang lebih pekat

         Evaporasi merupakan proses pemisahan terroal, dipakani secara luas untukk merekatkan

cairan dalam bentuk larutan, suspensi maupun emulsi dengan cara menguapkan pelarutnya,

umumnya air dan cairan.

         Evaporasi menghasilkan cairan yang lebih pekat, tetapi masih berup cairan pekat yang dapat

dipompa sebagai hasil utama, reaksi kadang-kadang ada pula cairan volatile sebagai hasil

utama, misalnya selama pemulihan pelarut.

VAPORIZER

Vaporizer

Alat penukar panas ini digunakan untuk menguapkan suatu cairan sehingga fasenya berubah dari cair menjadi gas (Sitompul, 1993).

Salah satu alat yang termasuk Heat Exchanger adalah vaporizer. Secara umumvaporizer digunakan untuk menguapkan cairan. Uap yang dihasilkan digunakan untuk proses kimia, bukan sebagai sumber panas seperti halnya steam. Jenis-JenisVaporizer :

1. Vaporizer dengan sirkulasi paksa

Cairan diumpankan ke dalam vaporizer dengan menggunakan pompa.

Macam – macam vaporizer dengan sirkulasi paksa :

a) Vaporizer atau pompa melalui reboiler dengan titik didih isothermal

Dalam perhitungan tipe ini, biasanya banyak ditemui masalah penguapan yang sederhana pada suatu plant baik yang berhubungan dengan kolom destilasi maupun tidak. Jika cairan secara substansial murni atau campuran didih konstan, maka cairan itu akan mendidih secara isotermal. Hal ini biasanya berlaku untuk cairan hasil bawah dari kolom destilasi yang memisahkan campuran biner menjadi senyawa yang relatif murni. Jika periode kinerja vaporizer harus diukur dengan single overall

dirt factor, maka permukaan shell perlu dibagi menjadi dua zona, yaitu zona untuk pemanasan awal dan zona untuk penguapan. Cara ini banyak digunakan dalam kondensor-subcoolers .

b) Vaporizer atau pompa-melalui reboiler dengan rentang didihJika cairan yang menguap merupakan campuran dari sejumlah senyawa miscible, maka cairan tersebut tidak mendidih secara isotermal. Sehingga cairan tersebut memiliki temperatur didih awal (bubble point) dan temperatur didih akhir (titik embun) di mana bit terakhir cair diuapkan.

c) Pompa-melalui vaporizer atau reboiler dengan atau tanpa rentang titik didih.

d) Evaporator sirkulasi paksa atau water solution reboiler.

2. Vaporizer dengan sirkulasi alamiah

Cairan umpan dapat mengalir sendiri dalam vaporizer dengan bantuan gaya gravitasi.

Macam – macam vaporizer dengan sirkulasi alamiah

a) Kettle Reboiler

Gambar II-1 Tipe Kettle Reboiler

Kettle reboilers merupakan alat yang sederhana dan sangat bermanfaat. Prinsip kerja dari kettle reboiler ini yaitu cairan dari kolom minum (cairan pada bagian bawah menara) masuk ke dalam kettle melalui shell samping. Di dalam kettle, terjadi kontak antara cairan tersebut dengan steam sehingga terjadi pertukaran panas yang menyebabkan cairan tersebut menguap. Kemudian uap akan mengalir melalui tabung dan keluar sebagaibundel condensate. Pada Kettle reboiler ini terdapat dinding yang berfungsi untuk menahan overflow dan memisahkan tabung reboiler bundel dari bagian dimana sisa reboiled cair (minum produk) diambil, sehingga tabung bundel tidak terkena cairan.

b) Thermosyphon Reboiler

Gambar II-2 Tipe Thermosyphon Reboiler Horizontal

Pada prosesnya, Thermosyphon reboiler tidak memerlukan pemompaan dari kolom minum cairan ke dalam reboiler. Cairan masuk ke reboiler dengan menggunakan sirkulasi alami.

Thermosyphon reboilers lebih kompleks daripada kettle reboilers. Ada banyak jenis thermosyphon reboilers. Thermosyphon reboiler ini mungkin bisa vertikal ataupun horizontal.

Prinsip umum dari vaporizer cairan diumpankan ke dalam vaporizer kemudian dipanaskan dengan suatu media pemanas (umpan tidak kontak langsung dengan media pemanas). Biasanya tidak semua umpan dapat teruapkan dengan sempurna. Produk yang dihasilkan (uap dan cairan) dipisahkan dalam suatu tangki pemisah. Uap yang dihasilkan kemudian digunakan untuk proses selanjutnya, cairan yang tidak menguap di recycle kembali.

Proses pendinginan gas alam (NG) menjadi cair (LNG). Secara sederhana sama seperti lemari es (refrigerator) di rumah. Gas alam itu didinginkan sampai mencapai suhu kurang lebih minus 164 derajat celcius dan tekanannya di jaga sedikit diatas tekanan atmosfir (+/- 0,5 atm). Pada prinsipnya jika tekanan dan suhu LNG tersebut diturunkan maka LNG itu akan mencair. Ada beberapa methode pendinginan yang telah di patentkan antara lain “Cascade Refrigerant Cycle” oleh ConocoPhillps atau “Open Cycle Expander” oleh Mustang Engineering. Resiko yang terjadi tidak pada prosesnya tetapi operasinya, yaitu dapat terjadi kebakaran, meledak atau cryogenic fracture pada struktur bangunan. Sebaliknya jika LNG diuapkan untuk menjadi gas kembali, secara sederhana LNG tadi dipanasi dengan uap atau air laut yang mempunyai suhu lebih tinggi. Di Jepang, dalam proses regasifikasi, LNG dimanfaatkan untuk mendinginkan cold storage para nelayan di sekitar terminal, dengan menyalurkan sebagian LNG melalui pipa kecil pada container “cold storage”. Suhu LNG yang dingin diserap oleh cold storage, dan LNG menjadi panas dan bervaporasi. Bentuk simbiose yang baik, walaupun jumlah sedikit, perusahan gas dapat mengurangi kebuhan uap pemanas LNG, sedangkan para nelayan tidak perlu membeli mesin pendingin dan refrigerant untuk cold storage mereka.

Kondensor

Kondensor adalah peralatan yang berfungsi untuk mengubah uap menjadi

air. Prinsip kerja Kondensor proses perubahannya dilakukan dengan cara

mengalirkan uap ke dalam suatu ruangan yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap

mengalir di luar pipa-pipa (shell side) sedangkan air sebagai pendingin

mengalir di dalam pipa-pipa (tube side). Kondensor seperti ini disebut

kondensor tipe surface (permukaan). Kebutuhan air untuk pendingin di

kondensor sangat besar sehingga dalam perencanaan biasanya sudah

diperhitungkan. Air pendingin diambil dari sumber yang cukup

persediannya, yaitu dari danau, sungai atau laut. Posisi kondensor umumnya

terletak dibawah turbin sehingga memudahkan aliran  uap keluar turbin

untuk masuk kondensor karena gravitasi.

Laju perpindahan panas tergantung pada aliran air pendingin, kebersihan

pipa-pipa dan perbedaan temperatur antara uap dan air pendingin. Proses

perubahan uap menjadi air terjadi pada tekanan dan temperatur jenuh,

dalam hal ini kondensor berada pada kondisi vakum. Karena temperatur air

pendingin sama dengan temperatur udara luar, maka temperatur air

kondensatnya maksimum mendekati temperatur udara luar. Apabila laju

perpindahan panas terganggu, maka akan berpengaruh terhadap tekanan

dan temperatur.

Gb 1 Prinsip kerja kondensor

 

Konstruksi Kondensor

Aliran air pendingin ada dua macam, yaitu satu lintasan (single pass) atau

dua lintasan (double pass). Untuk mengeluarkan udara yang terjebak pada

water box (sisi air pendingin), dipasangventing pump atau priming pump.

Udara dan non condensable gas pada sisi uap dikeluarkan dari kondensor

dengan ejector atau pompa vakum.

Gb 2Kondensor tipe permukaan (surface condenser)

Gb 3 Konstruksi KondensorSelama ini anda mungkin belum mengetahui bagaimana cara kerja AC di rumah anda,

sehingga jika AC di rumah anda tidak dingin anda menjadi kebingungan mengapa hal

tersebut bisa terjadi. Pada umumnya saat AC menjadi tidak dingin anda mengira bahwa

mungkin freon AC sudah habis, akan tetapi apakah benar demikian? apakah tidak ada

sebab yang lainnya? oleh karena itulah mengetahui prinsip cara kerja AC menjadi hal yang

perlu anda ketahui.

 

Secara umum proses pendinginan pada sistem Air Conditioner (AC) terjadi karena adanya

perubahan bentuk zat pendingin (Refrigerant) dari bentuk cair, uap air dan gas. Hal ini bisa

terjadi karena sistem AC menggunakan beberapa komponen yang memungkinkan

terjadinya perubahan tekanan dan temperatur.

Secara detail prinsip kerja AC adalah sebagai berikut :

Proses pertama adalah kipas sentrifugal yang ada dalam evaporator menghisap

udara di dalam ruangan dan udara tersebut akan bersentuhan dengan pipa coil yang berisi

cairan refrigerant. Refrigerant kemudian akan menyerap panas udara sehingga udara

menjadi dingin yang menyebabkan refrigerant akan menguap. Refrigerant yang menguap

tersebut dikumpulkan dalam penampung uap.

Kemudian tekanan uap yang berasal dari evaporator disirkulasikan menuju

kondensor. Selama proses kompresi tersebut berlangsung, temperatur dan tekanan uap

refrigerant menjadi naik yang selanjutnya akan ditekan masuk ke dalam kondensor.

Tekanan refrigerant yang tinggi tersebut diturunkan menggunakan katup ekspansi

untuk mengatur laju aliran refrigerant yang masuk dalam evaporator. Saat udara keluar dari

condensor udara menjadi panas yang akan berubah menjadi uap. Uap refrigerant

memberikan panas kepada udara pendingin dalam condensor yang kemudian akan menjadi

embun pada pipa kapiler. Dalam mengeluarkan panas pada condensor, dibantu oleh kipas

propeller.

Kemudian agar sirkulasi udara dingin terus-menerus dalam ruangan, diperlukan

adanya thermostat untuk mengatur suhu dalam ruangan atau sesuai dengan keinginan. Hal

tersebut akan menyebabkan udara dalam ruang menjadi lebih dingin dibanding diluar

ruangan sebab udara di dalam ruangan dihisap oleh sentrifugal yang terdapat pada

evaporator kemudian terjadi udara bersentuhan dengan pipa/coill evaporator yang

didalamnya terdapat gas pendingin (freon). Pada saat ini terjadi adanya perpindahan panas

sehingga suhu udara dalam ruangan relatif dingin dari sebelumnya. Saat udara dalam

ruangan menjadi lebih dingin, sebaliknya suhu di luar ruangan lebih panas dibanding di

dalam ruangan, sebab udara yang di dalam ruangan yang dihisap oleh kipas sentrifugal dan

bersentuhan dengan evaporator, serta dibantu dengan komponen AC lainnya, kemudian

udara dalam ruangan dikeluarkan oleh kipas udara kondensor. Dalam hal ini udara di luar

ruangan dapat dihisap oleh kipas sentrifugal dan masuknya udara melalui kisi-kisi yang

terdapat pada AC.

Selanjutnya gas refrigerant bersuhu tinggi saat akhir kompresi di condensor dengan

mudah dicairkan dengan udara pendingin pada sistem air cooled atau uap refrigerant

menyerap panas udara pendingin dalam condensor sehingga mengembun dan menjadi

cairan di luar pipa evaporator. Karena air atau udara pendingin menyerap panas dari

refrigerant, maka air atau udara tersebut menjadi panas pada waktu keluar dari kondensor.

Uap refrigerant yang sudah menjadi cair ini, kemudian dialirkan ke dalam pipa evaporator

melalui katup ekspansi. Kejadian ini akan berulang kembali seperti di atas.

Berikut adalah bagian-bagian komponen AC :

 

Compressor AC

 

compressor ac

Compressor AC adalah power unit dari sistem AC. Ketika AC dijalankan, compressor AC mengubah fluida kerja/refrigent berupa gas dari yang bertekanan rendah menjadi gas yang bertekanan tinggi. Gas bertekanan tinggi kemudian diteruskan menuju kondensor.

Kondensor AC  

Kondensor adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengubah gas yang bertekanan tinggi berubah menjadi cairan

yang bertekanan tinggi yang kemudian akan dialirkan ke orifice tube. Kondensor merupakan bagian yang “panas” dari air conditioner. Kondensor bisa disebut heat exchange yang bisa memindahkan panas ke udara atau ke intermediate fluid (semacam air larutan yang mengandung ethylene glycol), untuk membawa panas ke orifice tube.

Jaket dan Coil Heat Exchanger09/10/2013

zapthegreat Process Design, Process Engineering Leave a comment

Berikut adalah rekaman tulisan saya di milis teknik kimia mengenai perbedaan

jaket dan coil sbg heat exchanger.

——————————————————————————————————

—————————————————————

Yg di bawah ini namanya jaket (bagian oranye). Energi pindah dari jaket ke

vessel spt gbr di bawah atau sebaliknya jika kita ganti steam di bawah dgn

cooling water atau chilled water.

    

Klo kita lihat gbr di atas, energi dari jaket akan menempuh jarak yg cukup jauh

(secara konveksi alami = natural convection) ke bagian tengah vessel.

Akibatnya, perpindahan kalornya akan relatif lebih lambat jika dibandingkan

misalnya dgn vessel lain yg diameternya relatif lebih kecil. Utk mempercepat

perpindahan kalornya, klo mmg ingin pake jaket, biasanya vessel tsb

dipasang pengaduk sehingga perpindahan energinya akan berlangsung

secara konveksi paksa (forced convection).

Klo yg di bawah ini namanya coil (bagian oranye).

Tergantung dr konfigurasi coilnya, hampir seluruh bagian dr vessel di atas

berada dlm jarak yg relatif lbh dekat dgn coil (drpd jika kita pake jaket spt gbr

sbllmnya). Akibatnya, perpindahan kalor dr coil ke vessel utk konveksi alami

(natural convection) relatif lbh cepat drpd klo dr jaket ke vessel.

Kriteria pemilihannya tentunya sesuai dgn keperluan kita. Klo kita pengen

perpindahan energi yg cepat (ingin mendinginkan/memanaskan sesuatu dgn

cepat) dgn konveksi alami, dan gak terlalu ambil pusing dgn susahnya

muter2in pipa spy bengkok spt coil di atas, maka coil adalah pilihan yg lbh

baik.

Klo gak mau repot2 bengkok2in pipa dan vessel kita punya pengaduk, dan

kita gak ada masalah dgn menambahkan energi utk menggerakkan pengaduk

tsb, maka jaket adalah pilihan yg cukup logis. Atau vessel kita berdiameter

relatif kecil (spt klo kita ingin memanaskan sesuatu yg berada di dllm pipa

misalnya), maka kita gak mungkin pasang coil. Maka jaket adalah pilihan yg jg

cukup logis.