Nama : Mega Shinthia

Nim : 061330400322

Kelas : 5 KB

1. 4 kg/s suatu cairan yang mengandung 10% solid dialirkan pada 294 K ke efek pertama dari unit evaporator tiga efek. Cairan dengan kandungan 50% solid akan dikeluarkan dari efek ketiga yang beroperasi pada tekanan 13 kN/m2 (0.13 bar). Cairan mmpunyai panas jenis 4.18 kJ/kg K dan kenaikan titik didih diabaikan. Steam jenuh kering pada 205 kN/m2

dialirkan ke ruang pemanas efek pertama, dan kondensat dikeluarkan pada suhu steam didalam masing-masing efek. Ketiga efek mempunyai luas perpindahan panas yang sama. Harga koefisien perpindahan panas pada efek pertama, kedua, dan ketiga berturut-turut adalah 3.1, 2.0, dan 1.1 kW/m2.

A) Tentukan luas perpindahan panas dan laju steam yang dibutuhkan.

B) Seperti A) tapi sistim evaporator yang digunakan adalah feed backward ( feed masuk pada efek ketiga dan produk cairan pekat dikeluarkan pada efek pertama). Pda sistim harga koefisien perpindahan panas untuk efek pertama, kedua dan ketiga beturut-turut adalah 2.5, 2.0, dan 1.6 kW/m2K

Penyelesaian :

Sistim Feed Forward:

Step 1:

Suhu steam jenuh kering pada 205 kN/m2 adalah 394 K, dan pada tekanan 13 kN/m2 suhu didih air adalah 325 K. Sehingga beda suhu total ∑∆T=394-325=69 K.

Step 2:

Neraca bahan solid keseluruhan efek: F xF = L3x3 → 4(0.1)=L3 (0.5)→ L3=0.8 kg/s

Neraca bahan total kesluruhan efek: F = L3 + (V1+V2+V3)→ 4 = 0.8 + (V1+ V2 +V3)

V1+ V2 + V3 = 4 - 0.8 = 3.2 kg/s

Neraca bahan total efek 1: F = V1+L1 → L1=4 – V1

Neraca bahan total efek 2: L1 = V2 + L2 → L2 = L1 – V2

Karena tak ada kenaikan titik didih maka tak perlu trial V1, V2 dan V3 dalam rangka menentukan konsentrasi solid didalam tiap efek.

Step 3:

Trial beda suhu tiap efek:

∆T1= ∑∆T (1/U1)/(1/U1 + 1/U2 + 1/U3)=69 (1/3.1)/(1/3.1 + 1/2.0 + 1/1.1)=13 K

∆T2 = ∑∆T (1/U2)/(1/U1 + 1/U2 + 1/U3)=69 (1/2.)/(1/3.1 + 1/2.0 + 1/1.1)= 20 K

∆T3 = ∑∆T (1/U3)/(1/U1 + 1/U2 + 1/U3)=69 (1/1.1)/(1/3.1 + 1/2.0 + 1/1.1)= 36 K

Karena suhu umpan dingin maka ∆T1 ditrial lebih besar sedikit dari yang dihitung diatas. Maka dipilih harga berikut: ∆T1=18 K, ∆T2 = 17 K, ∆T3 = 34 K.

Suhu tiap efek: ∆T1=TS1 – T1→ 18 = 394 – T1 → T1 = 376 K, TS2 = T1 = 376 K

∆T2 = TS2 – T2 → 17 = 376 – T2 → T2 = 359 K, TS3 = T2 = 359 K

∆T3 = TS3 – T3 → 34 = 359 – T3 → T3 = 325 K, TS4 = T3 = 325 K

Step 4:

Panas Laten pengembunan uap air: TS1 = 394 K → λS1= 2200 kJ/kg

TS2 = 376 K → λS2 =2249 kJ/kg

TS3= 359 K → λS3 = 2293 kJ/kg

TS4= 325 K → Λs4= 2377 kJ/kg

Neraca panas tiap efek:

Efek 1: S λS1 = FCp(T1- TF)+V1 λS2 →2200 S = 4 (4.18)(376-294)+2249 V1 (1)

Efek 2: V1λS2+(F-V1)Cp(T1-T2)=V2λS3 →2249 V1+(4-V1)4.18(376-359)=2293 V2 (2)

Efek 3: V2λS3+(F-V1-V2)Cp(T2-T3)=V3λS4→

2293 V2+(4-V1-V2)4.18(359-325)=2377 V3 (3)

Sedangkan total penguapan V1+ V2 + V3 = 3.2 (4)

Dari ke empat persamaan ini diperoleh:

V1=0.991, V2=1.065, V3=1.144, dan S=1.635 kg/s

Neraca bahan efek 1:

Total: L1=4-V1=4-0.991=3.009

Solid: FxF=L1x1 → x1 = 4(0.1)/(3.009)=0.133

Neraca bahan efek 2:

Total: L2 =L1 – V2 = 3.099 – 1.065 = 2.034 kg/s

Solid: L1x1 = L2 x2 → x2 = 3.009(0.133)/2.034=0.205

Step 5:

Perhitungan luas perpindahan panas dari capacity equation

61.0 m2

59.2 m2

62.8 m2

Ketiga luas perpindahan panas ini hampir sama, sehingga beda suhu untuk masing-masing efek yang diasumsi semula sudah benar.

Luas perpindahan panas rata-rata: Am=(64.5+65.6+65.3)/3=65.13 m2

Kebutuhan steam= 1.635 kg/s

Steam economy= 3.2/1.635 = 2.0

A1=Sλ S 1

U1ΔT 1

=1 .635 x 22003 .1 x 18

=

A2=V 1 λ S 2

U2ΔT 2

=0 .991 x 22492 . 0 x 17

=

A3=V 2 λ S 3

U3ΔT 3

=1.085 x 22931. 1 x 34

=