Laporan Praktikum Hari, tanggal : Senin, 3 Maret 2014

Peralatan Industri Pertanian Dosen : Prof.Dr.Ir. Ono Suparno, M.T

Asisten :

1. Novi Kurniawan (F34100006)

2. Very Silalahi (F34100070)

3. Sapto Pujo Sejati (F34100102)

EVAPORATOR DAN HEAT EXCHANGER

Disusun Oleh :

M Ridho Agusra (F34120049)

Vairul Dwi Nopiasari (F34120061)

Wilda Wardaty (F34120064)

DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2014

PENDAHULUAN

Latar belakang

Tujuan

PEMBAHASAN

Evaporator

Evaporasi adalah peristiwa menguapnya pelarut dari campuran yang terdiri atas zat terlarut yang tidak mudah menguap dan pelarut yang mudah menguap. Dalam kebanyakan proses evaporasi, pelarutnya adalah air. Tujuan dari evaporasi adalah memekatkan konsentrasi larutan sehingga didapatkan larutan dengan konsentrasi yang lebih tinggi. Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari bentuk cair menjadi uap. Ada beberapa macam-macam dari evaporator, sesuai dengan tujuan penggunaannya dan bentuknya pun berbeda-beda. Hal tersebut disebabkan karena tergatung dari jumlah atau volume zat cair yang ingin diuapkan, bisa juga tergantung pada kepekatan zat cair tersebut. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar yaitu untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan.

Prinsip kerja peralatan evaporator adalah berdasarkan pada penurunan tekanan penyebab turunnya titik didih cairan. Pemekatan larutan didasarkan pada perbedaan titik didih yang sangat besar antara zat-zatnya. Titik didih cairan murni dipengaruhi oleh tekanan. Dijalankan pada suhu yang lebih rendah dari titik didih normal. Titik didih cairan yang mengandung zat tidak mudah menguap (misalnya: gula) akan tergantung tekanan dan kadar zat tersebut. Beda titik didih larutan dan titik didih cairan murni disebut kenaikan titik didih. Harus dipanaskan ke suhu yang lebih tinggi yang ada diefek awal. Kevakuman dalam evaporator ditentukan oleh efisiensi pompa yang mana hal itu tergantung pada derajat kondensi uap dalam kondensor (Foust 1980).

Pada kondensi akan berlangsung sesuai dengan banyaknya semprotan air yang didinginkan ke bagian puncak dari kondensornya. Panas yang dibutuhkan unutk penguapan cairan adalah  berasal dari steam. Steam tersebut mengalami pengembunan (dikondensikan) pada tabung dan bersamaan dengan itu memberikan panasnya untuk penguapa. Steam yang telah diambil panasnya itu disebut juga kondensat, kemudian dipindahkan dari dasar calandria dan ditarik melalui kondensor menuju pompa. Calandria adalah tabung dimana terjadi pergerakan bahan pangan.

Bahan cair yang akan diringkatkan konsentrasinya akan bersikulasi terus menerus pada alat dalam supaya untuk memperoleh perpindahan / Pergerakan yang maksimala dalam calandria. Sirkulasi yang cepat akan mengurangi resiko terjadinya pengendapan pada permukaan tabung dan dengan cepat membebaskan gelembung” uap dari bahan cair selama dalam perjalanan melaui evaporator.

Beberapa peralatan penguapan dapat langsung dipanasi dengan api. Api yang memanasi dinidng ketel dan secara konduksi akan memanasi bahan yang terletak di dalam alat penguap. Akan tetapi umumnya evaporator mempergunakan panas tidak langsung dalam penguapannya.

Umumnya medium yang membawa panas adalah uap yang diperoleh dari boiler atau dari suatu tahapan penguapan dalam alat penguapan. Perputaran bahan cair di dalam alat penguapan merupakan hal yang penting. Sebab perputaran dapat mempengaruhi laju pindah panas dan dengan perputaran bahan yang baik akan meningkatkan laju penguapan.

Destilator adalah pemisahan komponen larutan dengan menggunakan panas sebagai “separating agent” dari suatu campuran yang berupa larutan cair (Mampu-campur, mudah menguap, komponen dalam campuran mempunyai perbedaan tekanan uap, hasil dari pemisahan berupa komponen atau kelompok komponen). Didasarkan perbedaan tekanan uap akan terjadi pemisahan komponen-komponennya berdasarkan perbedaan titik didihnya da uap yang terbentuk diembunkan serta dipanaskan berulang-ulang, diperoleh komponen-komponen dalam keadaan yang relatif murni. Dalam proses evaporasi, uap yang dihasilkan biasanya adalah komponen tunggal dan walaupun uap tersebut masih berupa campuran, biasanya dalam proses evaporasi ini tidak ada usaha untuk memisahkannya menjadi fraksi-fraksi. Dalam destilasi, uap yang dihasilkan masih memiliki komponen yang lebih dari satu. Biasanya, dalam proses evaporasi, zat cair pekat yang dihasilkan adalah produk dari proses evaporasi dan uapnya dikondensasi untuk kemudian dibuang. Tetapi bisa pula sebaliknya, air yang mengandung mineral seringkali di-evaporasi untuk mendapatkan air yang bebas zat padat terlarut, misalnya untuk air umpan boiler, air proses atau untuk dikonsumsi manusia. Cara seperti ini disebut destilasi air (water distillation), tetapi dari segi teknik proses ini adalah evaporasi.

Dalam bagian ini akan dibahas jenis- jenis evaporator dan prinsip kerja berbagai evaporator serta beberapa kelebihan dan kekurangan masing-masing. Jenis yang pertama adalah horizontal tube evaporator. Alat ini merupakan evaporator yang paling klasik dan sederhana. Evaporator ini banyak digunakan untuk keperluan-keperluan kecil dengan teknologi sederhana. Jenis ini tidak memberikan kondisi untuk terjadinya sirkulasi/aliran cairan, sehingga koefisien transfer panas rendah yang menjadikan perpindahan panas tidak efisien. Kemudian pengendapan kerak terjadi diluar pipa, sehingga sulit untuk dibersihkan. Konstruksi alat harus diusahakan sedemikian rupa sehingga bundel pipa bisa dikeluarkan untuk dibersihkan.

Kedua, basket evaporator yaitu memiliki sirkulasi/aliran cairan yang bisa berjalan dengan baik sehingga koefisien transfer panas akibat konveksi alami (natural convection) besar, menjadikan transfer panas cukup efisien. Sirkulasi aliran terjadi secara alami (natural circulation) karena adanya beda rapat massa yang diakibatkan oleh adanya beda fasa antara cairan yang berada diluar pipa dengan cairan yang ada didalam pipa (ρdalam-pipa < ρirt-diluar-pipa). Pengendapan kerak terjadi didalam pipa, sehingga Iebih mudah untuk dibersihkan.

Jenis ketiga adalah standard vertical-tube evaporator. Pada alat ini, cairan mengalir dalam pipa sedangkan steam pemanas mengalir dalam shell. Cairan dalam tabung mendidih, uap yang timbul bergerak keatas dengan membawa cairan. Sirkulasi aliran dalam pipa terjadi karena beda rapat massa yang terjadi karena perbedaan fasa antara fluida dalam pipa (yaitu: campuran uap-cair) dengan yang diluar pipa (cair). Diatas pipa terdapat ruang uap yang berfungsi untuk memisahkan cairan dengan uap. Uap akan menuju lubang pengeluaran diatas, sedangkan cairan jatuh kebawah melewati saluran besar yang ada ditengah bejana, dan kembali bersirkulasi masuk pipa-pipa. Konveksi alami (natural convection) berjalan baik sehingga transfer panas Iebih efisien. Kerak dan endapan terbentuk didalam pipa, sehingga lebih mudah untuk dibersihkan. Adanya sirkulasi menyebabkan cairan berkali-kali kontak dengan permukaan pemanas. Hal ini kurang baik untuk bahan-bahan yang tidak tahan terhadap panas, misalnya: susu, juice dan berbagai dairy product.

Selanjutnya yang keempat long tube vertical evaporator untuk memperbesar kecepatan sirkulasi cairan dengan harapan koefisien perpindahan panas makin tinggi,

pipa-pipa transfer panas dibuat lebih panjang. Aliran cairan, setelah masuk ruang uap untuk dipisahkan dengan uap yang terbentuk, kembali kebawah melalui pipa diluar evaporator.Keuntungan dari evaporator jenis ini adalah koefisien transfer panas karena sirkulasi alami (natural circulation) lebih besar, sehingga transfer panas bisa lebih efisien.Sedangkan kerugiannya adalah jumlah cairan yang menguap setiap pasang sangat besar (karena pipa panjang) sehingga konsentrasi lokal dimulut pipa bagian atas akan sangat tinggi (ingat: cairan dalam evaporator tidak homogen, karena adanya perbedaan suhu dan konsentrasi padatan lokal) Hal ini dapat menyebabkan kristalisasi/pembentukan gel pada pipa, sehingga mengganggu sirkulasi aliran.

Jenis kelima adalah vertical tube evaporator with forced circulation. Sirkulasi cairan untuk memperbesar koefisien transfer panas dibantu dengan pompa. Perpindahan panas terjadi karena konveksi paksa (forcedconvection) sehingga koefisien transfer panas bisa lebih tinggi. Disamping itu, karena arus sirkulasi besar, maka penyumbatan-penyumbatan dalam pipa bisa diatasi oleh aliran oleh pompa. Pipa tidak terlalu panjang. Sirkulasi berjalan cepat sehingga larutan dalam evaporator lebih homogen. Adanya pompa yang menjadi satu dengan evaporator membuat alat ini lebih mahal (baik biaya pembelian maupun biaya operasinya). Karena aliran keluar pipa cepat, maka pemisahan uap-cairaan dalam ruang uap menjadi Iebih sulit, sehingga diperlukan baffle,yang Iebih balk dan ruang pemisah yang Iebih besar dibagian atas. Contoh lain dan forced circulation vertical tube evaporator yaitu bolling tube evaporator dan sub merged tube. Pada submerged tube type, seluruh pipa pemanas tercelup dalam cairan. Umpan masuk melalui saluran dalam bejana pemisah uap-cair kemudian mengalir kedalam pemanas dan bawah. Pada boifing tube type, tidak seluruh pipa pemanas tercelup oleh larutan. Larutan umpan langsung masuk kebagian bawah seksi pemanas (Hui 2006).

Di dalam proses penguapan bahan dapat digunakan satu buah ruang penguapan dan panas diberikan oleh satu luas permukaan pindah panas. Evaporasi efek-tunggal (single-effect evaporation) digunakan untuk menngkondensasikan dan membuang uap dari zat cair yang mendidih.Walaupun metode ini sederhana, namun proses ini tidak efektif Dalam penggunaan uap. Untuk menguapkan l lb air dari larutan, diperlukan 1 – 1.3 lb uap. Berbeda dengan proses penguapan bahan yang digunakan dalam dua, tiga, empat atau lebih dalam sekali proses, inilah yang disebut dengan evaporator efek majemuk. Penggunaan evaporator efek majemuk berprinsip pada penggunaan uap yang dihasilkan dari evaporator sebelumnya. Tujuan penggunaan evaporator efek majemuk adalah untuk menghemat panas secara keseluruhan, hingga akhirnya dapat mengurangi ongkos produksi.

Keuntungan evaporator efek majemuk adalah penghematan yaitu biaya operasi yang lebih murah dengan menggunakan uap yang dihasilkan dari alat penguapan untuk memberikan panas pada alat penguapan lain dan dengan memadatkan kembali uap tersebut. Apabila dibandingkan antara alat penguapann-efek, kebutuhan uap diperkirakan 1/n kali, dan permukaan pindah panas berukuran n-kali dari pada yang dibutuhkan untuk alat penguapan berefek tunggal, untuk pekerjaan yang sama. Sehingga steam dapat menguapkan lebih banyak air per kg uap. Selain itu, meningkatkan perpindahan panas, karena efek kekentalan produk/bahan dan dapat digunakan untuk produk yang tidak tahan panas tinggi. Evaporator efek majemuk juga memiliki kerugian diantaranya biaya investasi lebih tinggi (karena perlu membeli lebih banyak evaporator dan sistim pemvakumannya, pompa dan lain-lain) serta operasi dan pengendaliannya lebih sulit.

Peralatan membuat vakum digunakan pada operasi dengan tekanan dibawah 1 atm. Ada dua macam alat pembuat vakum yang dikenal secara umum, yaitu pompa vakum dan jet ejector. Pompa vakum memiliki biaya investasi lebih tinggi, tidak memerlukan motive fluid (misalnya: steam), tetapi memerlukan energi listrik. Jika harga energi listrik mahal maka sebaiknya digunakan jet ejector. Jet ejector pada prinsipnya belupa nozzle dengan rasio ukuran diameter tertentu. Berdasarkan motive fluid-nya, ada dua jenis jetejector, yaitu steam jet ejector (digunakan dalam sistim evaporasi bertingkat/multistage) dan water jet ejector (misalnya digunakan dalam vacuum flute,). Meskipun biaya investasi dan perawatan-nya rendah, tetapi konsumsi steam tinggi.

Untuk mengurangi beban alat pembuat vakum, jumlah uap yang masuk alat tersebut perlu dikurangi sebanyak- banyaknya dengan cara mengembunkannya dalam condenser. Ada 2 jenis condenser yang sering digunakan, yaitu mixing condenser dan surface condenser. Nama lain dan mixing condenser adalah barometric condenser. Pada alat ini, uap dan air pendingin dikontakkan langsung dengan sistim semburan air. Keuntungan mixing condensor adalah biaya investasi dan konsumsi air pendingin rendah (sekitar 28% Iebih rendah daripada suiface condenser). Kerugiannya adalah air dan embunan bercampur, sehingga jika terdapat kotoran terbawa dan evaporator (misalnya entrainment), maka kotoran ini akan terbawa ke cooling tower dan mengakibatkan kontaminasi. Surface condenser merupakan condenser konvensional berupa selongsong yang didalamnya terdapat pipa-pipa (shell and tubes). Keuntungannya embunan dan air pendingin terpisah. Kerugiannya biaya investasi besar dan kebutuhan air pendingin lebih banyak. Pemasangan sistim vakum sendiri memiliki perbedaan yaitu water jet ejector menjadi satu dengan barometric condensor sedangkan steam jet ejector tidak menjadi satu dengan barometric condensor (Foust 1980).

Evaporator merupakan salah satu alat yang biasa digunakan dalam industri – industri di berbagai sektor. Salah satu industri yang menggunakan evaporator dalam prosesnya adalah dalam industri gula. Dalam pembuatan gula putih, terjadi beberapa tahapan pengolahan, yaitu pemerahan nira, pemurnian, penguapan, kristalisasi, pemisahan kristal, dan pengeringan. Evaporator sendiri berguna dalam tahap penguapan (Hill 2004).

Untuk menghilangkan kadar uap air yang terdapat di dalam nira dilakukanlah proses penguapan atau evaporasi. Di pabrik gula, penguapan dilakukan dengan menggunakan beberapa evaporator dengan sistem multiple effect yang disusun secara dapat ditukar agar dapat dibersihkan bergantian.

Digunakan evaporator efek-ganda agar proses evaporasi berjalan lebih efektif dan efisien. Evaporasi dimulai dengan memasukkan nira yang akan di evaporasi ke dalam evaporator pertama. Nira ini akan dievaporasi sehingga terbentuk nira yang lebih pekat, serta uap dan kondensat. Uap hasil penguapan tadi digunakan lagi dalam evaporator kedua, dan umpan yang dimasukkan adalah nira yang lebih pekat tadi. Dan berlanjut terus untuk evaporator ketiga dan seterusnya, hingga didapat nira kental yang berwarna gelap dengan kepekatan kurang lebih 60 brik. Sedangkan uap yang dihasilkan dibuang ke kondensor sentral dengan perantara pompa vakum. Pembuatan nira dilakuakan dengan menggunakan beberapa evaporator jenis tabung dengan pemanasan uap yang disusun sedemikian rupa hingga bekerja dengan baik.

Heat Exchanger

PENUTUP

Simpulan

Saran

DAFTAR PUSTAKA

Foust. 1980. Evaporator. New York: Vestal Press

Hill M. 2004. Concise Encyclopedia of Chemistry. New York: McGraw-Hill.

Hui YH. 2006. Handbook of Food Science, Technology, and Engineering, Volume 3.

Boca Raton: Taylor & Francis Group.