Falling film evaporator
-
Upload
iffa-mnisa -
Category
Documents
-
view
1.279 -
download
5
Transcript of Falling film evaporator
LABORATORIUM PILOT PLANT
SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2013/2014
MODUL : Falling Film Evaporator
PEMBIMBING : Rispiandi, MT
Oleh :
Kelompok : VI (enam)
Nama : 1. Iffa Ma’arifatunissa NIM.111411046
2. Imam Prasetya Utama NIM. 111411047
3. Muhamad Lazuardi H NIM.111411048
4. Mira Rahmi Fauziyyah NIM.111411049
5. Nadita Yuliandini NIM.111411050
Kelas : 3B
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2013
Praktikum : 22 Oktober 2013
Penyerahan : 29 Oktober 2013
(Laporan)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Tujua dari setiap proses evaporasi adalah menaikan konsentrasi atau kadar kepekatan
suatu larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dari zat pelarutnya yang
relatif lebih mudah menguap. Penguapan beberapa porsi pelarut tersebut akan memberikan
produ yang berupa larutan peat dan kental, sedangkan hasil kondensasi uap pelarutnya bisa
dibuang langsung sebagai limbah atu didaur ulang dan digunakan lagi sebagai pelarut. Hal-
hali ini yan gmembedakan proses penguapan dengan distilasi.
Falling Film Evaporator adalah metoda penguapan dengan cara menjatuhkan bahan
umpan membentuk lapisan tipis, sementara itu pemanas dikontakkan terhadap umpan lapis
tipis tersebut dalam suatu kolom FFE (kalandria). Pertimbangan dibuat lapisan tipis adalah :
a. Luas permukaan lebih luas, sehingga memudahkan prose penguapan
b. Penguapan yang terjadi berada di bawah titik didih ait atau pelarut lain sehingga
memerlukan alor lebih sedikit.
1.2 Tujuan Praktikum
a. Mengoperasikan peralatan Falling Film Evaporator pemanasan langsung
b. Memilih temperatur dan tekanan yang optimum untuk umpan tertentu
c. Menghitung koefisien perpindahan panas pada FFE / kalandria
d. Menerapkan koefisien penggunaan kukus (steam) sebagai sumber panas
e. Menjelaskan piranti pengendalian tekanan secara elektronis pada sistem control
BAB II
LANDASAN TEORI
Falling film Evaporator adalah salah satu jenis
alat untuk proses evaporasi yang diklasifikasikan dalam
kelas long tube vertical evaporator (LTVE) bersama-sama
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 efektivitas yang baik untuk :
a. Pengentalan larutan-larutan yang jernih
b. Pengentalan larutan berbusa
c. Pengentalan larutan-larutan yang korosif
d. Beban penguapan yang tinggi
e. Temperatur operasi yang rendah
Kinerja suatu evaporator ditentukan oleh beberapa factor lainnya
a. Konsumsi uap
b. Steam ekonomi
c. Kadar kepekata
d. Persentasi produk
Untuk tujuan teknik dan karakteristik evaporator yang perlu diperhatikan adalah :
a. Neraca massa dan energi
b. Koefisien perpindahan panas
c. Efisiensi
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 diluar 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 ) kemudia dipisahkan di separator. Metode FFE
sudah banyak digunakan pada industri :
a. Produksi pupuk organik
b. Proses desalinasi
c. Bubur kertas dan industri kertas
d. Bahan alami/larutan biologi
Pemekatan bahan-bahan yang sangat peka terhadap panas,mengharuskan waktu
kontak yang singkat sekali dengan permukaan panas. Hal ini dapat dicapai dengan
menggunakan evaporator film jatuhsekali lintas, dimana zat cair masuk dari atas, lalu
mengalir ke bawah didalam tabung panas itu dalam bentuk film, kemudian keluar dari
bawah. Tabung-tabungnya biasanya agak besar, diameternya antara 2 sampai 10in. Uap yang
keluar dari zat cair itu biasanya terbawa turun bersama zatcair, dan keluar dari bawah unit itu.
Evaporator ini bentuknya menyerupaisuatu penukar kalor jenis tabung, yang panjang,
vertikal, dan dilengkapidengan separator zat cair-uap di bawah, dan distributor (penyebar) zat
cairdi atas.Masalah utama dengan evaporator film-jatuh ini ialah dalammendistribusikan zat
cair itu secara seragam menjadi film di bagian dalamtabung. Hal ini dilakukan dengan
menggunakan seperangkat plat logamberlubang-lubang yang ditempatkan lebih tinggi di atas
plat tabung yangdipasang dengan teliti agar benar-benar horisontal.
Tabung-tabung itudiberi sisip pada ujungnya yang memungkinkan zat cair mengalir
denganteratur ke setiap tabung itu.Evaporator film-jatuh, tanpa sirkulasi dan dengan waktu
menetap yang sangat singkat dapat menangani produk-produk yang peka yangtidak dapat
ditangani dengan cara lain. Alat ini juga cocok sekali untukmemekatkan zat cair viskos.
Dengan adanya panas yang dimiliki oleh steam maka kalor yang tersedia di
lingkungan akan diterima oleh komponen zat dalam umpan yang salah satu diantaranya
adalah air dengan kandungan paling besar.
Kalor yang diterima oleh air akan berdampak pada meningkatnya energi kinetik yang
dimiliki molekul-molekul air. Pergerakan molekul air yang kian cepat mengakibatkan
molekul air saling menolak satu sama lain akibatnya fasa air akan berubah menjadi uap dan
akhirnya melepasan diri dari ikatan air lainnya dalam campuran.
Pada proses penguapan cairan yang berupa lapisan tipis maka peningkatan energi
kinetik akan jauh lebih cepat lagi karena pada lapisan tipis, panas yang diterima akan lebih
cepat menyebar dan akan mempercepat proses penguapan.
3.1 Alat dan Bahan
a. Peralatan skala pilot plant
pompa untuk mengalirkan fluida, evaporator, tangki kondensat, kondesor, sensor suhu
dan tekanan serta unit kontrol proses.
b. Air umpan berisi air keran diisikan hingga tangki
c. Ember plastik sebanyak 3 buah
d. Gelas plastic sebanyak 2 buah
e. Sarung tangan
f. Timbangan
g. Stopwatch
3.2 Langkah Kerja
Mengukur suhu steam dan suhu umpan pada setiap laju alir
Membuka aliran steam, aliran pendingin, dan udara tekan
Isi tangki umpan dengan air dan ditambahkan pewarna
BAB III
METODELOGI PERCOBAAN
Peralatan skala pilot plant Falling Film Evaporator yang terdiri atas tangki umpan,
pompa untuk mengalirkan fluida, evaporator, tangki kondensat, kondesor, sensor suhu
dan tekanan serta unit kontrol proses.
Air umpan berisi air keran diisikan hingga tangki umpan penuh ditambah pewarna
Ember plastik sebanyak 3 buah
Gelas plastic sebanyak 2 buah
Menimbang massa steam keluar
Menimbang massa destilat
Mengukur suhu steam dan suhu umpan pada setiap laju alir
Set tekanan dan variasikan laju alir
Membuka aliran steam, aliran pendingin, dan udara tekan
Isi tangki umpan dengan air dan ditambahkan pewarna
yang terdiri atas tangki umpan,
pompa untuk mengalirkan fluida, evaporator, tangki kondensat, kondesor, sensor suhu
umpan penuh ditambah pewarna
Mengukur suhu steam dan suhu umpan pada setiap laju alir
Membuka aliran steam, aliran pendingin, dan udara tekan
Isi tangki umpan dengan air dan ditambahkan pewarna
a. Kalibrasi Laju Alir
b. Prosedur Oprasi
Menimbang berat Ember Kosong dan atur bukaan pompa pada laju alir 100 L/jam
Menampung air yang keluar pada ember selama 1 menit
Menimbang kembali ember yang berisi air tersebut
Mengulangi langkah tersebut pada laju alir 150 L/jam, 200 L/jam, dan 250 L/jam
Alirkan Umpan dan kemudian alirkan
steam
Ulangi langkah tersebut pada
tekanan 0,75, 1, 1,25 dan 1,5
Ulangi langkah tersebut pada laju alir 150, 200, dan
250
Menimbang berat Ember Kosong dan atur bukaan pompa pada laju alir 100 L/jam
Menampung air yang keluar pada ember
Menimbang kembali ember yang berisi
Mengulangi langkah tersebut pada laju alir 150 L/jam, 200 L/jam, dan 250 L/jam
Atur tekanan pada 0,5 bar dan laju alir
pada 100 L/jam
Catat suhu pada Tmasuk) dan T
Timbang berat tampungan aliran
output dan kondensat
Catat suhu pada T7 (feed masuk) dan T11 (suhu
larutan pekat)
Tampung aliran output dan kondensat
BAB IV
PENGOLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Tabel 1. Data Pengamatan
Tekanan (Bar) Q (dm3/jam) m1 (kj/kg) m2 (kj/kg) m3 (kj/kg) T7 (oC) T11 (
oC) A (m2)
0,5
100 177,6 145,2 3,6 29,4 98 1 150 231,6 198 4,46 30,8 95 1 200 285,6 256,8 5,4 35,9 94 1 250 343,8 313,8 6,26 40,9 88 1
0,75
100 177,6 151,2 3,52 42,6 96 1 150 231,6 202,8 4,38 47 98 1 200 285,6 254,4 5,18 48,9 96 1 250 343,8 311,4 6,42 49,7 94 1
1
100 177,6 140,4 3,38 53,9 96 1 150 231,6 205,2 4,48 53,6 94 1 200 285,6 260,4 5,46 52,7 92 1 250 343,8 313,8 6,14 49,9 89 1
1,25
100 177,6 147,6 6,3 48,7 98 1 150 231,6 210 4,4 48,4 93 1 200 285,6 248,4 5,2 44,9 92 1 250 343,8 311,4 6,14 42,4 96 1
4.2 Perhitungan
Tabel 2. Hasil Perhitungan Effisiensi, U dan SE
Tekanan (Bar)
Q (dm3/jam) Th1 Th2 ∆T1 ∆T2 ∆Tm η U SE
0,5
100 111,349 111,349 81,949 13,349 37,80332 81,88713 1907,818 0,111 150 111,349 111,349 80,549 16,349 40,25838 96,61489 1857,825 0,133 200 111,349 111,349 75,449 17,349 39,52591 127,3103 1621,931 0,188 250 111,349 111,349 70,449 23,349 42,65011 122,7851 1565,752 0,209
0,75
100 116,04 116,04 73,44 20,04 41,11682 81,49525 1420,983 0,133 150 116,04 116,04 69,04 18,04 38,0003 92,98963 1677,296 0,152 200 116,04 116,04 67,14 20,04 38,95621 98,42025 1772,484 0,166 250 116,04 116,04 66,34 22,04 40,20204 109,1118 1783,616 0,198
1
100 120,21 120,21 66,31 24,21 41,78349 47,51158 1960,027 0,091 150 120,21 120,21 66,61 26,21 43,31447 84,79537 1341,821 0,170 200 120,21 120,21 67,51 28,21 45,03786 106,9661 1231,818 0,217 250 120,21 120,21 70,31 31,21 48,14231 106,3116 1371,887 0,205
1,25
100 123,974 123,974 75,274 25,974 46,3329 77,35281 1418,602 0,210 150 123,974 123,974 75,574 30,974 50,00201 112,3697 946,4446 0,204 200 123,974 123,974 79,074 31,974 52,0177 83,50686 1566,826 0,140 250 123,974 123,974 81,574 27,974 50,08245 128,098 1417,387 0,190
4.3 Kurva
Tabel 3. Laju Alir (debit), Effisiensi, Koefisien Pindah Panas (U), dan Steam Ekonomis
Tekanan (Bar)
Q (dm3/jam) η U SE
0,5
100 81,88713 1907,818 0,111111 150 96,61489 1857,825 0,132738 200 127,3103 1621,931 0,1875 250 122,7851 1565,752 0,208667
0,75
100 81,49525 1420,983 0,133333 150 92,98963 1677,296 0,152083 200 98,42025 1772,484 0,166026 250 109,1118 1783,616 0,198148
1
100 47,51158 1960,027 0,09086 150 84,79537 1341,821 0,169697 200 106,9661 1231,818 0,216667 250 106,3116 1371,887 0,204667
1,25
100 77,35281 1418,602 0,21 150 112,3697 946,4446 0,203704 200 83,50686 1566,826 0,139785 250 128,098 1417,387 0,189506
a. Kurva Kalibrasi Laju Alir
Tabel 4. Data Pengamatan Kurva Kalibrasi
Q (dm3/Jam) Run 1 (kg/min) Run 2 (kg/min) Rata –Rata Q (kg/jam) 100 2,96 2,96 2,96 177,6 150 3,86 3,86 3,86 231,6 200 4,76 4,76 4,76 285,6 250 5,66 5,8 5,73 343,8
Gambar 4. Kurva Kalibrasi Laju Alir
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 50 100 150 200 250 300
Laju
Ali
r M
assa
(K
g/j
am
)
Laju Alir (dm3/Jam)
b. Hubungan Kurva Effisiensi terhadap Laju alir (Debit)
Gambar 1. Hubungan Kurva Effisiensi terhadap Laju alir (Debit)
c. Hubungan Kurva Koefisien Pindah panas (U) terhadap Laju alir (Debit)
Gambar 2. Hubungan Kurva Koefisien Pindah panas (U)
terhadap Laju alir (Debit)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 50 100 150 200 250 300
Eff
isie
nsi
(%
)
Laju Alir (dm3/jam)
0,5 Bar
0,75 Bar
1 Bar
1,25 Bar
0
20
40
60
80
100
120
140
0 50 100 150 200 250 300
Ko
efis
ien
Pin
dah
Pa
nas
(U
)
Laju Alir (dm3/jam)
0,5 Bar
0,75 Bar
1 Bar
1,25 Bar
d. Hubungan Kurva Steam Ekonomis terhadap Laju alir (Debit)
Gambar 3. Hubungan Kurva Steam Ekonomis
terhadap Laju alir (Debit)
4.4 Pembahasan
Pada praktikum kali ini praktikan melakukan praktikun Falling Film Evaporator
(FFE). Evaporasi merupakan suatu proses yang sering digunakan oleh industri yang
berutujuan untuk menaikan konsentrasi atau kadar kepekatan suatu larutan yang terdiri dari
zat terlarut yang tak mudah menguap dari zat pelarutnya yang relatif lebih mudah menguap.
Perbedaan evaporasi dengan distilasi adalah rentang suhu titik dari campuran pada proses
distilasi lebih pendek dibandingkan dengan pada proses evaporasi. Selain itu, uap yang
dihasilkan biasanya adalah komponen tunggal dan dwalaupun 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.
Pada praktikum Falling Film Evaporator yang digunakan kolom jenis kalandria dan
shell and tub. Di dalam menara kolom FFE teradat tiga buah tube, yang berfungsi agar umpan
dapat turun secara gravitasi dan memperbesar luas permukaan kontak antara umpan dengan
steam. Pada kolom ini, dimana umpan akan membasahi tube dan membuat lapisan tipis
(film), dan steam akan dimasukan melalui bagian atas menara. Sehingga kontak terjadi antara
umpan dengan steam adalah co-current. Karena menara FFE di desain secara vertikal profil
alirannya yang dipilih adalah Co-Current, dikarenakan uap yang telah kontak dengan umpan
akan berubah fasa menjadi cair, sehingga destilat dari uap tersebut akan turun secara
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0 50 100 150 200 250 300
Ste
am E
kon
omis
Laju Alir (dm3/Jam)
0,5 Bar
0,75 Bar
1 Bar
1,25 Bar
gravitasi.
Apabila steam di alirakan secara Counter Current terhadap umpannya, ini akan
menyebabkan kondesat yang terbentuk dari steam yang telah berubah fasanya akan menahan
laju steam dari bawah yang mengakibatkan kontak steam dengan umpan tidak optimal.
Dalam percobaan Falling Film Evaporator ini dilakukan proses pemanasan langsung,
dengan menggunakan steam yang langsung kontak dengan umpannya. menurut praktikan,
kondisi optimum dari proses Falling Evaporator ini adalah ketika tekanan 0,75 bar dan laju
alir 150 dm3/jam, karena pada kondisi effisiensi proses ini mencapai 92%. Secara
keseluruhan proses falling film evaporator ini dapat dikatakan efektif karena effisiensi
prosesnya mencapai di atas 75%. Hal tersebut juga dapat dilihat pada gambar 1. mengenai
hubungan effisiensi terhadap laju alirnya
Steam ekonomis merupakan perbandingan antara destilat yang terbentuk dengan
steam yang digunakan untuk proses. Dari gambar 3 dijelaskan bahwa semakin laju alir dan
tekanan yang digunakan maka kemampuan uap untuk menguapkan sejumlah massa
pelarutnya akan semakin besar. Dari data pengamatan di atas pula praktikan dapat
mengetahui kondisi optimum dari proses ini adalah pada tekanan 1 bar dan laju alirnya ketika
200 lt/jam dimana kebutuhan steam ekonomisnya adalah 0,217.
Koefisien perpindahan panas (U) dapat menunjukan bahwa besarnya panas yang
digunakan untuk menguapkan pelarutnya. Dari data pengamatan dan gambar 2 dapat dilihat
bahwa cenderung fluktuatif pada setiap laju alir dan tekanan yang berbeda. Hal tersebut
dikarenakan temperature steam yang digunakan cenderung fluktuatif.
BAB V
SIMPULAN
5.1 Simpulan
1. Kondisi optimum:
Efisiensi terbesar = 128,098 pada P=1,25 bar dan q=250 dm3/jam
Koefisien perpindahan panas terbesar (U) = 1960 W/m2.K pada P= 1 bar dan
q=100 L/jam
SE terbesar = 0,217 pada tekanan = 1 bar dan 1 = 200 dm3/jam
2. Beberapa faktor yang mempengaruhi kedua variable diatas adalah:
Temperatur steam yang disesuaikan dengan karakteristik bahan yang akan
dievaporasi dalam hal untuk mencegah terbentuknya kerak pada kolom
evaporasi yang dapat menurunkan kualitas perpindahan panas dari steam ke
bahan.
Tekanan operasi yang mempengaruhi proses penguapan pelarut
Laju alir umpan dengan sifat fisik dan kimianya yang akan mempengaruhi
keefisienan dan keoptimalan proses
Luas permukaan kontak antara umpan dan media pemanas dengan waktu
kontaknya
Laju alir steam dan laju alir air pendingin
3. Koefisien perpindahan panas (U) cenderung fluktuatif pada setiap laju alir dan
tekanan yang berbeda. Hal tersebut dikarenakan temperature steam yang
digunakan cenderung fluktuatif.
DAFTAR PUSATAKA
Tim Pengajar Jurusan Teknik Kimia.1996. Panduan Praktikum Operasi Teknik Kimia
II.Bandung:Pusat pengembangan Pendidikan Politeknik
Geankoplis, Christi J. Transport Processes and Unit Operations : third edition. 1993, 1983,
1978. Prentice-Hall,Inc.
Reklaitis."Introduction to Material and Energy Balances"