PERANCANGAN KONDENSOR
PERANCANGAN EVAPORATOR
DISUSUN OLEH :HudaeniJufrodiOfi SofiullahRuri WidayantoTiti
Munawati
Mata Kuliah: Perancangan Bejana & Alat Penukar PanasSemester
/ Kela: VI / B1_R2Dosen: Tiur Elysabeth, ST, MT
TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SERANG RAYA2014BAB
IPENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangPerkembangan industri yang pesat membuat laju
konsumsi energi semakin tinggi, sehingga cadangan energi yang
tersedia semakin menipis. Keterbatasan cadangan energi dan
semakinmeningkatnya kebutuhan energi tersebut mengakibatkan harga
energi semakin mahal. Berbagai usaha terus dilakukan untuk
melestarikan energi, antara lain adalah dengan meningkatkan
efisiensi penggunaan energi dan mencari sumber sumber energi
baru.Pemakaian energi adalah dengan memanfaatkan kembali (recovery)
energi yang selama ini dibiarkan terbuang pada suatu mesin konversi
energi. Mesin refrigerasi adalah salah satu konversi energi
dibutuhkan untuk menghasilkan efek pendinginan. Disisi lain panas
dibuang oleh sistem ke lingkungan untuk memenuhi prinsip prinsip
termodinamika agar mesin dapat berfungsi.Evaporator berfungsi untuk
mengevaporasikan atau menguapkan cairan refrigeran pada tekanan dan
temperatur rendah dan selama proses evaporasi refrigeran mengambil
atau menyerap kalor dari lingkungan sehingga terjadi pendinginan.
Kalor yang diserap dapat berupa kalor dari cairan atau udara dari
lingkungan yang diinginkan.1.2 TujuanMakalah dengan judul
PERANCANGAN EVAPORATOR ini dibuat dengan tujuan memberikan beberapa
informasi atau pengetahuan yang berkaitan dengan perancangan
kondensor yang berfungsi memekatkan larutan yang mengandung zat
yang sulit menguap (non-volatile solute) dan pelarut yang mudah
menguap (volatile solvent) dengan cara menguapkan sebagian
pelarutnya. Pelarut yang ditemui dalam sebagian besar sistem
larutan adalah air.
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
2.1 PengertianEvaporator adalah alat yang berfungsi untuk
mengevaporasikan atau menguapkan cairan refrigeran pada tekanan dan
temperatur rendah dan selama proses evaporasi refrigeran mengambil
atau menyerap kalor dari lingkungan sehingga terjadi pendinginan.
Kalor yang diserap dapat berupa kalor dari cairan atau udara dari
lingkungan yang diinginkan. Evaporasi berbeda dengan distilasi,
dalam hal uap yang dihasilkan biasanya merupakan komponen tunggal,
bahkan jika uapnya adalah multi komponen, tidak ada usaha untuk
memurnikan uapnya menjadi fraksi-fraksi komponen penyusunnya.
2.2 Prinsip Kerja EvaporatorPrinsip evaporator adalah penambahan
kalor atau panas untuk memekatkan suatu larutan yang terdiri dari
zat terlarut yang memiliki titik didih tinggi dan zat pelarut yang
memiliki titik didih lebih rendah sehingga dihasilkan larutan yang
lebih pekat serta memiliki konsentrasi yang tinggi.
2.3 Jenis jenis Evaporator 2.3.1 Horizontal Tube EvaporatorAlat
ini merupakan evaporator yang paling klasik dan sederhana.
Evaporator ini banyak digunakan untuk keperluan keperluan kecil
dengan teknologi sederhana.
Sifat sifat dari evaporator jenis ini adalah :1. Tidak
memberikan kondisi untuk terjadinya sirkulasi / aliran cairan,
sehingga koefisien transfer panas rendah yang menjadikan
perpindahan panas tidak efisien.2. Pengendapan kerak terjadi diluar
pipa, sehingga sulit untuk dibersihkan. Konstruksi alat harus
diusahakan sedemikian rupa sehingga bundel pipa bisa dikeluarkan
untuk dibersihkan.
2.3.2 Basket EvaporatorSifat sifat dari evaporator jenis ini
adalah : 1. Sirkulasi/aliran cairan 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 antara cairan yang berada diluar pipa dengan cairan
yang ada didalam pipa (p dalam-pipa < p irt-diluar-pipa).
Pengendapan kerak terjadi didalam pipa, sehingga Iebih mudah untuk
dibersihkan.2. Pengendapan kerak terjadi didalam pipa, sehingga
lebih mudah untuk dibersihkan.
2.3.3 Standard Vertical-Tube EvaporatorPada alat ini, cairan
mengalir dalam pipa sedangkan steam pemanas mengalirdalam 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. 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 Iebih mudah untuk dibersihkan.
2.3.4 Long Tube Vertical EvaporatorUntuk memperbesar kecepatan
sirkulasi cairab dengan harapan koefisien perpindahan panas makin
tinggi, pipa pipa trnsfer panas dibuat lebih panjang. Aliran
cairan, setelah masuk ruang uap untuk dipisahkan dengan uap yang
terbentuk, kembali kebawah melalui pipa diluar
evaporator.Keuntungannya adalah Koefisien transfer panas karena
sirkulasi alami (natural circulation) lebih besar, sehingga
transfer panas bisa lebih efisien.Kerugiannya adalah umlah cairan
yang menguap setiap passsangat besar (karena pipa panjajng)
sehingga konsentrasi lokal dimulut pipa konsentrasi padatan local).
Hal ini dapat menyebabkan kristalisas i/ pembentukan gel pada pipa,
sehingga bisa mengganggu sirkulasi aliran.
2.3.5 Vertical Tube Evaporator with Forced CirculationSirkulasi
cairan untuk memperbesar koefisien transfer panas dibantu dengan
pompa. Perpindahan panas terjadi karena konveksi paksa
(forcedconvection) sehingga koefisien transfer panas bisa lebih
tinggi. Disamping sirkulasi besar, maka penyumbatan 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-cairan dalam ruang uap menjadi Iebih
sulit, sehingga diperlukan baffle, yang Iebih balk dan ruang
pemisah yang Iebih besar dibagian atas..Hal-hal yang perlu
diperhatikan dalam perancangan evaporator antara lain: 1. Makin
cepat gerakan fluida dalam evaporator, makin besar nilai koefisien
transfer panas, sehingga kecepatan transfer panasnya juga semakin
tinggi.2. Kadar zat terlarut makin tinggi, biasanya viskositas
larutan semakin tinggi. Hal ini mengakibatkan koefisien transfer
massa menurun sehingga memperlambat transfer panas. Disamping itu,
jika kekentalan makin tinggi, kadar lokal padatan disuatu titik
dalam evaporator bisa terlalu tinggi sehingga dapat mengakibatkan
kerusakan padatan (jika padatan sensitif terhadap panas), atau
pemadatan lokal.3. Pada evaporator dengan konveksi alami
(naturalconvection) dimana gerak fluida diakibatkan oleh beda suhu,
maka koefisien transfer panas dipengaruhi oleh bedasuhu (_t).
Semakin besar _t , semakin tinggi nilal koefisien transfer panas4.
Gerakan yang balk dan fluida perlu dijaga. Gerakan fluida selain
akan meningkatkan transfer panas, juga dapat mencegah terjadinya
konsentrasi atau suhu lokal yang terlalu tmnggi, yang bisa
mengakibatkan kerusakan padatan atau pemadatan.5. Faktor-faktor
yang mendorong terjadinya endapan perlu dicegah. Untuk bahan yang
sensitif terhadap panas (mudah rusak pada suhu tinggm), maka suhu
evaporasi dimusahakan rendah dengan cara menurunkan tekanan
operasi.6. Disamping itu, waktu tinggal bahan dalam evaporator
dijaga jangan terlalu lama.7. Energi terbesar pada evaporator
adalah untuk penguapan (panas penguapannilainya sangat besar
dibandingkan dengan panas sensibelnya), sehingga usaha-usaha
penghematan panas perlu dilakukan. Salah satu caranya adalah dengan
memanfaatkan uap yang timbul sebagai pemanas evaporator.
BAB IIIPEMBAHASAN DAN PENYELESAIAN
Studi Kasus 5Sebanyak 15.000 kg/jam Gliserol 75% dipompakan ke
dalam sebuah evaporator untuk menguapkan air yang terkandung dalam
Gliserol sehingga dapat dihasilkan Gliserol dengan kemurnian 88%.
Pada evaporator digunakan steam 120 oC yang beroperasi pada tekanan
1 atm.Gliserol masuk ke dalam evaporator pada suhu 80 oC dan keluar
120 oC. Buatlah rancangan evaporator yang sesuai dengan kondisi
tersebut.
PEMBAHASAN !!!!
EVAPORATORNERACA MASSA F2F1 F3
F1 = 15000 kg/jamF1 gliserol = 75% x 15000 = 11250 kg/jamF1 air
= 25% x 15000 = 3750 kg/jamF3 gliserol = F1 gliserol = 11250
kg/jamF3 = F3 gliserol / 0,88 = 12784 kg/jamF3 air = 12% x 12784 =
1534 kg/jamF2 = F1 air F3 air = 2216 kg/jam% air yang teruapkan =
(F2/F1air) x 100% = 59%KomponenMasuk (kg/jam)Keluar (kg/jam)
F1F2F3
Gliserol11250-11250
Air375022161534
Total15000221612784
EVAPORATORNERACA PANAS Q2 Q3 Steam T = 140 oC = 413 K Q1 Q4Tin =
80oC = 353 KTout = 120 oC = 393 K
KondensatAsumsi Temperatur lingkungan = 25oC = 298 KCp Gliserol
= 0,576 kkal/kgK(Perry 1999)Cp H2O (l) = 1 kkal/kgK (Perry 1999)Cp
H2O (g) = 0,4512 kkal/kgK (Perry 1999)
# Neraca panas totalQmasuk = QkeluarQ1 + Qsteam = Q2 + Q3
# QmasukQ1 gliserol = F1 gliserol x Cp gliserol x T = 11250 x
0,576 x (353 298) = 356400 kkal/jamQ1 air = F1air x Cpair x T= 3750
x 1 x (353 298) = 206250 kkal/jamQ1 total = 562650 kkal/jam
# Q keluarQ3 gliserol = F3 gliserol x Cp gliserol x T = 11250 x
0,576 x (393 298) = 615600 kkal/jamQ3 air = F3 air x Cp air x T =
F3 air x ((Cp air (l) x (373-298) + Cp air (g) x (393-298) + HvL)=
1534 x (75 + 42,864 + 653,417) = 1183145,054 kkal/jamQ3 total =
1798745,054 kkal/jam
Q2 = F2 air x Cp air x T = F2 air x ((Cp air (l) x (373-298) +
Cp air (g) x (393-298) + HvL) = 2216 x (75 + 42,864 + 653,417) =
1709158,696 kkal/jam Q keluar = Q2 + Q3 = 3507903,75 kkal/jam
Q steam = Q keluar Qmasuk = 2945253,75 kkal/jam
Steam yang dibutuhkanQsteam = m steam x HvLm steam = Q steam /
HvL = 2945253,75 / 653,4178 = 4507,4587 kg/jam
# Densitas Gliserol ( ) = 1,21035 kg/L = 1210,35 kg/m3 = 75,56
lbm/ft3# Volume total umpan masuk (Vc) = F1/ = 12,3931 m3#
DAFTAR PUSTAKA
MSDS
n-Propanol,http://www.sasol.com/sites/default/files/datasheets/safety_data_sheet_26-02-2010_taiwan_english_2.pdf,
07 Jun. 14 10:14pmConstant pressure heat capacity n-Propanol,
http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C71238&Mask=2, 07 Jun.
14 10:15pmKern, Dq. Process Heat Transfer
