Click here to load reader

Falling film evaporator

  • View
    1.252

  • Download
    4

Embed Size (px)

Text of Falling film evaporator

  • 1. LABORATORIUM PILOT PLANT SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2013/2014MODUL: Falling Film EvaporatorPEMBIMBING: Rispiandi, MTPraktikum : 22 Oktober 2013 Penyerahan : 29 Oktober 2013 (Laporan) Oleh : Kelompok: VI (enam)Nama: 1. Iffa MaarifatunissaNIM.1114110462. Imam Prasetya UtamaNIM. 1114110473. Muhamad Lazuardi HNIM.1114110484. Mira Rahmi FauziyyahNIM.1114110495. Nadita Yuliandini KelasNIM.111411050: 3BPROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2013

2. 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. Halhali 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 3. BAB II LANDASAN TEORIFalling 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 4. 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 yangtidakdapatditangani 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 5. 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. 6. BAB III METODELOGI PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan a. 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. b. Air umpan berisi air keran diisikan hingga tangki umpan penuh ditambah pewarna c. Ember plastik sebanyak 3 buah d. Gelas plastic sebanyak 2 buah e. Sarung tangan f. Timbangan g. Stopwatch 3.2 Langkah Kerja Isi tangki umpan dengan air dan ditambahkan pewarnaMembuka aliran steam, aliran pendingin, dan udara tekanSet tekanan dan variasikan laju alirMengukur suhu steam dan suhu umpan pada setiap laju alirMenimbang massa destilatMenimbang massa steam keluar 7. a. Kalibrasi Laju AlirMenimbang 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/jamb. Prosedur OprasiAlirkan Umpan dan kemudian alirkan steamUlangi langkah tersebut pada tekanan 0,75, 1, 1,25 dan 1,5Ulangi langkah tersebut pada laju alir 150, 200, dan 250Atur tekanan pada 0,5 bar dan laju alir pada 100 L/jamTimbang berat tampungan aliran output dan kondensatCatat suhu pada T7 (feed masuk) dan T11 (suhu larutan pekat)Tampung aliran output dan kondensat 8. BAB IV PENGOLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Tabel 1. Data Pengamatan Tekanan (Bar) Q (dm3/jam) 100 150 0,5 200 250 100 150 0,75 200 250 100 150 1 200 250 100 150 1,25 200 250m1 (kj/kg) 177,6 231,6 285,6 343,8 177,6 231,6 285,6 343,8 177,6 231,6 285,6 343,8 177,6 231,6 285,6 343,8m2 (kj/kg) 145,2 198 256,8 313,8 151,2 202,8 254,4 311,4 140,4 205,2 260,4 313,8 147,6 210 248,4 311,4m3 (kj/kg) 3,6 4,46 5,4 6,26 3,52 4,38 5,18 6,42 3,38 4,48 5,46 6,14 6,3 4,4 5,2 6,14T7 (oC) 29,4 30,8 35,9 40,9 42,6 47 48,9 49,7 53,9 53,6 52,7 49,9 48,7 48,4 44,9 42,4T11 (oC) 98 95 94 88 96 98 96 94 96 94 92 89 98 93 92 96A (m2) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9. 4.2 Perhitungan Tabel 2. Hasil Perhitungan Effisiensi, U dan SE Tekanan Q (dm3/jam) Th1 Th2 (Bar) 100 111,349 111,349 150 111,349 111,349 0,5 200 111,349 111,349 250 111,349 111,349 100 116,04 116,04 150 116,04 116,04 0,75 200 116,04 116,04 250 116,04 116,04 100 120,21 120,21 150 120,21 120,21 1 200 120,21 120,21 250 120,21 120,21 100 123,974 123,974 150 123,974 123,974 1,25 200 123,974 123,974 250 123,974 123,974T1T2TmUSE81,949 80,549 75,449 70,449 73,44 69,04 67,14 66,34 66,31 66,61 67,51 70,31 75,274 75,574 79,074 81,57413,349 16,349 17,349 23,349 20,04 18,04 20,04 22,04 24,21 26,21 28,21 31,21 25,974 30,974 31,974 27,97437,80332 40,25838 39,52591 42,65011 41,11682 38,0003 38,95621 40,20204 41,78349 43,31447 45,03786 48,14231 46,3329 50,00201 52,0177 50,0824581,88713 96,61489 127,3103 122,7851 81,49525 92,98963 98,42025 109,1118 47,51158 84,79537 106,9661 106,3116 77,35281 112,3697 83,50686 128,0981907,818 1857,825 1621,931 1565,752 1420,983 1677,296 1772,484 1783,616 1960,027 1341,821 1231,818 1371,887 1418,602 946,4446 1566,826 1417,3870,111 0,133 0,188 0,209 0,133 0,152 0,166 0,198 0,091 0,170 0,217 0,205 0,210 0,204 0,140 0,190 10. 4.3 Kurva Tabel 3. Laju Alir (debit), Effisiensi, Koefisien Pindah Panas (U), dan Steam Ekonomis Tekanan Q (dm3/jam) U SE (Bar) 100 81,88713 1907,818 0,111111 150 96,61489 1857,825 0,132738 0,5 200 127,3103 1621,931 0,1875 250 122,7851 1565,752 0,208667 100 81,49525 1420,983 0,133333 150 92,98963 1677,296 0,152083 0,75 200 98,42025 1772,484 0,166026 250 109,1118 1783,616 0,198148 100 47,51158 1960,027 0,09086 150 84,79537 1341,821 0,169697 1 200 106,9661 1231,818 0,216667 250 106,3116 1371,887 0,204667 100 77,35281 1418,602 0,21 150 112,3697 946,4446 0,203704 1,25 200 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) 100 2,96 2,96 150 3,86 3,86 200 4,76 4,76 250 5,66 5,8Rata Rata 2,96 3,86 4,76 5,73Laju Alir Massa (Kg/jam)400 350 300 250 200 150 100 50 0 050100150200250Laju Alir (dm3/Jam)Gambar 4. Kurva Kalibrasi Laju Alir300Q (kg/jam) 177,6 231,6 285,6 343,8 11. b. Hubungan Kurva Effisiensi terhadap Laju alir (Debit) 140 120 Effisiensi (%)100 800,5 Bar600,75 Bar401 Bar 1,25 Bar20 0 050100150200250300Laju Alir (dm3/jam)Gambar 1. Hubungan Kurva Effisiensi terhadap Laju alir (Debit) c. Hubungan Kurva Koefisien Pindah panas (U) terhadap Laju alir (Debit)Koefisien Pindah Panas (U)140 120 100 800,5 Bar600,75 Bar401 Bar 1,25 Bar20 0 050100150200250300Laju Alir (dm3/jam)Gambar 2. Hubungan Kurva Koefisien Pindah panas (U) terhadap Laju alir (Debit) 12. d. Hubungan Kurva Steam Ekonomis terhadap Laju alir (Debit) 0,250Steam Ekonomis0,200 0,1500,5 Bar 0,75 Bar0,1001 Bar 1,25 Bar0,050 0,000 050100150200250300Laju Alir (dm3/Jam)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 13. 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 150dm3/jam, karena pada kondisi effisiensi proses ini mencapai 92%. Secarakeseluruhan 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. 14. BAB V SIMPULAN 5.1Simpulan 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. 15. 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"