43
LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN EVAPORATOR TIPE BATCH UNTUK MEMEKATKAN LARUTAN ZAT WARNA UMPAN SPRAY DRYER Disusun Oleh: ARIF LUKMAN I 8307001 MOCHAMAD SIDIQ I 8307025 PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010 i

LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

LAPORAN TUGAS AKHIR

PEMBUATAN EVAPORATOR TIPE BATCH UNTUK MEMEKATKAN

LARUTAN ZAT WARNA UMPAN SPRAY DRYER

Disusun Oleh:

ARIF LUKMAN I 8307001

MOCHAMAD SIDIQ I 8307025

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2010

i

Page 2: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur kehadirat Alloh SWT. Yang telah melimpahkan

rahmat dan anugerahNya sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan tugas

akhir ini. Laporan ini merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan Program

Studi Diploma Tiga Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan data-data yang diambil

sebagai hasil percobaan.

Penyusun menyampaikan terima kasih kepada berbagai pihak yang

telah menbantu sehingga dapat menyelesaikan laporan ini :

1. Ibu Dwi Ardiana Setyawardani, S.T.,M.T., selaku Ketua Program Diploma

III Teknik Kimia UNS

2. Ibu Enny Kriswiyanti A.,ST.,MT., selaku dosen pembimbing laporan

tugas akhir.

3. Bapak dan ibu yang telah memberikan dorongan kepada kami.

4. Semua pihak yang telah membantu atas tersusunnya laporan tugas akhir

ini.

Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini terdapat

kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu, penyusun mengharapkan adanya

kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan laporan ini.

Akhir kata penyusun mengharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi

rekan-rekan dan pembaca yang memerlukan.

Surakarta, Mei 2010

Penyusun

iv

iii

Page 3: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

DAFTAR ISI

Halaman judul ......................................................................................................... i

Lembar Pengesahan ................................................................................................ ii

Lembar Konsultasi ................................................................................................. iii

Kata Pengantar ....................................................................................................... iv

Daftar isi.................................................................................................................. v

Daftar Gambar....................................................................................................... vii

Daftar simbol........................................................................................................ viii

Intisari .................................................................................................................... ix

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang..................................................................................... 1

B. Perumusan Masalah............................................................................ 1

C. Tujuan.................................................................................................. 1

D. Manfaat ............................................................................................... 2

BAB II LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka .................................................................................... 3

B. Kerangka Pemikiran………………………………………………….21

BAB III METODOLOGI

A. Alat dan Bahan..................................................................................... 22

B. Gambar rangkaian Alat ........................................................................ 24

C. Lokasi ................................................................................................... 25

D. Cara Kerja ............................................................................................ 25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Desain Alat........................................................................................... 27

B. Data Percobaan.................................................................................... 30

C. Hasil Perhitungan ................................................................................ 31

. D. Pembahasan......................................................................................... 32

v

Page 4: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. kesimpulan ........................................................................................... 34

. B. Saran.................................................................................................... 34

Daftar Pustaka...................................................................................................... x

Lampiran

vi

Page 5: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 Kurva Aliran cocurent .................................................................. 5

Gambar II.2 Kurva Aliran counter curent ........................................................ 5

Gambar II.3 Batch Pan Evaporator.................................................................... 7

Gambar II.4 Evaporator Tabung Horizon tal .................................................... 8

Gambar II.5 Evaporator Falling Film ................................................................ 9

Gambar II.6 Evaporator Rising Film................................................................. 10

Gambar II.7 Evaporator Sirkulasi Paksa ........................................................... 12

Gambar II.8 Evaporator Film Aduk .................................................................. 13

Gambar II.9 Fire Tube Boiler............................................................................ 15

Gambar II.10 Water Tube Boiler ......................................................................... 16

Gambar III.1 Rangkaian Alat Evaporator Secara Batch..................................... 24

Gambar IV.1 Rangkaian Alat Evaporator Secara Batch..................................... 27

Gambar IV.2 Tangki Evaporator......................................................................... 28

Gambar IV.3 Tangki Boiler ................................................................................ 29

vii

Page 6: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

DAFTAR SIMBOL

Qk = laju perpindahan panas konduksi (Btu/h)

= Gradien suhu (°F/ft)

k = Koefisien perpindahan panas konduksi (Btu/h. ft2.°F)

Qc = Laju perpindahan panas konveksi (Btu/h)

A = Luas permukaan (ft2)

∆T = Perbedaan suhu permukaan dengan fluida °F

hc = Koefisien perpindahan panas konveksi (Btu/h.ft2.°F)

Qr = Laju perpindahan panas radiasi (W)

ε =Emisivitas benda, 0< ε ≤1

δ =Tetapan boltzman

5,67 x 10-8 (W/m2.K4)

W1 =Laju aliran massa fluida panas, kg/jam

W2 =Laju aliran massa fluida dingin, kg/jam

Cp1 =Kalor spesifik fluida panas, kal/kg °C

Cp2 =Kalor spesifik fluida dingin, kal/kg °C

T1,T2 =Suhu fluida panas saat masuk dan keluar, °C

t1,t2 =Suhu fluida dingin saat masuk dan keluar, °C

Q =Laju perpindahan panas, kal/jam

U =Koefisien perpindahan panas overall, kal/m2.jam.°C

∆TLMTD=Logaritmic mean temperature difference, °C

viii

Page 7: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

ABSTRACT

ARIF LUKMAN, MOCHAMAD SIDIQ, 2010, FINAL REPORT ”MAKING OF EVAPORATOR BATCH TYPE TO CONCENTRATING DYE SOLUTION SPRAY DRYER FEED” DIPLOMA III STUDY PROGRAM CHEMICAL ENGINEERING, FACULTY OF ENGINEERING, SEBELAS MARET UNIVERSITY OF SURAKARTA.

Making of dye powder with Spray Dryer need 60% concentration feed. While

the result from boiling was obtained 30% dye concentration, so it requires a concentrated tool from first concentration 30% to 60% for spray dryer feed.

The aim of this final report to make a concentrated tool (evaporator) that used to concentrate of dye feed spray dryer from concentration 30% to 60%. Evaporator which manufactured is evaporator batch type with hot air heaters. Evaporator consists of the tank and copper coil. Evaporator tank is made of stainless steel plate which has a diameter of 16 cm, 60 cm high and has a total volume of 9.8502 L.

From the test tool results on the first design of evaporator using a hot air as the heater with blower assistance can not afford to heat the evaporator, so also with the aid of a compressor. Therefore used boiler as a steam producer for heater evaporator. Boiler has a length of 80 cm, width 50 cm and equipped with copper coils for continued heating.

Boiler is be able to heating evaporator continuously with temperatures 93° C and produce teak leaf dye extract as much as 4 L with a concentration of 60% from 8 L of the extract of 30% during 6 hours. The operation of evaporator uses a batch system produce heat efficiency of 4,17%.

xi

Page 8: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

INTISARI

ARIF LUKMAN, MOCHAMAD SIDIQ, 2010, LAPORAN TUGAS AKHIR ”PEMBUATAN EVAPORATOR TIPE BATCH UNTUK MEMEKATKAN LARUTAN ZAT WARNA UMPAN SPRAY DRYER” PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA, FAKULTAS TEKNIK, UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA.

Pembuatan zat warna serbuk dengan spray dryer memerlukan umpan dengan

konsentrasi 60%. Sedangkan dari hasil perebusan diperoleh konsentrasi zat warna 30%. Sehingga diperlukan sebuah alat pemekat dari konsentrasi awal 30% menjadi 60% untuk umpan spray dryer.

Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat (evaporator) yang berfungsi sebagai pemekat umpan zat warna spray dryer dari konsentrasi 30% menjadi 60%. Evaporator yang dibuat adalah evaporator tipe batch dengan pemanas udara panas. Evaporator terdiri dari dari tangki dan koil tembaga.Tangki evaporator terbuat dari plat stainless steel yang memiliki diameter 16 cm, tinggi 60 cm dan memiliki volume total 9,8502 L.

Dari hasil uji alat pada awal perancangan evaporator menggunakan udara panas sebagai pemanasnya dengan bantuan blower tidak mampu untuk memanaskan evaporator. Begitu juga dengan bantuan kompresor. Oleh karena itu digunakan boiler sebagai penghasil steam untuk pemanas evaporator. Boiler memiliki panjang 80 cm , lebar 50 cm dan dilengkapi koil tembaga untuk pemanasan lanjut. Boiler mampu memanaskan evaporator secara kontinyu dengan suhu 93°C dan menghasilkan ekstrak zat warna daun jati sebanyak 4 L dengan konsentrasi 60% dari 8 L ekstrak 30% selama 6 jam. Pengoperasian evaporator ini menggunakan sistem batch menghasilkan efisiensi 4,17%

Page 9: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Pembuatan zat warna serbuk dengan spray dryer memerlukan umpan

larutan zat warna dengan konsentrasi 60%. Dari hasil perebusan biasa hanya

diperoleh konsentrasi zat warna sebesar 30%. Untuk itu diperlukan sebuah alat

pemekat atau evaporator untuk memekatkan larutan zat warna umpan dari

konsentrasi mula-mula sebesar 30% menjadi 60% padatan.

Evaporator berfungsi sebagai alat pendukung spray dryer . Larutan pekat

hasil evaporator akan digunakan sebagai umpan spray dryer untuk dikeringkan

menjadi zat warna serbuk.

B. PERUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan, maka permasalahan

dapat dirumuskan sebagai berikut :

1. Bagaimana perancangan dan pembuatan alat pemekat zat warna

(evaporator) tipe batch?

2. Bagaimana unjuk kerja evaporator yang diperoleh?

C. TUJUAN

Tujuan tugas akhir ini adalah:

1

Page 10: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

1. Merancang dan membuat alat pemekat zat warna (evaporator) tipe batch.

2. Mengetahui unjuk kerja evaporator yang diperoleh.

D. MANFAAT

1. Bagi mahasiswa

a. Dapat mengaplikasikan ilmu yang telah diperoleh selama kuliah

dalam kehidupan sehari – hari.

b. Meningkatkan kreativitas dalam pengembangan teknologi.

2. Bagi masyarakat

Diharapkan alat ini dapat bermanfaat bagi masyarakat sebagai alat

pengental alternatif.

2

Page 11: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

BAB II

LANDASAN TEORI

A. TINJAUAN PUSTAKA

Tujuan evaporasi adalah untuk memekatkan larutan yang terdiri dari zat

terlarut yang tak mudah menguap dan pelarut yang mudah menguap. Dalam

kebanyakan proses evaporasi, pelarutnya adalah air. Evaporasi dilakukan dengan

menguapkan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan zat cair pekat yang

konsentrasinya lebih tinggi. Evaporasi tidak sama dengan pengeringan, dalam

evaporasi sisa penguapan adalah zat cair yang sangat kental dan bukan zat padat.

Evaporasi berbeda pula dengan distilasi, karena uapnya biasanya komponen

tunggal. Walaupun uap itu merupakan campuran, tidak ada usaha untuk memisah-

kannya menjadi fraksi-fraksi. Evaporasi berbeda dengan kristalisasi, karena

evaporasi digunakan untuk memekatkan larutan dan bukan untuk pembuatan zat

padat atau kristal (Mc Cabe, 1985).

Perpindahan panas dapat berlangsung berdasarkan tiga macam dasar

sebagai berikut:

a. Perpindahan panas secara konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari

daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah dalam

suatu medium atau perantara yang diam. Laju perpindahan panas secara

konduksi dihitung dengan persamaan:

Qk= -k.A. ...... (1)

3

Page 12: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

b. Konveksi adalah proses dimana panas mengalir dibawa zat alir (fluida) dari

satu permukaan yang suhunya tinggi ke tempat yang suhunya lebih rendah

dengan medium atau perantara yang bergerak.

Laju perpindahan panas secara konveksi dihitung dengan persamaan:

Qc= hc.A.(Thot-Tcold) ......... (2)

c. Radiasi adalah proses dimana perpindahan panas dari sumber panas menuju

suatu benda secara pancaran melalui gelombang elektromagnetik tertentu

tanpa memerlukan media penghantar.

Laju perpindahan panas secara konveksi dihitung dengan persamaan:

Qr=Ɛ.δ.A.(Thot4-Tcold

4) .......... (3)

Neraca panas pada alat penukar adalah panas yang dilepaskan oleh fluida

panas sama dengan panas yang diterima oleh fluida dingin

Qpanas=Qdingin .......... (4) W1.Cp1.(T1-T2)panas= W2.Cp2.(t1-t2)dingin .......... (5)

Faktor yang mempengaruhi perpindahan panas dapat dilihat dari rumus

dibawah :

Q=A.U.∆TLMTD .......... (6)

4

Page 13: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

Gambar II. 1 Kurva Aliran Cocurrent

∆TLMTD untuk aliran cocurrent

∆TLMTD= (Th1-Tc1)-(Th2-Tc2) ln (Th1-Tc1)

(Th2-Tc2)

Gambar II. 2 Kurva Aliran Countercurrent

∆TLMTD untuk aliran countercurrent ∆TLMTD= (Th1-Tc2)-(Th2-Tc1)

ln (Th1-Tc2) (Th2-Tc1) .......... (7)

(Kern, 1983). Jenis-jenis evaporator dengan pemasukan uap yang banyak digunakan

adalah:

5

Page 14: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

1. Batch Pan Evaporator

Evaporasi, batch pan (figure 1) adalah salah satu metode tertua

dalam pemekatan. Hal ini telah ketinggalan jaman dengan teknologi

sekarang ini, namun masih digunakan dalam beberapa aplikasi yang

terbatas, seperti pemekatan nira dalam pembuatan gula merah dan dalam

pengolahan beberapa produk farmasi. Sampai awal 1960-an, batch pan

juga digunakan secara luas dalam pmekatan sirup jagung. Dengan batch

pan evaporator, waktu tinggal produk biasanya adalah berjam-jam. Oleh

karena itu, yang penting adalah untuk mendidihkan pada temperatur

rendah dan tekanan vakum ketika produk sensitif terhadap panas atau

thermodegradable.

Pemanasan batch pan biasanya menggunakan jaket pemanas atau

menggunakan koil pemanas atau juga dipanaskan secara langsung dengan

api dibawah pan. Luas perpindahan panas biasanya sangat kecil karena

berbentuk bejana, dan koefisien perpindahan panas cenderung rendah

karena konveksi natural. Luas permukaan rendah dengan koefisien

perpindahan panas yang rendah umumnya membatasi kapasitas penguapan

dari sistem tersebut. Perpindahan panas dapat ditingkatkan dengan

pengadukan di dalam bejana. Dalam banyak kasus, perbedaan suhu yang

besar tidak dapat digunakan karena kekhawatiran akan timbulnya fouling

pada permukaan perpindahan panas. Kapasitas penguapan relatif rendah,

karena itu, penggunaannya terbatas.

6

Page 15: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

Gambar II. 3 Batch Pan Evaporator

(www.2ndteknik-kimia2003.blogspot.com)

2. Evaporator tabung horizontal

Larutan yang akan dievaporasikan berada di luar tabung horizontal

dan uap mengalir di dalam tabung horizontal. Tabung horizontal diliputi

dan dikelilingi oleh sirkulasi yang alami dari cairan yang mendidih

sehingga meminimumkan pengadukan cairan. Sebagai hasilnya maka pada

evaporator jenis ini dijumpai koefisien perpindahan panas keseluruhan

yang lebih rendah berbanding pada evaporator jenis lain. Hal ini

bermanfaat khususnya untuk mengevaporasikan larutan yang viskos.

Koefisien keseluruhan yang berada antara 200-400 Btu/jam.ft2.°F

(1100-2300 W/m2K) akan didapatkan, yang tergantung pada perbedaan

suhu keseluruhan, suhu didih, dan sifat larutan yang dievaporasikan.

Evaporator tabung horizontal biasanya digunakan untuk kapasitas yang

kecil dan untuk mengevaporasikan larutan yang encer dan larutan ini tidak

berbusa dan tidak meninggalkan deposit padatan pada tabung evaporator.

7

Page 16: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

Gambar II. 3 Evaporator Tabung Horizontal

3. Evaporator vertikal tabung panjang:

a. Evaporator falling film

Evaporator yang digunakan untuk memekatkan bahan-

bahan yang sangat peka terhadap panas, seperti air jeruk, dan yang

mengharuskan waktu kontak yang singkat sekali dengan

permukaan panas. Pada evaporator falling film, zat cair masuk dari

atas, lalu mengalir ke bawah di dalam tabung panas itu dalam

bentuk film, kemudian keluar dari bawah.

Tabung-tabungnya biasanya agak besar, berdiameter 2

hingga 10 inci. Uap yang keluar dari zat cair itu biasanya terbawa

turun bersama zat cair, dan keluar dari bagian bawah unit itu.

Evaporator ini bentuknya menyerupai sebuah penukar panas jenis

tabung, yang panjang, vertikal dan dilengkapi dengan separator zat

cair uap di bawah, dan distributor/penyebar zat cair di atas.

8

Page 17: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

Evaporator falling film mempunyai waktu tinggal yang

sangat singkat, sehingga dapat menangani produk-produk yang

peka yang tidak dapat ditangani dengan cara lain. Alat ini juga

sesuai sekali untuk memekatkan zat cair viskos.

A: Umpan 1: Kepala

B: Vapor 2: Calandria

C: Konsentrat 3: Calandria,bagian bawah

D: Pemanasan Uap 4: Mixing Channel

E: Condensate 5: Vapor separator

Gambar II. 4 Evaporator Falling Film

b. Evaporator rising film

Rising evaporator merupakan proses evaporasi dimana

umpan dipaksa masuk dari bagian bawah evaporator dan mengalir

ke atas serta produk hasil evaporasi akan keluar pada bagian atas

evaporator tersebut.

9

Page 18: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

A: Umpan

B: Vapor

C: Konsentrat

D: Uap panas masuk

E: Condensate

Gambar II. 5 Evaporator Rising Film

Pada proses ini umpan (A) masuk dari bagian bawah

evaporator, umpan tersebut dipaksa naik keatas dengan

menggunakan kompresor kemudian cairan umpan akan berkontak

dengan panas dari steam masuk (D) pada dinding tube-nya dengan

aliran umpan berlawanan arah dengan aliran steam dan proses

penguapan air akan terjadi.

10

Page 19: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

Pada saat yang bersamaan, produksi uap hasil penguapan

air akan meningkat dan umpan akan membentuk lapisan film pada

dinding tube. Umpan ini akan bergerak ke atas berlawanan dengan

gaya gravitasi karena pengaruh dorongan kompresor dari bawah

evaporator tersebut.

Produk hasil pemekatan akan keluar melalui pipa (C) dan

uap hasil penguapan evaporator akan keluar melalui pipa keluar

(B). Kondensat dari steam akan keluar melalui saluran (E). Proses

ini sangat berguna untuk cairan yang memiliki viskositas tinggi.

c. Evaporator sirkulasi paksa

Pada evaporator sirkulasi paksa, cairan yang akan

dievaporasikan dipompakan melewati penukar panas (heat

exchanger) dimana media pemanas mengelilingi pipa-pipa yang

membawa cairan yang akan dievaporasikan. Gabungan penurunan

tekanan dan head hidrostatik di dalam alat ini adalah cukup besar

untuk mencegah larutan mendidih di dalam pipa penukar panas,

sehingga uap yang dihasilkan akan tersembur keluar, pada saat

cairan memasuki ruang kosong di dalam tabung.

Karena kecepatan semburan ada1ah tinggi, di dalam ruang

kosong diletakkan sekat yang berguna untuk memisahkan uap dari

larutan yang masih ada. Desain sekat yang tepat diperlukan untuk

mencegah penggabungan gelembung-gelembung kecil cairan dan

juga untuk mencegah perubahan arah dari aliran cairan.

Pada evaporator sirkulasi paksa, koefisien perpindahan

panas akan bergantung kepada kecepatan sirkulasi, titik didih, dan

sifat-sifat sistem. Pada tingkat sirkulasi yang rendah, pendidihan

akan terjadi disepanjang pipa-pipa pemanas. Pendidihan ini akan

meningkatkan kejatuhan larutan dan menjadikan koefisien

pendidihan menjadi dua ka1i lebih besar berbanding dengan tanpa

pendidihan. Fraksi dari cairan yang menguap ketika melewati pipa

11

Page 20: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

akan menjadi kecil, sehingga kecepatan sirkulasi keseluruhan yang

melalui pipa adalah beberapa kali lebih besar dari kecepatan

umpan.

Pada evaporator sirkulasi paksa, koefisien perpindahan

panas akan bergantung kepada kecepatan sirkulasi, titik didih, dan

sifat-sifat sistem. Pada tingkat sirkulasi yang rendah, pendidihan

akan terjadi disepanjang pipa-pipa pemanas. Pendidihan ini akan

meningkatkan kejatuhan larutan dan menjadikan koefisien

pendidihan menjadi dua ka1i lebih besar berbanding dengan tanpa

pendidihan. Fraksi dari cairan yang menguap ketika melewati pipa

akan menjadi kecil, sehingga kecepatan sirkulasi keseluruhan yang

melalui pipa adalah beberapa kali lebih besar dari kecepatan

umpan.

Gambar II. 6 Evaporator Sirkulasi Paksa

12

Page 21: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

4. Evaporator film aduk

Evaporator ini digunakan untuk menangani bahan yang viskos,

peka, dan korosif. Pada evaporator ini, perpindahan panas menyeluruh dari

uap kepada zat cair yang mendidih di dalam evaporator, terletak pada sisi-

sisi zat cair. Oleh karena itu, setiap cara yang dapat mengurangi tahanan

itu akan memberikan perbaikan yang berarti terhadap koefisien

perpindahan panas menyeluruh. Dalam evaporator tabung panjang, lebih-

lebih yang menggunakan sirkulasi paksa, kecepatan zat cair di dalam

tabung itu tinggi. Zat cair itu sangat turbulen, dan laju perpindahan

kalornya besar.

Evaporator itu merupakan modifikasi daripada evaporator film

jatuh yang mempunyai tabung tunggal bermantel, di mana di dalam

tabung itu terdapat sebuah pengaduk. Umpan masuk dari puncak bagian

bermantel dan disebarkan menjadi film tipis yang sangat turbulen dengan

bantuan daun-daun vertika1 agitator (pengaduk) itu. Konsentrat keluar dari

bawah bagian bermantel, uap naik dari zone penguapan masuk ke dalam

bagian tak bermantel yang diametemya agak lebih besar dari tabung

evaporasi.

Gambar II. 7. Evaporator Film aduk

(Mc Cabe, 1985)

13

Page 22: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

BOILER

Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air

sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu

kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media

yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air

dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali,

menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak,

sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan

sangat baik.

Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan

bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai

dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan

dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam

dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada

keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan

alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang

digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang

dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada

jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.

Air yang disuplai ke boiler untuk diubah menjadi steam disebut air umpan.

Dua sumber air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun yang

kembali dari proses dan (2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus

diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi

boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air

umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.

1. Tipe-tipe boiler

Boiler terdiri dari bermacam-macam tipe yaitu :

14

Page 23: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

1. Fire Tube Boiler

Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa – pipa dan air umpan boiler ada

didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire tube boiler biasanya digunakan

untuk kapasitas steam yang relatif kecil dengan tekanan steam rendah sampai

sedang. Sebagai pedoman, fire tube boiler kompetitif untuk kecepatan steam

sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire tube boiler dapat

menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam

operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boiler dikonstruksi

sebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.

Gambar 1. Fire Tube Boiler

2. Water Tube Boiler

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa – pipa masuk

ke dalam drum. Air yang tersikulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk

steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan

tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga.

Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara

4.500-12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boiler

yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas.

Untuk water tube boiler yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum

dirancang secara paket.

Karakteristik water tube boiler sebagai berikut :

15

Page 24: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

· Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi

pembakaran

· Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air

· Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi

Gambar 2. Water Tube Boiler

Blowdown Boiler

Jika air dididihkan dan dihasilkan steam, padatan terlarut yang terdapat dalam

air akan tinggal di boiler. Jika banyak padatan terdapat dalam air umpan, padatan

tersebut akan terpekatkan dan akhirnya akan mencapai suatu tingkat dimana

kelarutannya dalam air akan terlampaui dan akan mengendap dari larutan. Diatas

tingkat konsenrasi tertentu, padatan tersebut mendorong terbentuknya busa dan

menyebabkan terbawanya air ke steam. Endapan juga mengakibatkan

terbentuknya kerak di bagian dalam boiler, mengakibatan pemanasan setempat

menjadi berlebih dan akhirnya menyebabkan kegagalan pada pipa boiler.

Oleh karena itu penting untuk mengendalikan tingkat konsentrasi padatan

dalam suspensi dan yang terlarut dalam air yang dididihkan. Hal ini dicapai oleh

proses yang disebut blowing down, dimana sejumlah tertentu volume air

dikeluarkan dan secara otomatis diganti dengan air umpan. Dengan demikian akan

tercapai tingkat optimum total padatan terlarut (TDS) dalam air boiler dan

16

Page 25: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

membuang padatan yang sudah rata keluar dari larutan dan yang cenderung

tinggal pada permukaan boiler. Blowdown penting untuk melindungi permukaan

penukar panas pada boiler. Walau demikian, blowdown dapat menjadi sumber

kehilangan panas yang cukup berarti, jika dilakukan secara tidak benar.

Pengendalian blowdown boiler yang baik dapat secara signifikan menurunkan

biaya perlakuan dan operasional yang meliputi:

§ Biaya perlakuan awal lebih rendah

§ Konsumsi air make-up lebih sedikit

§ Waktu penghentian untuk perawatan menjadi berkurang

§ Umur pakai boiler meningkat

§ Pemakaian bahan kimia untuk pengolahan air umpan menjadi lebih rendah

Pengolahan Air Umpan Boiler

Memproduksi steam yang berkualitas tergantung pada pengolahan air yang

benar untuk mengendalikan kemurnian steam, endapan dan korosi. Sebuah boiler

merupakan bagian dari sistem boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari

sistem didepannya. Kinerja boiler, efisiensi, dan umur layanan merupakan hasil

langsung dari pemilihan dan pengendalian air umpan yang digunakan dalam

boiler.

Jika air umpan masuk ke boiler, kenaikan suhu dan tekanan menyebabkan

komponen air memiliki sifat yang berbeda. Hampir semua komponen dalam air

umpan dalam keadaan terlarut. Walau demikian, dibawah kondisi panas dan

tekanan hampir seluruh komponen terlarut keluar dari larutan sebagai padatan

partikulat, kadang-kadang dalam bentuk kristal dan pada waktu yang lain sebagai

bentuk amorph. Jika kelarutan komponen spesifik dalam air terlewati, maka akan

terjadi pembentukan kerak dan endapan. Air boiler harus cukup bebas dari

pembentukan endapan padat supaya terjadi perpindahan panas yang cepat dan

efisien dan harus tidak korosif terhadap logam boiler.

17

Page 26: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

a) Pengendalian endapan

Endapan dalam boiler dapat diakibatkan dari kesadahan air umpan dan

hasil korosi dari sistem kondensat dan air umpan. Kesadahan air umpan

dapat terjadi karena kurangnya sistem pelunakan.

Endapan dan korosi menyebabkan kehilangan efisiensi yang dapat

menyebabkan kegagalan dalam pipa boiler dan ketidakmampuan

memproduksi steam. Endapan bertindak sebagai isolator dan

memperlambat perpindahan panas. Sejumlah besar endapan diseluruh

boiler dapat mengurangi perpindahan panas yang secara signifikan dapat

menurunkan efisiensi boiler. Berbagai jenis endapan akan mempengaruhi

efisiensi boiler secara berbeda-beda, sehingga sangat penting untuk

menganalisis karakteristik endapan. Efek pengisolasian terhadap endapan

menyebabkan naiknya suhu logam boiler dan mungkin dapat

menyebabkan kegagalan pipa karena pemanasan berlebih.

b) Kotoran yang mengakibatkan pengendapan

Bahan kimia yang paling penting dalam air yang mempengaruhi

pembentukan endapan dalam boiler adalah garam kalsium dan magnesium

yang dikenal dengan garam sadah.

Kalsium dan magnesium bikarbonat larut dalam air membentuk larutan

basa/alkali dan garam-garam tersebut dikenal dengan kesadahan alkali.

Garam-garam tersebut terurai dengan pemanasan, melepaskan karbon

dioksida dan membentuk lumpur lunak, yang kemudian mengendap. Hal

ini disebut dengan kesadahan sementara (kesadahan yang dapat dibuang

dengan pendidihan).

Kalsium dan magnesium sulfat, klorida dan nitrat, jika dilarutkan dalam

air secara kimiawi akan menjadi netral dan dikenal dengan kesadahan non-

alkali. Bahan tersebut disebut bahan kimia sadah permanen dan

membentuk kerak yang keras pada permukaan boiler yang sulit

dihilangkan. Bahan kimia sadah non-alkali terlepas dari larutannya karena

penurunan daya larut dengan meningkatnya suhu, dengan pemekatan

18

Page 27: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

karena penguapan yang berlangsung dalam boiler, atau dengan perubahan

bahan kimia menjadi senyawa yang kurang larut.

c) Silika

Keberadaan silika dalam air boiler dapat meningkatkan pembentukan

kerak silika yang keras. Silika dapat juga berinteraksi dengan garam

kalsium dan magnesium, membentuk silikat kalsium dan magnesium

dengan daya konduktivitas panas yang rendah. Silika dapat meningkatkan

endapan pada sirip turbin, setelah terbawa dalam bentuk tetesan air dalam

steam, atau dalam bentuk yang mudah menguap dalam steam pada tekanan

tinggi.

d) Pengolahan air internal

Pengolahan internal adalah penambahan bahan kimia ke boiler untuk

mencegah pembentukan kerak. Senyawa pembentuk kerak diubah menjadi

lumpur yang mengalir bebas, yang dapat dibuang dengan blowdown.

Metode ini terbatas pada boiler dimana air umpan mengandung garam

sadah yang rendah, dengan tekanan rendah, kandungan TDS tinggi dalam

boiler dapat ditoleransi, dan jika jumlah airnya kecil. Jika kondisi tersebut

tidak terpenuhi maka laju blowdown yang tinggi diperlukan untuk

membuang lumpur. Hal tersebut menjadi tidak ekonomis sehubungan

dengan kehilangan air dan panas.

Jenis sumber air yang berbeda memerlukan bahan kimia yang berbeda

pula. Senyawa seperti sodium karbonat, sodium aluminat, sodium fosfat,

sodium sulfit dan komponen sayuran atau senyawa inorganik seluruhnya

dapat digunakan untuk maksud ini. Untuk setiap kondisi air diperlukan

bahan kimia tertentu. Harus dikonsultasikan dengan seorang spesialis

dalam menentukan bahan kimia yang paling cocok untuk digunakan pada

setiap kasus. Pengolahan air hanya dengan pengolahan internal tidak

direkomendasikan.

e) Pengolahan Air Eksternal

Pengolahan eksternal digunakan untuk membuang padatan tersuspensi,

padatan telarut (terutama ion kalsium dan magnesium yang merupakan

19

Page 28: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

penyebab utama pembentukan kerak) dan gas-gas terlarut (oksigen dan

karbon dioksida).

Proses perlakuan eksternal yang ada adalah:

§ Pertukaran ion

§ Deaerasi (mekanis dan kimia)

§ Osmosis balik (reverse osmosis)

§ Penghilangan mineral/demineralisasi

Sebelum digunakan cara diatas, perlu untuk membuang padatan dan warna

dari bahan baku air, sebab bahan tersebut dapat mengotori resin yang

digunakan pada bagian pengolahan berikutnya.

Metode pengolahan awal adalah sedimentasi sederhana dalam tangki

pengendapan atau pengendapan dalam clarifiers dengan bantuan koagulan

dan flokulan. Penyaring pasir bertekanan, dengan aerasi untuk

menghilangkan karbon dioksida dan besi, dapat digunakan untuk

menghilangkan garam-garam logam dari air sumur.

Tahap pertama pengolahan adalah menghilangkan garam sadah dan garam

non-sadah. Penghilangan hanya garam sadah disebut pelunakan,

sedangkan penghilangan total garam dari larutan disebut penghilangan

mineral atau demineralisasi.

f) Rekomendasi untuk boiler dan kualitas air umpan

Kotoran yang ditemukan dalam boiler tergantung pada kualitas air umpan

yang tidak diolah, proses pengolahan yang digunakan dan prosedur

pengoperasian boiler. Sebagai aturan umum, semakin tinggi tekanan

operasi boiler akan semakin besar sensitifitas terhadap kotoran.

(www.energyefficiencyasia.org)

20

Page 29: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

B. KERANGKA PEMIKIRAN

Berdasarkan dari pemanfaatan pemanas udara dengan bantuan blower

yang digunakan juga sebagai pemanas udara pada rangkaian alat spray dryer,

didapatkan kerangka pemikiran untuk pembuatan evaporator. Berikut adalah

urutan kerangka pemikiran:

Proses Pembuatan Alat Evaporator

Studi literatur/pustaka tentang evaporator

Menentukan jenis evaporator yang digunakan

Menentukan kapasitas dan ukuran alat

Membuat alat pemekat evaporator tipe batch

Merancang rangkaian alat

Menguji kerja alat pemekat

Menganalisa produk

21

Page 30: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

BAB III

METODOLOGI

A. Alat dan Bahan

A. Alat yang digunakan sebagai berikut :

v Evaporator

Ø Alat utama

a. Kunci pas

b. Kunci inggris

c. Gergaji besi

d. Alat potong plat

e. Tang

f. Grinder

g. Alat patri

h. Palu

Ø Alat pembantu

a. Mur dan baut

b. Karet sumbat

c. Termometer (0°-150°C) 2buah

d. Termometer (0°-200°C)

e. Stop kran (1/2 inc)

f. Selotip

v Boiler

Ø Alat utama

a. Kunci pas

b. Kunci inggris

c. Gergaji besi

d. Tang

e. Grinder

f. Alat las listrik

g. Alat potong plat

22

Page 31: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

h. Palu

Ø Alat pembantu

a. Mur dan baut

b. Manometer

c. Stop kran (1/2 inc)

d. Safety valve

e. Kompor bross

f. LPG 3kg

g. Regulator high pressure

h. Selang kompor gas

i. Klem selang

j. Plastic steel

k. Selotip

B. Bahan yang digunakan sebagai berikut :

1. Evaporator

v Bahan utama

a. Plat stainless steel

b. Koil tembaga (3/8 in)

c. Pipa besi

d. Besi siku

2. Boiler

v Bahan utama

a. Tabung minyak 20 L

b. Koil tembaga (1/2 in)

c. plat seng

d. besi siku

23

Page 32: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

B. Gambar Rangkaian Alat

Keterangan gambar : 1. Tangki boiler

2. Valve output steam

3. Manometer

4. Water input

5. Safety valve

6. Lubang kompor

7. Thermometer steam input evaporator

8. Umpan masuk

9. Tangki evaporator

10. Thermometer steam output

11. Steam output (kondensat)

12. Produk out

Gambar III.1 Rangkaian alat Evaporator secara Batch

C. Lokasi

1

6

4

5 3 2

7

8

9

10

12

11

24

25

Page 33: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

Karena keterbatasan tenaga dan peralatan yang dimiliki oleh mahasiswa,

maka pembuatan evaporator type batch dikerjakan oleh pihak bengkel mesin

Widodo, yang beralamat di Pajang, Laweyan. Tempat yang digunakan untuk

pelaksanaan kegiatan dan penelitian (pengujian alat) dilakukan di

Laboratorium Limbah Operasi Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret.

D. Cara Kerja

1. Cara Pembuatan Alat Evaporator

a. Menentukan persen konsentrasi dan massa input dan output evaporator

yang diinginkan.

b. Menghitung panas pada evaporator yang meliputi panas laten dan panas

yang diserap air yang diuapkan.

c. Menentukan ∆TLMTD yang kemudian digunakan untuk menghitung luas

perpindahan panas pada evaporator.

d. Menentukan dimensi evaporator berdasarkan luas perpindahan panas.

e. Menentukan ketebalan dinding evaporator dari dimensi evaporator.

2. Cara Pembuatan Umpan Evaporator

a. Menimbang daun jati muda sebanyak 850 gram kemudian memasukkan

ke dalam 8,5 L air

b. Merebus dalam panci hingga konsentrasi nya 30% dengan cara

memanaskan ekstrak daun jati selama 45 menit

c. Memisahkan padatan dengan ekstrak zat warna dengan cara

menyaringnya hingga diperoleh ekstrak sebanyak 8 L

3. Cara Pengoperasian unjuk kerja alat evaporator

26

Page 34: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

a. Merangkai alat dan menyiapkan ekstrak zat warna 30% sebanyak 8 L

b. Menutup kran keluaran produk dan memasang termometer pada

evaporator

c. Memasukkan ekstrak daun jati kedalam evaporator

d. Menghubungkan evaporator dengan boiler

e. Mengisi boiler dengan air kran kira-kira 70% dari kapasitasnya

f. Menyalakan kompor untuk memanasi boiler

g. Menjalankan proses evaporasi secara batch kurang lebih selama 6 jam

hingga volume ekstrak menjadi 4 L dengan cara melihat indikator

ketinggian cairan pada evaporator.

h. Mematikan kompor dan membuka kran keluaran produk untuk

mengeluarkan ekstrak zat warna dan menampungnya.

3. Menentukan Efisiensi Alat

a. Menghitung panas yang diserap untuk menguapkan air pada bahan.

Q = m x ∫ Cp.dt b. Menghitung panas yang dilepaskan steam

Q = m x λ

c. Menghitung efisiensi Alat

BAB IV x 100% Panas yang diserap Panas yang dilepaskan Efisiensi alat =

Page 35: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Desain Alat

1. Rangkaian Alat Overall

Keterangan gambar : 1. Tangki boiler 9. Tangki evaporator

2. Valve output steam 10. Thermometer steam output

3. Manometer 11. Steam output (kondensat)

4. Water input 12. Produk out

5. Safety valve

6. Lubang kompor

7. Thermometer steam input evaporator

8. Umpan masuk

Gambar IV.1 Rangkaian alat Evaporator secara Batch

2. Tangki Evaporator

1

6

4

5 3 2

7

8

9

10

12

11

27

28

Page 36: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

Tinggi = 60 cm

Diameter = 16 cm

Tinggi dudukan = 30 cm

Tebal tangki = 0,3 mm

Panjang koil = 3 m

Diameter koil = 3/8 in

Gambar IV.2 Tangki Evaporator

3. Tangki Boiler

29

Page 37: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

Panjang tangki = 58 cm

Lebar tangki = 27 cm

Panjang dudukan = 80 cm

Tinggi dudukan = 50 cm

Panjang koil = 3 m

Diameter koil = ½ in

Gambar IV.3 Tangki Boiler

ii. Data Percobaan

30

Page 38: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

1. Pengoperasian evaporator dengan udara panas:

a. Udara panas dengan blower :

· Umpan

Volume umpan yang dipekatkan = 8 L

· Suhu udara panas

Masuk = 150 °C

Keluar = 30°C

· Suhu larutan zat warna

Masuk = 32 °C

Keluar = 40 °C

· Produk zat warna = 8 L

b. Udara panas dengan kompresor :

· Umpan

Volume umpan yang dipekatkan = 8 L

· Suhu udara panas

Masuk = 150 °C

Keluar = 60°C

· Suhu larutan zat warna

Masuk = 32 °C

Keluar = 55 °C

· Produk zat warna = 8 L

2. Pengoperasian evaporator dengan boiler :

a. Umpan

Volume umpan yang dipekatkan = 8 L

b. Suhu steam

Masuk = 150°C

Keluar = 105°C

c. Tekanan boiler = 2 bar

d. Suhu larutan zat warna

Masuk = 30 °C

Keluar = 93 °C

31

Page 39: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

e. Waktu persiapan + pemanasan boiler = 2 jam

f. Waktu pemekatan = 6 jam

iii. Hasil Perhitungan

· Pengoperasian evaporator dengan boiler :

1. Spesifikasi umpan evaporator :

a. Volume umpan = 8 L

b. % padatan awal = 31,45 %

c. Densitas = 1,03324 gr/ml

2. Kondisi operasi evaporator :

a. Suhu steam masuk = 150 °C

b. Suhu Ekstrak = 93°C

c. Suhu steam keluar = 105°C

3. Spesifikasi produk evaporator :

a. Volume Produk = 4 L

b. % padatan produk = 59,16 %

c. Densitas = 1,09872 gr/ml

D. Pembahasan

32

Page 40: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

Dalam pembuatan evaporator tipe batch ini diperoleh dengan berbagai

tahap yakni dari studi literatur hingga menentukan dimensi evaporator tipe

batch. Dari studi literatur diperoleh jenis evaporator yang akan dibuat yakni

evaporator tipe batch, karena evaporator memiliki kapasitas yang kecil,

sehingga evaporator tipe batch yang cocok dengan criteria tersebut.

Awal perancangan evaporator dengan menggunakan udara panas yang

juga dipakai untuk pemanas di spray dryer. Mula-mula menentukan basis

output dan input dari evaporator begitu juga dengan konsentrasinya. Setelah

itu menentukan panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air yang nantinya

akan digunakan untuk menentukan luas perpindahan panas. Setelah

mengetahui luas perpindahan panasnya, maka dapat menentukan dimensi dari

evaporator.

Pada percobaan dengan pemanas yang sesuai dengan rancangan awal

yakni dengan udara panas menggunakan blower sebagai pendorong udara

panas. Didapatkan hasil udara panas masuk ke evaporator dengan suhu

150°C, keluar pada suhu 30°C. Udara panas hanya mampu memanaskan

larutan zat warna dari 32°C menjadi 40°C. Artinya proses pemekatan tidak

mungkin terjadi. Dilihat dari profil suhu untuk blower diperoleh hasil

perhitungan ∆TLMTD untuk aliran udara panas baik secara countercurrent

maupun cocurrent, tidak dapat dihitung karena diperoleh garis persilangan

pada kedua profil. Dengan itu maka digunakan kompresor sebagai pengganti

blower. Hasil dari penggantian tersebut tidak mendapatkan hasil yang

memuaskan, dengan kompresor hanya mampu memanaskan cairan hingga

suhu 60°C dengan suhu udara panas masuk 150°C dan keluar sebesar 55°C.

Rangkaian tersebut juga tidak dapat untuk menghasilkan produk yang sesuai

spesifikasi.

Langkah akhir dalam mengatasi masalah tersebut adalah pemanas

diganti dari semula menggunakan udara panas menjadi steam. diperoleh hasil

produk sebanyak 4 L dengan kadar padatan zat warna sebesar 59,16% dari

umpan sebanyak 8 L dengan kadar padatan 31,45 %. Proses pemekatan

berlangsung selama 6 jam yang sebelumnya dilakukan proses persiapan dan

Page 41: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

produksi steam hingga siap digunakan yakni selama 2 jam. Sehingga lama

proses produksi keseluruhan adalah selama 8 jam. Kondisi operasi pada

proses pemekatan berlangsung yakni suhu steam masuk sebesar 150°C dan

keluar pada suhu 105°C. Steam dijaga tekanannya pada tekanan 2-3

bargauge. Pengaturan tekanan dalam boiler dengan mengatur besarnya

bukaan valve. Semula saat pemanasan awal yakni dari suhu larutan 30 °C

hingga suhu 70 °C, steam keluar evaporator berwujud kondensat. Setelah

suhu larutan lebih dari 70°C hanya sebagian kecil steam yang terkondensasi.

Suhu larutan saat proses pemekatan hanya dapat mencapai suhu maksimal

93°C.

Menggunakan boiler sebagai penghasil steam lebih tinggi hasil

pemanasannya daripada menggunakan udara panas yang di dorong oleh

blower maupun kompresor. Hal ini dikarenakan panas yang digunakan

adalah panas laten bukan panas sensible.

Dengan penambahan boiler sebagai pengganti pemanas evaporator,

sebenarnya dengan penggantian media pemanas yang semula menggunakan

udara panas menjadi steam, harus dilakukan pula penggantian pada fisik

evaporator, seperti volume tangki, diameter koil dan juga panjang koil.

Semuanya harus disesuaikan dengan perubahan tersebut, karena keterbatasan

waktu, maka dimensi evaporator tidak dirubah dan hanya menambahkan

boiler sebagai penyedia steam.

Kendala yang muncul saat menggunakan boiler adalah banyaknya

panas yang hilang ke lingkungan karena tidak adanya isolasi untuk

menyelimuti evaporator sehingga pemanasan di dalam evaporator kurang

optimal. Luas perpindahan panas yang kurang sehingga larutan ekstrak zat

warna tidak dapat mendidih pada suhu didihnya yang menyebabkan proses

pemekatannya berlangsung lama. Disamping itu tidak adanya pemanfaatan

steam yang keluar dari evaporator yang seharusnya bisa digunakan untuk

recycle evaporator. Dan apabila digunakan untuk recycle maka pemanasan di

evaporator bisa lebih optimal dan mempersingkat waktu proses.

BAB V

33

34

Page 42: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Dimensi evaporator meliputi :

a. Tinggi = 60 cm

b. Diameter = 16 cm

c. Panjang koil = 2,96 cm

2. Pengoperasian evaporator dengan udara panas baik menggunakan blower

ataupun kompresor tidak menghasilkan produk.

3. Kondisi operasi dengan pemanas boiler

a. Suhu steam masuk = 150°C

b. Suhu kondensat = 105°C

c. Suhu cairan = 95°C

d. Volume umpan = 8 L

e. % padatan umpan = 31,45 %

f. Volume Produk = 4 L

g. % padatan produk = 59,16 %

h. Panas yang diserap = 0,379877 btu/detik

i. Panas yang dilepaskan = -9,11133 btu/detik

j. Efisiensi evaporator = 4,17 %

B. Saran

1. Perlunya perancangan ulang evaporator tipe batch karena berubahnya

pemanas yang semula menggunakan udara panas menjadi steam ,

sehingga kerja evaporator lebih optimal.

2. Pada alat evaporator sebaiknya diselimuti dengan isolasi, agar panas

tidak hilang ke lingkungan.

3. Air umpan boiler sebaiknya diolah terlebih dahulu agar terbebas dari

kesadahan,sehingga boiler terbebas dari kerak

DAFTAR PUSTAKA

Page 43: LAPORAN TUGAS AKHIR - digilib.uns.ac.id... · A. Latar Belakang ... Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk membuat sebuah alat pemekat ... larutan zat warna dengan konsentrasi 60%

Anonim, 2008, ”Macam-macam Evaporator”, 26 Juni 2010,

http://www.risvan.com/evaporator.html.

Kern, D. Q., 1988, “Process Heat Transfer”, Mc. Graw Hill, Singapore.

McCabe, W. L., Smith, J. C., and Harriot, P., 1990, ”Operasi Teknik Kimia”, Jilid

2, Edisi 4, Erlangga, Jakarta.

Brownell, L. E., and Young, E. H., 1959, ”Process Equipment Design Vessel”,

Butlewort, New York.

Walas, S. M., 1988, ”Chemical Process Equipment”, John Wiley and sons Inc.,

New York.

ix