Download pdf - 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,


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


Set tekanan dan variasikan laju alir



yang terdiri atas tangki umpan,


umpan penuh ditambah 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"