BAB VII. EVAPORATOR DASAR PERANCANGAN ALAT

Transkripsi

1 BAB VII. EVAPORATOR DASAR PERANCANGAN ALAT Ukuran utama kinerja evaporator adalah kapaita dan ekonomi. Kapaita didefiniikan ebagai jumlah olvent yang mampu diuapkan per atuan lua per atuan Waktu. Sedangkan ekonomi didefiniikan ebagai maa olvent yang teruapkan per atuan maa team yang digunakan. Pada ebuah evaporator tunggal (ingle effect), ekonomi elalu < 1.0, tetapi pada evaporator multi efek. (multiple effect evaporato,) nilainya bia jauh lebih tinggi. Ukuran lain yang ering digunakan adalah konumi team, dalam maa team per atuan waktu. Daar perhitungan evaporator adalah neraca maa (total dan olut) dan neraca pana pada alat. Neraca Maa dan Neraca Pana. a. Single Effect Evaporator Univerita Gadjah Mada

2 Aumi: team yang digunakan adalah team jenuh. Neraca entalpi ekitar evaporator memberikan: m H team f H f umpan + m Hc kondenat = m f m) Hc uap. hail + ( m + m H laru tan keluar (1) Penyuunan kembali peramaan (1) dengan memperhatikan bahwa : H H c = diperoleh : (2) q = m λ = ( m f m) Hv m f H f + m H (3) Perpindahan pana dari team ke permukaan pemana : q = m λ = U. A. T U. A.( T T ) (4) Dimana: A U = lua permukaan perpindahan pana (heating uiface). = koefiien perpindahan pana overall. T = beda uhu antara team dengan larutan dalam evaporator. Koefiien perpindahan pana overall, U, angat tergantung dari jeni evaporator. Tabel dibawah memberikan guideilne rentang nilai U untuk beberapa jeni evaporator. Univerita Gadjah Mada

3 Catatan tambahan: Untuk larutan NaOH, teredia diagram entalpi-kompoii dan titik-didih-iarutan v titikdidih-air-murni pada berbagai kompoii (diebut ebagai kurva Duhring), eperti dibawah ini (umber: Brown, et Al., 1950). Univerita Gadjah Mada

4 Contoh oal: Sebuah evaporator digunakan untuk memekatkan larutan NaOH ebanyak lb/jam (9.070 kg/jam) dan konentrai 20% menjadi 50%. Sebagai pemana, digunakan team jenuh bertekanan 20 pg (1,37 atm-gauge). Evaporator beroperai pada tekanan vakum dimana tekanan abolut pada ruang uap evaporator adalah 100 mmhg (1,93 pig). Koefiien perpindahan pana overall 250 Btu/ft 2 -jam- F (1.400 W/m 2 - C). Suhu larutan umpan 100 F (37,8 C). Hitunglah jumlah kebutuhan team, ekonomi dan lua perpindahan pana yang dibutuhkan. Jawab: Jumlah air yang haru diuapkan dapat diperoleh dan neraca maa air. Jumlah olut (NaOH) beba air = 0,20x lb/jam = lb/jam. Jumlah air pada umpan = (80/20) = 4 lb-air/lb-olute (beba air); pada larutan pekat keluar = (50/50) = 1 lb-air/lbolute (beba air). Jumlah air yang diuapkan = (4-1) = 3 lb-air/ Ib-olut, ehingga total jumlah air yang haru diuapkan, m v = (m f m) = 3 lb-air/lb-olut x lb-olut/jam = lb-air/jam. Jumlah larutan pekat hail evaporai, m = lb-olut/jam x 1 lb-iarutan/0,5 Ib-olut = Ib-larutan/jam. Konumi team: Dari grafik Duhring-1, uhu didih larutan NaOH 50% pada tekanan 100 mmhg adalah, T = 197 F. Dan team table, diperoleh uhu didih air (murni) pada tekanan 100 mmhg adalah, T bp = 124 F. Kenaikan titik didih (boiling point rie = boiling point elevation), Tbp = BPR = ( ) F = 73 F. Dari grafik Duhring-2, diperoleh: Entalpi peifik umpan, kadar padatan NaOH 20%, uhu 100 F, H f = 55 Btu/lb Entalpi peifik larutan pekat, kadar padatan 50%, uhu 197 F, H = 221 Btu/lb Entalpi uap hail evaporai, pada 100 mmhg (1,93 pig) dan 197 o F; dapat diperoleh dari team table, H v = 1149 Btu/lb. Pana laten penguapan pada 20 pig (1,37 atm-gauge), juga dapat dibaca pada team table, λ =939 Btu/lb. Pana yang ditranfer (menggunakan peramaan 3),e q = (m f -m)h v m f H f + mh = ( ) x x x 221 = Btu/jam. Univerita Gadjah Mada

5 Jumlah team yang dibutuhkan, q m = = = lb/jam (6.990 kg/jam) λ 939 Ekonomi: Ekonomi dan evaporator = lb-uap diproduki/ lb-team = 0,78. Lua perpindahan pana Dari peramaan (4): q A = = = 930 ft 2 (86,4 m 2 ) U. ( T T ) 250 ( ) Kau khuu: Untuk larutan dengan pana pengenceran yang dapat diabaikan, peramaan diata dapat direformulai kembali ebagai berikut: dimana: C pf C p C pw = pana peifik larutan umpan = pana peifik larutan pekat dan evaporator (thick liquor) = pana peifik air Subtitui peramaan (5.a, b, c) ke peramaan (3) memberikan, b. Triple Effect Evaporator Perhatikan gambar feed-forward triple effect evaporator dibawah. Sumber: McCabe and Smith, Univerita Gadjah Mada

6 Bataan (contraint) dalam perancangan multiple effect evaporator adalah bahwa ukuran maing-maing evaporator diuahakan ama, karena akan memberikan banyak kemudahan operaional dan biaya invetai akan lebih rendah (untuk dibaha di kela: jelakan mengapa bia demikian!). Sehingga, dalam perancangan triple effect evaporator: A 1 A 2 A 3. Neraca pana evaporator-1: Pana diuplai oleh team (uhu T, tekanan P, pana laten pengembunan λ ). (7) Pana digunakan untuk menaikkan uhu umpan dan menguapkan ebagian pelarut: Lua tranfer pana: Neraca pana evaporator-2: Pana diuplal oleh uap hail evaporator-1 (uhu T 1, tekanan P 1, pana laten pengembunan λ v1 ). Pana digunakan untuk menguapkan ebagian pelarut: Lua tranfer pana: Neraca pana evaporator-3: Pana diuplai oleh uap hail evaporator-2 (uhu T 2, tekanan P 2, pana laten pengembunan λ v2 ). Pana digunakan untuk menguapkan ebagian pelarut: Lua tranfer pana: Lua tranfer pana, A 1 A 2 A 3 A, maka: Univerita Gadjah Mada

7 Untuk merancang triple effect evaporator, peramaan-peramaan (7) ampal (12), ditambah dengan peramaan-peramaan pendukung/data-data yang lain haru dieleaikan ecara imultan, dengan contraint peramaan (13). Contoh oal: Sebuah triple effect evaporator dipakai untuk memekatkan uatu larutan. Kenaikan titik didih larutan terhadap perubahan konentrai tidak begitu bear, ehingga beban pana pada tiap evaporator dapat dianggap ama. Suhu team yang digunakan pada efek pertama adalah 108,3 C, edangkan titik didih larutan pada efek terakhir diketahui 51,7 C. Koeflien tranfer pana overall (dalam W/m 2 - C) pada efek pertama, kedua dan ketiga maing-maing adalah 2800, 2200 dan Berapakah kira uhu didih larutan pada efek pertama dan kedua? Jawab: Beban pana pada maing-maing evaporator adalah: Pada multiple efek evaporator: A 1 =A 2 =A 3 =A; dan khuu untuk kau ini: q 1 =q 2 =q 3 =q. Sehingga peramaan diata dapat dituli dalam bentuk: Penjumlahan dan peramaan-peramaan (15.a, b dan c), menghailkan: atau: Subtirui peramaan (16) ke maing-maing peramaan (15.a, b dan c) memberikan: Kembali ke oal diata: T total = ( T team - T efek-terakhir ) = (108,3 51,7) C = 56,6 C. Univerita Gadjah Mada

8 Dengan peramaan (17.a, b) diperoleh: Titik didih larutan pada: Efek pertama, T 1 = T - T 1 = (108,3-11,9) o C = 96,4 C. Efek kedua, T 2 = T 1 - T 2 = (96,4-14,9) o C = 81,5 C. Univerita Gadjah Mada