SIMULASI PROSES EVAPORASI BLACK LIQUOR DALAM FALLING FILM EVAPORATOR DENGAN ADANYA ALIRAN UDARA

Transkripsi

1 Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2011 SIMULASI PROSES EVAPORASI BLACK LIQUOR DALAM FALLIN FILM EVAPORATOR DENAN ADANYA ALIRAN UDARA Dosen Pembimbing : 1. Prof. Dr. Ir. Ali Altway, MS 2. Dr. Ir Susianto, DEA Disampaikan oleh : Kurniasri P. Dewi Lina Kurnia Putri ( ) ( ) Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa

2 Latar Belakang Black Liquor adalah produk samping dari proses industri kertas. Kandungannya terdiri : air, lignin, selulosa, Na 2 CO 3, dan Na 2 SO 4 Mengubah Na 2 CO 3 menjadi NaOH sehingga kembali terbentuk white liquor untuk digunakan kembali ke proses selanjutnya dengan cara pemekatan black liquor. Pemekatan Black Liquor menimbulkan kerak dalam evaporator, sehingga digunakan Falling Film Evaporator.

3 Latar Belakang Falling Film Evaporator merupakan salah satu jenis evaporator dengan laju perpindahan panas yang besar dan memiliki waktu tinggal yang relatif kecil Evaporator adalah alat yang digunakan industri kimia untuk memekatkan suatu larutan Sehingga untuk meminimalkan biaya energi untuk operasi suatu pabrik, sebagai salah satu cara sebagai pengganti kondisi vakum digunakan aliran gas inert (udara) Pada umumnya proses evaporasi berlangsung dalam kondisi vakum yang bertujuan untuk menurunkan suhu didih larutan Perlu adanya penelitian (eksperimen dan simulasi) untuk memprediksi kinerja falling film evaporator secara tepat

4 Peneliti Terdahulu Peneliti Tahun Lingkup Penelitian Bhargava dkk 2008 Mengadakan simulasi tentang flat falling film evaporator untuk larutan black liquor. allilea Tanjung dan Reino Arif 2009 Simulasi Falling Film Evaporator dengan Sistem larutan Black liquor Udara dengan menggunakan koefisien perpindahan panas dan massa dari literatur. Kurniawan dan Irawan 2010 Eksperimen tentang pengaruh laju alir udara dan laju alir black liquor serta arah aliran udara terhadap koefisien perpindahan panas dan massa di dalam falling film evaporator.

5 Rumusan Masalah Permasalahan yang akan ditelaah pada penelitian ini adalah Tujuan Penelitian Bagaimana memprediksi secara teoritis kinerja falling film evaporator dengan meninjau pengaruh laju alir liquid (black liquor) dan gas. Serta melakukan fitting parameter model yaitu koefisien perpindahan panas dan massa. 1. Melakukan kajian teoritis kinerja falling film evaporator aliran udara counter current untuk memekatkan black liquor dengan pengembangan model matematis. 2. Menentukan konstanta parameter model yaitu koefisien perpindahan massa dan panas dengan fitting parameter model.

6 Diagram Alir Langkah-Langkah Penelitian Studi Literatur Pengembangan model matematis Pembuatan program Fitting parameter Simulasi dengan variabel Interpretasi hasil Kesimpulan

7 Skema Peralatan untukaliran Udara counter current Kerterangan : 1 : Evaporator 2 : tangki konsentrat 3 : tangki produk 4 : tangki kondensat 5 : tangki umpan 6 : tangki overflow 7 : kondensor 8 : rotameter umpan 9 : rotameter udara 10 : alat pemanas tangki umpan 11 : alat pemanas evaporator 12 : alat pemanas udara 13 : pompa umpan 14 : pompa produk 15 : kompresor 16 : distributor 17 : penunjuk level 18 : pipa pengambilan contoh produk 19 : sight glass : valve * Diameter : 2,54 cm Tinggi pipa : 2 m

8 Model Matematik Falling Film Evaporator r z m& δ 0 R -δ m& 1 R T W τ rz r+δr τ rz r Skematik Falling Film EvaporatorEvaporator ASUMSI Aliran laminar, steady state. Film liquid rata dan tebal film seragam Konveksi ke arah radial, konduksi ke arah akxial pada liquid Konduksi ke arah radial dan axial, konveksi ke arah radial pada gas. Properti-properti fisik dari fase larutan seperti densitas, kapasitas panas dan konduktivitas panas tidak bergantung temperatur Properti-properti fisik fase gas bergantung pada temperatur dan mengasumsikan gas ideal

9 Variabel Penelitian INPUT Laju alir larutan (100, 130, 150 L/jam) Laju alir udara (4, 6 m 3 /jam) Pemanasan dinding (4,5 kw) OUTPUT Distribusi temperatur larutan (liquid) aksial dan radial Distribusi temperatur gas kearah aksial Distribusi konsentrasi di dalam film liquid kearah aksial Konsentrasi dalam aliran liquid keluar

10 - Model Matematik Falling Film Evaporator Neraca Momentum (Laju momentum masuk) - (Laju momentum keluar) + gaya gravitasi = 0 d( rτ rz ) + ( ρl ρ ) gr dr = 0 Dimana τ rz untuk fluida Newton maka : Boundary Conditions : r = R 1 -δ τ rz = 0 r = R 1 V z = 0 Sehingga didapat : V z = ρl ρ ) g ( R 4µ Neraca Energi ( 2 2 Pada film liquida : V Input z ρ L Cp L r ) Output TL k L = z r r τ ρ ) g ( R δ ) 2µ = ( ρ L 2 = r 0 T r rz µ R ln ) r dv z dr Boundary Condition z = 0 T L = Tl in r = R δ q = h (T L - T ) + λ ky (Y AS - Y A ) r = R q = q w Dengan menggunakan Metode finite difference dan Metode runge kutta

11 Sistem Persamaan yang Harus Diselesaikan Neraca Energi Pada Udara ρ Cp v T z 4 h + ( Ts T ) = 0 Boundary Conditions z = L T = T in Sehingga didapat T z 4h = ρ C p. V D D( Ts T ) Neraca Massa Total Boundary Conditions z = 0 F = Fin Sehingga didapat F F = k yπd Y z ( Y ) AS A

12 Hasil dan Pembahasan Dari penelitian ini diperoleh koefisien transfer panas dan massa sebagai berikut :

13 Perbandingan antara Prediksi Simulasi dengan Data Eksperimen Pengaruh Laju Alir Larutan Terhadap Distribusi Temperatur Liquida dengan laju alir gas 4 m 3 /jam

14 Pengaruh Laju Alir Larutan Terhadap Distribusi Temperatur Liquida bagian Interface dengan laju alir gas 4 m 3 /jam Pengaruh Laju Alir Larutan Terhadap Distribusi Temperatur liquida bagian dinding dengan laju alir gas 4 m 3 /jam Pengaruh Laju Alir Larutan Terhadap Distribusi Temperatur liquida bagian dinding dengan laju alir gas 4 m 3 /jam

15 Pengaruh Laju Alir Larutan dan as terhadap Distribusi Konsentrasi dengan laju alir gas 4 m 3 /jam

16 1. Kesimpulan Kesimpulan dan Saran Penelitian ini mendapatkan persamaan koefisien transfer panas dan massa yaitu : Pada hasil penelitian konsentrasi solute keluar tertinggi diperoleh 15,49% ketika laju alir larutan 100 l/jam dan laju alir gas 6 m 3 /jam pada konsentrasi masuk 5,92%. Hasil prediksi dengan hg dan ky dari penelitian ini lebih dekat dengan data eksperimen dengan kesalahan rata-rata 8,096%, dibandingkan dengan hasil prediksi dengan hg dan kc dari literatur dengan kesalahan rata-rata sebesar 12,993%. 2. Saran Melakukan penelitian secara simulasi dengan aliran film liquid yang turbulen.