Gambar 1 Open Kettle or Pan

Transkripsi

1 JENIS-JENIS EVAPORATOR 1. Open kettle or pan Prinsip kerja: Bentuk evaporator yang paling sederhana adalah bejana/ketel terbuka dimana larutan didihkan. Sebagai pemanas biasanya steam yang mengembun dalam selubung (jaket) atau dalam pipa spiral yang dicelupkan. Kadang-kadang ketel dipanasi api langsung. Pengaduk dapat ditempatkan didalamnya. Evaporator ini murah dan operasinya sederhana. Luas perpindahan panas umumnya sangat kecil karena bentuk dari bejana dan koefisien perpindahan panasnya cenderung kecil karena konveksi natural. Kapasitas evaporator kecil karena rendahnya koefisien dan luas perpindahan panas. Perpindahan panas dapat ditingkatkan dengan adanya pengadukan. Penggunaannya terbatas karena rendahnya kapasitas penguapan. Gambar 1 Open Kettle or Pan 2. Horizontal-tube natural circulation evaporator Evaporator tabung-horizontal merupakan evaporator jenis klasik yang telah lama digunakan. 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, ini bermanfaat khususnya

2 untuk mengevaporasikan larutan yang viskos. Koefisien keseluruhan yang berada antara Btu/jam.ft2.0F ( 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. Gambar 2 Horizontal Tube Evaporator Disebut horizontal karena tube-tubenya terletak horizontal, karena kondisinya yang demikian, harga evaporator ini relatif murah dengan konstruksi design yang memudahkan penggantian tube-tubenya. HTE merupakan evaporator yang sudah tua dan jarang digunakan. Tube-tube dalam HTE merupakan tempat masaknya pemanas (biasanya steam). Feed masuk (di luar pipa), baru kemudian steam (di dalam pipa), di dalam pipa atau tube terjadi perpindahan panas karena adanya pemanasan, sehingga liquid yang di luarnya mendidih dan uap yang terjadi mengalir ke atas, kemudian liquidnya menjadi pekat, lalu dikeluarkan melalui lubang bagian dasar evaporator, sedangkan kondensat dikeluarkan melalui lubang yang sudah disediakan, demikian juga gas non kondensat dikeluarkan melalui vent. Horizontal Tube Evaporator memiliki beberapa kekurangan, seperti perpindahan panasnya (rate of heat-transfer) rendah sekali, khususnya untuk liquid yang viscous karena sirkulasi yang kecil, mudah terjadi kerak pada bagian luar tube, dan pembersihan sukar dilakukan. Karena alasan-alasan itulah, alat ini cocok untuk larutan non viscous (encer), larutan yang tidak

3 mengandung endapan atau difosit, larutan yang tidak terjadi endapan Kristal, kapasitas kecil, dan larutan yang tidak menimbulkan buih (foaming). Steam Outlet Flue Gas Outlet Flue Gas Inlet Gambar 3 Horizontal Tube Evaporator Gambar 4 Cross-section diagram of horizontal-tube evaporator 3. Vertical-type natural circulation evaporator Pada alat ini, cairan mengalir dalam pipa sedangkan steam pemanas mengalir dalam shell. Cairan dalam tabung mendidih, uap yang timbul bergerak keatas dengan membawa cairan. Sirkulasi aliran dalam pipa terjadi karena beda rapat massa yang terjadi karena perbedaan fasa antara fluida dalam pipa (yaitu: campuran uap-cair) dengan yang diluar pipa (cair). Diatas pipa terdapat ruang uap yang berfungsi untuk memisahkan cairan dengan uap. Uap akan menuju lubang pengeluaran diatas, sedangkan cairan jatuh kebawah melewati saluran besar yang ada ditengah bejana, dan kembali bersirkulasi

4 masuk pipa-pipa. Konveksi alami (natural convection) berjalan baik sehingga transfer panas Iebih efisien. Kerak dan endapan terbentuk didalam pipa, sehingga lebih mudah untuk dibersihkan. Adanya sirkulasi menyebabkan cairan berkali-kali kontak dengan permukaan pemanas. Hal ini kurang baik untuk bahan-bahan yang tidak tahan terhadap panas, misalnya: susu, juice dan berbagai dairy product. Aplikasi : sugar, salt & soda insdustries. Gambar 5 Vertical-type natural circulation evaporator 4. Long-tube vertical-type evaporator Untuk memperbesar kecepatan sirkulasi cairan dengan harapan koefisien perpindahan panas makin tinggi, pipa-pipa transfer panas dibuat lebih panjang. Aliran cairan, setelah masuk ruang uap untuk dipisahkan dengan uap yang

5 terbentuk, kembali kebawah melalui pipa diluar evaporator. Aplikasi: producing condensed milk. Keuntungan: Koefisien transfer panas karena sirkulasi alami (natural circulation) lebih besar, sehingga transfer panas bisa lebih efisien. Kerugian: Jumlah cairan yang menguap setiap pas ssangat besar (karena pipa panjang) sehingga konsentrasi lokal dimulut pipa bagian atas akan sangat tinggi (ingat: cairan dalam evaporator tidak homogen, karena adanya perbedaan suhu dan konsentrasi padatan lokal). Hal ini dapat menyebabkan kristalisasi / pembentukan gel pada pipa, sehingga bisa mengganggu sirkulasi aliran. Gambar 6 Long-tube vertical-type evaporator 5. Falling-film-type evaporator Dalam falling film evaporator, cairan mengalir kebawah membentuk film disekeliling dinding dalam pipa. Aliran disebabkan oleh gaya berat dan gesekan uap. Uap yang terbentuk bergerak kebawah. Meskipun t kecil, tetapi

6 aliran tetap baik karena adanya gaya gravitasi (bandingkan dengan natural convection evaporator). Luas permukaan pemanasan jauh Iebih besar dibandingkan dengan volume cairan dalam evaporator. Hal ini memungkinkan transfer panas yang cukup dan perusakan bahan belum banyak terjadi karena waktu tinggal yang kecil (volume cairan dalam evaporator kecil). Kapasitas alat ini tidak bisa divariasi terlalu besar. Pembahasan lebih detil tentang alat ini ada pada sub-bab berikutnya. Aplikasi: fruit juice (orange, etc..). Contoh beberapa jenis falllng film maupun rising film evaporator dapat dilihat pada gambar-gambar dibawah. Gambar 7 Falling Film Evaporator 6. Forced-circulation-type evaporator Sirkulasi cairan untuk memperbesar koefisien transfer panas dibantu dengan pompa. Perpindahan panas terjadi karena konveksi paksa (forced convection) sehingga koefisien transfer panas bisa lebih tinggi. Disamping itu,

7 karena arus sirkulasi besar, maka penyumbatan-penyumbatan dalam pipa bisa diatasi oleh aliran oleh pompa. Pipa tidak terlalu panjang. Sirkulasi berjalan cepat, sehingga larutan dalam evaporator lebih homogen. Adanya pompa yang menjadi satu dengan evaporator membuat alat ini lebih mahal (baik biaya pembelian maupun biaya operasinya). Karena aliran keluar pipa cepat, maka pemisahan uap-cairan dalam ruang uap menjadi Iebih sulit, sehingga diperlukan baffle,yang Iebih balk dan ruang pemisah yang Iebih besar dibagian atas. Aplikasi: processing viscous liquid. Gambar 8 Vertical-tube Evaporator Forced Circulation

8 Gambar 9 Forced-circulation-type evaporator 7. Agitated-film evaporator Nama lain : turbulent film evaporator atau wioed-film evaporator (untuk yang horisontal). Evaporator berbentuk tabung (shell) vertikal atau horizontal, dengan pemanas diluar tabung. Pada sumbu tabung terdapat batang yang dapat diputar, yang dilengkapi dengan sirip-sirip. Pada vertical agftated fllm evaporator, saat batang berputar, cairan bergerak kebawah akan terlempar ketepi tabung (bagian panas) karena putaran sirip. Cairan ditepi tabung akan terpental kembali ketengah tabung. Pada bagian atas tabung disediakan ruang untuk pemisahan uap cairan. Transfer panas berjalan dengan sangat efisien. Problem penyumbatan dan konsentrasi local yang tinggi dapat teratasi. Agitated film evaporator dirancang untuk larutan yang sangat kental (viskositas tinggi) atau untuk memproduksi padatan. Meskipun demikian, alat ini mahal, konstruksinya sulit dan biaya operasinya tinggi (karena perlu tenaga pengadukan).

9 Gambar 10 Agitated-film Evaporator 8. Open-pan solar evaporator Open pan solar evaporator adalah proses yang sangat tua tetapi tetap digunakan untuk proses pembuatan garam. Pada prinsipnya air garam dimasukkan di dalam open pan dan dibiarkan menguap perlahan dibawah sinar matahari untuk mengkristalkan garam. Gambar 11 Diagram Proses Pembuatan Garam

10 Gambar 12 Flow Sheet Pembuatan Garam Menggunakan Solar Evaporation Pada proses pengkristalan apabila seluruh zat yang terkandung diendapkan/dikristalkan akan terdiri dari campuran bermacam-macam zat yang terkandung, tidak hanya Natrium Klorida yang terbentuk tetapi juga beberapa zat yang tidak diinginkan ikut terbawa (impurities). Proses kristalisasi yang demikian disebut kristalisasi total. Untuk mengurangi impuritis dalam garam dapat dilakukan dengan kombinasi dari proses pencucian dan pelarutan cepat pada saat pembuatan garam. Sedangkan penghilangan impuritis dari produk garam dapat dilakukan dengan proses kimia, yaitu mereaksikannya dengan Na 2 CO 3 dan NaOH sehingga terbentuk endapan CaCO 3 dan Mg(OH) 2.