I. Pendahuluan A. Latar Belakang Dalam dunia industri terdapat bermacam-macam alat ataupun proses kimiawi yang terjadi. Dan begitu pula pada hasil produk yang keluar yang berada di sela-sela kebutuhan hidup, dalam pembuatan gula, susu kental manis dan sebagainya merupakan dari proses kimiawi serta tentunya juga membutuhkan alat-alat industri yang memiliki fungsi dan peran tiap-tiap bagian. Dalam proses industri juga pasti tidak membutuhkan hanya satu alat saja, tetapi beberapa alat penunjang dari alat utama. Alat evaporator adalah salah satu alat instrumen pada sebuah industri kimia. B. Rumusan Masalah Mempelajari apa itu alat evaporator sesuai dengan kemampuan dan fungsinya di dalam pengoperasiannya pada sebuah industri. C. Tujuan Untuk mengetahui berbagai jenis alat yang termasuk dalam single evaporator sesuai dengan spesifikasi dan agar dapat digunakan secara tepat sesuai fungsi dan kemampuan alat tersebut. 1
II. Isi A. Single Evaporator Evaporasi adalah proses perubahan molekul didalam keadaan cair dengan spontan menjadi gas dan salah satu proses yang digunakan untuk pengentalan larutan, dengan pelepasan air dari larutan tersebut melalui pendidihan di dalam suatu bejana, evaporator serta mengeluarkan hasil uapnya. Manfaat utama evaporasi di dalam industri pangan : a. Pengentalan awal cairan sebelum proses lanjut b. Untuk menurunkan kadar air Cara kerja evaporasi adalah dengan menambahkan kalor pada larutan untuk menguapkan bahan pelarut. Secara prinsip kalor dipasok untuk kalor laten penguapan. Yang dimana tujuan umum dari proses evaporasi adalah mengurangi kadar air dan meningkatkan konsentrasi. Desain suatu unit evaporasi memerlukan aplikasi praktis data perpindahan kalor pada cairan yang sedang mendidih, bersama dengan realisasi apa yang terjadi terhadap cairan selama pengentalan. Kebanyakan evaporator dipanaskan menggunakan uap yang dikondensasikan di atas tabung tabung logam. Bahan yang dievaporasikan biasanya mengalir di dalam tabung. Uap yang digunakan biasanya adalah uap bertekanan rendah, dibawah 3 atm abs; zat cair yang mendidih biasanya berada dalam vakum sedang yaitu sampai kira-kira 0,05 atm abs. Berkurangnya suhu didih zat cair menyebabkan beda suhu antara uap dan zat cair yang mendidih itu meningkat, dengan demikian laju perpindahan kalor didalam evaporator itu meningkat juga. Bila kita menggunakan satu evaporator saja, uap dari zat cair yang mendidih dikondensasikan dan dibuang. Metode ini disebut sebagai evaporasi efek tunggal (single effect evaporation). Walaupun proses ini sederhana, namun pada prosesini kurang efektif dalam penggunaan uap. Evaporator dengan evaporizer serupa tapi tak sama dalam menjalankan fungsinya yaitu sebagai penambah konsentrasi suatu bahan ataupun senyawa. Evaporator berfungsi sebagai penguap atau pengurangan kadar air yang ada pada suatu bahan ataupun senyawa cair. Sedangkan evaporizer berfungsi sebagai penguap liquid selain cair. 2
Pada evaporator efek tunggal, kalor laten kondensasi uap pemanas berpindah melalui permukaan pemanasan dan menguapkan air dari larutan yang mendidih. Ada dua neraca entalpi yang diperlukan yaitu, satu untuk uap pemanas, dan satu lagi untuk sisi cairan atau uap larutan. B. Cara Kerja Evaporator Proses evaporasi yang dilakukan adalah untuk menghilangkan atau mengurangi kadar air yang bertujuan untuk meningkatkan konsentrasi dari suatu bahan makanan cair. Salah satu tujuan dari operasi ini adalah untuk mengurangi volume dari suatu produk sampai batas-batas tertentu tanpa menyebabkan kehilangan zat-zat yang menggandung gizi. Pengurangan volume produk akan mengakibatkan turunnnya biaya pengangkutan. Disamping itu juga akan meningkatkan efesiensi penyimpanan dan dapat membantu pengawetan atas dasar berkrangnya jumlah air bebas yang dapat digunakan oleh mikroorganisme untuk kehidupannya. Salah satu contoh untuk pengawetan adalah susu kental manis. Menaikkan konsentrasi dari fraksi padatan didalam produk bahan makanan cair adalah dengan menguapkan air bebas yang ada di dalam produk. Proses penguapan ini dilakukan dengan menaikkan temperatur produk sampai titik didih dan menjaganya untuk beberapa waktu sampai konsentrasi yang diinginkan. Ada 4 komponen dasar yang dibutuhkan untuk melakukan penguapan : a. Sebuah tabung penguapan b. Alat pemindah panas c. Sebuah kondensor d. Sebuah metode untuk menjaga tekanan pada vakum Keempat komponen utama ini harus diperhatikan dalam merencanakan suatu evaporator. Sistem tekanan vakumnya harus dapat mengalirkan gas yang tidak terkondensasi agar bisa menjaga tekanan vakum yang diinginkan di dalam tabing penguapan. 3
C. Prinsip kerja evaporasi Prinsip kerja peralatan evaporator adalah berdasarkan pada penurunan tekanan menyebabkan turunnya titik didih cairan. Kevakuman dalam evaporator ditentukan oleh efisiensi pompa yang mana hal itu tergantung pada derajat kondensi uap dalam kondensor. Pada kondensi akan berlangsung sesuai dengan banyaknya semprotan air yang didinginkan ke bagian puncak dari kondensornya. Panas yang dibutuhkan unutk penguapan cairan adalah berasal dari steam. Steam tersebut mengalami pengembunan (dikondensikan) pada tabung dan bersamaan dengan itu memberikan panasnya untuk penguapa. Steam yang telah diambil panasnya itu disebut juga kondensat, kemudian dipindahkan dari dasar calandria dan ditarik melalui kondensor menuju pompa. Calandria adalah tabung dimana terjadi pergerakan bahan pangan. Bahan cair yang akan diringkatkan konsentrasinya akan bersikulasi terus menerus pada alat dalam supaya untuk memperoleh perpindahan / Pergerakan yang maksimala dalam calandria. Sirkulasi yang cepat akan mengurangi resiko terjadinya pengendapan pada permukaan tabung dan dengan cepat membebaskan gelembung uap dari bahan cair selama dalam perjalanan melaui evaporator. Beberapa peralatan penguapan dapat langsung dipanasi dengan api. Api yang memanasi dinidng ketel dan secara konduksi akan memanasi bahan yang terletak di dalam alat penguap. Akan tetapi umumnya evaporator mempergunakan panas tidak langsung dalam penguapannya. Umumnya medium yang membawa panas adalah uap yang diperoleh dari boiler atau dari suatu tahapan penguapan dalam alat penguapan. Perputaran bahan cair di dalam alat penguapan merupakan hal yang penting. Sebab perputaran dapat mempengaruhi laju pindah panas dan dengan perputaran bahan yang baik akan meningkatkan laju penguapan. Evaporator ada dua jenis tabung, yaitu evaporator tabung panjang ( Long Tube Evaporator ) dan evaporator tabung pendek ( Short Tube Evaporator ) : 1. Long tube evaporator Waktu pembersihan lebih pendek Efektif untuk memekatkan cairan yang memepunyai kecenderungan untuk berbusa 4
Efektif untuk menangani material yang sensitif terhadap panas karena evaporator ini dapat dioperasikan tanpa resirkulasi. Kapasitasnya besar Permukaan panas yang lebih besar daripada evaporator yang lainnya Biaya tinggi Umumnya membutuhkan resirkulasi pada evaporator falling film Tidak diperuntukkan untuk garam dan liquid yang dapat menggumpal Heat transfer tidak efektif pada beda temperatur untuk climbing film evaporator. 2. Short tube evaporator Relatif lebih murah serta pengoperasian dan pembersihannya lebih mudah.(ulrich, 1984) Dapat beroperasi dengan jangkauan konsenterasi yang cukup luas antara umpan dan cairan pekat dalam satu unit saja. Cocok untuk evaporasi efek tunggal. Umumnya dioperasikan dengan sirkulasi alamiah (natural evaporator) Dapat digunakan untuk larutan yang memebentuk deposit padatan,karena padatan yang terbentuk dapat dibersihkan secara mekanis. Tidak cocok menguapkan larutan dalam masa yang singkat. Tidak cocok untuk memekatkan zat cair yang peka terhadap panas Tidak cocok untuk memekatkan larutan yang sangat viskous dan mudah membentuk busa. Prinsip kerja short tube evaporator Di dalam evaporator ini terdapat suatu kolam zat cair. Dimana umpan masuk akan bercampur dengan zat cair di dalam kolam, dan campuran itu lalu dialirkan melalui tube-tube evaporator. Zat cair yang tidak menguap dikeluarkan dari tube dan kembali ke kolam,sehingga hanya sebagian saja dari keseluruhan evaporasi yang berlangsung dalam satu lewatan. Zat cair yang menguap akan mengisi daerah bagian atas evaporator dan dikeluarkan melalui pipa uap. 5
Sementara cairan pekat dari evaporator dikeluarkan dari kolam melalui pipa cairan dibagian bawah evaporator. Sifat-sifat penting dari zat cair yang dievaporasikan: 1. Konsentrasi Umpan masuk evaporator cukup encer yaitu mempunyai viskositas < 10cP, sehingga cocok menggunakan short tube evaporator. Dimana short tube evaporator cocok untuk fluida dengan viskositas < 10cP. 2. Pembentukan busa Cairan yang akan dipekatkan di evaporator ini yaitu H 2 SO 4. H 2 SO 4 ini pada waktu di evaporasi cenderung tidak membentuk busa, sehingga cocok menggunakan short tube evaporator. Dimana short tube evaporator tidak cocok untuk memekatkan larutan yang mudah memebentuk busa. Jika cairan yang diuapkan membentuk busa, maka busa yang stabil akan ikut keluar evaporator bersama uap dan menyebabkan banyaknya bahan yang ikut terbawa. 3. Kepekaan terhadap suhu Temperatur operasi yang digunakan yaitu 100 o C. Dimana H 2 SO 4 tidak peka terhadap suhu tersebut, sehingga cocok menggunakan short tube evaporator. Dimana short tube evaporator tidak cocok untuk memekatkan zat cair yang peka terhadap panas. 4. Kerak Larutan yang dipekatkan cenderung membentuk kerak, sehingga cocok menggunakan short tube evaporator. Dimana short tube evaporator cocok untuk larutan yang memebentuk deposit padatan, karena padatan yang terbentuk dapat dibersihkan secara mekanis. 6
D. Macam-macam Peratalan Evaporasi (Evaporator) 3.1 Evaporator Standar Dengan Sirkulasi Natural Uap Umpan Aliran sirkulasi cairan Steam Pendidihan di dalam tabung drips Steam mengembun di luar tabung Cairan kental Diagram penampang melintang evaporator standar tabung vertikal dengan sirkulasi natural 9 Evaporator sirkulasi natural bekerja dengan memanfaatkan sirkulasi yang terjadi akibat perbedaan densitas yang terjadi akibat pemanasan. Pada evaporator tabung, saat air mulai mendidih, maka buih air akan naik ke permukaan dan memulai sirkulasi yang mengakibatkan pemisahan liquid dan uap air dibagian atas dari tabung pemanas. Jumlah evaporasi bergantung dari perbedaan temperatur uap dengan larutan. Sering kali pendidihan mengakibatkan sistem kering. Untuk menghindari hal ini dapat digunakan sirkulasi paksa, yaitu dengan menambahkan pompa untuk meningkatkan tekanan dan sirkulasi sehingga pendidihan tidak terjadi. 7
3.2 Evaporator Tabung Horizontal Evaporator tabung horizontal merupakan evaporator jenis klasik yang telah lama digunakan. Larutan yang akan dievaporasikan berada diluar tabung horizontal dan uap mengalir didalam 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 lain, ini bermanfaat khususnya unutk mengevaporasikan larutan yang viskos. Evaporator tabung horizontal biasanya digunakan unutk kapasitas yang kecil dan untuk mengevaporasikan larutan yang encer dan larutan ini tidak berbusa dan tidak meninggalkan deposit pada tabung evaporator. 8
3.3 Evaporator Tabung Vertikal Pada evaporator sirkulasi paksa, cairan yang akan di evaporasikan dipompakan melewati penukar panas (heat exchanger) dimana media pemanas mengelilingi pipa-pipa yang membawa cairan yang akan dievaporasikan. Gabungan penurunan tekana dan head hidrostatik didalam alat ini adalah cukup besar unutk mencegah larutan mendidih di dalm pipa penukar panas, sehingga uap yang dihasilkan akan tersembur keluar pada saat cairan memasuki ruang kosong di dalam tabung. 9
3.4 Evaporator Tabung Panjang Vertikal Evaporator vertikal tabung panjang tabung-tabungnya biasanya mempunyai panjang 12ft- 20ft dengan diameter 1inci-2inci. Bagian utama dari evaporator jenis-jenis ini adalah sebuah penukar panas jenis tabung dengan uap dalam selongsong, dan zat cair yang akan dipekatkan didalam pipa atau tabung. Sebuah separator (pemisah) atau ruang uap (vapour space) unutk memisahkan zat cair yang terbawa ikut dari uap, dan bila alat ini dioperasikan sebagai unit sirkulasi maka sebuah kaki pemulang (return leg) unutk mengembalikan zat cair dari separator ke bagian bawah penukar panas. 10