2. 2
I. PENDAHULUAN
Definisi: Evaporasi, salah satu metoda 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. Pengurangan volume cairan
c Untuk menurunkan aktivitas air
Cara kerja
Evaporasi dilakukan dengan menambahkan kalor pada larutan untuk
menguapkan bahan pelarut. Secara prinsip kalor dipasok untuk kalor
laten penguapan.
Syarat Perancangan:
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
3. 3
1.1 Konstruksi Dasar Evaporator
Sistem evaporator industri pada umumnya terdiri atas :
Sebuah penukar kalor untuk memasok kalor sensibel dan kalor laten
penguapan pada umpan. Di dalam industri bahan pangan, uap ( steam )
jenuh dipergunakan sebagai medium pemanas.
Sebuah separator yang di dalamnya uap dipisahkan dari fasa cair
kentalnya.
Sebuah kondensor untuk penghasil kondensasi uap dan pembuangan
dari sistem . Ini dapat dihilangkan jika sistem bekerja pada kondisi
atmosfir.
Di dalam industi bahan pangan, resiko kerusakan karena panas pada
cairan yang dikentalkan kadangkala meningkat jika evaporasi
dilakukan pada tekanan atmosfir sehingga biasanya penguapan
dilakukan pada tekanan lebih rendah dari pada tekanan atmosfir.
4. 4
1.2 Perpindahan Kalor di dalam Evaporator
1.2.1 Koefisien Perpindahan Kalor
Persamaan perpindahan kalor mempunyai bentuk :
Q= U A ΔT
dimana Q adalah perpindahan kalor per satu satuan waktu, U koefisien
perpindahan kalor keseluruhan, A luas permukaan perpindahan kalor dan
ΔT beda suhu antara dua arus.
1.2.2 Tahanan terhadap perpindahan kalor
a. Koefisien perpindahan kalor lapis film kondensasi pada sisi steam dari
penukar kalor .
b. Koefisien lapis film cairan yang sedang mendidih pada sisi cairan dari
penukar kalor.
c. Faktor karat atau fouling factors pada kedua dinding dalam dan luar
pembatas permukan perpindahan kalor .
d. Tahanan panas bahan dinding. The thermal resistance of the wall
material.
5. 5
1.2.3 Kenaikan Titik Didih
a. Kenaikan titik didih larutan
Kenaikan titik didih larutan lebih tinggi dari pada pelarut
murni pada tekanan yang sama . Semakin kental larutan,
semakin tinggi titik didih.
b. Metode sederhana untuk memperkirakan kenaikan titik
didih adalah dengan menggunakan hukum Dühring, yang
menyatakan bahwa terdapat hubungan linier antara suhu
didih larutan dan suhu didih air pada tekanan yang sama.
Kaitan linier tersebut tidak berlaku pada jangkaua suhu yang
lebar, hanya pada jangkaua yang dapat diterima saja.
6. 6
1.3 Pengaruh sifat-sifat larutan umpan terhadap evaporasi
Dasar pemilihan tipe evaporator :
Kekentalan
Fouling
Entrainment dan Foaming
Kepekaan suhu
Kehilangan Aroma
1.4 Neraca Masssa
Neraca massa menyatakan bahwa :
input = output
7. 7
II . Peralatan Yang Digunakan Untuk Evaporasi
Tipe-tipe evaporator tersedia sebagai berikut :
• Evaporator Sirkulasi Natural
• Evaporator pan terbuka
• Tabung horizontal pendek
• Tabung vertical pendek
• Evaporator sirkulasi natural dengan kalandria luar
2.2 Forced Circulation Evaporators
2.3 Long Tube Evaporators
8. 8
Skema evaporator :
dimana :
m : massa (kg)
T : suhu (0C)
H : enthalpi (kJ/kg)
x : kadar (%)
y : kadar (%)
W: berat ( N)
subkrip:
f : umpan
u : uap air
s : steam
L : larutan
i : inlet
o : outlet
11. 11
Diagram penampang melintang evaporator tabung
vertikal dengan sirkulasi paksa
Uap
drips
Baffle untuk pemisah
cairan dan uap
Pendidihan di dalam
tabung
Resirkulasi
Cairan kental keluar
Steam ( mengembun
di luar tabung)
Ruang pemisah
entrainment
12. 12
Contoh
Evaporator Efek Tunggal
Sebuah evaporator efek tunggal digunakan untuk mengentalkan 7 kg/s
larutan dari 10 menjadi 50% padatan. Steam tersedia pada 205 kN/m2 dan
evaporasi berlangsung pada 13.5 kN/m2. Jika koefisien perpindahan kalor
keseluruhan 3 kW/m2.K, hitunglah pemukaan pemanasan yang diperlukan
serta jumlah steam yang digunakan jika umpan ke evaporator berada
pada 294 K dan kondensat keluar dari ruang pemanasan pada 352.7 K.
diketahui kalor spesifik larutan 10% = 3.76 kJ/kg.K; kalor spesifik larutan
50% = 3.14 kJ/kg.K. Asumsikan tidak ada kenaikan titik didih.
Solusi:
Dari tabel uap, dengan asumsi steam kering dan jenuh pada 205 kN/m2,
suhu steam = 394 K dan enthalpi total= 2538 kJ.kg-1.
Pada 13.5 kN/m2 air mendidih pada 325 K. Selama tidak ada kenaikan titik
didih, akan dipakai sebagai suhu evaporasi. Enthalpi total steam pada 325
K adalah 2594 kJ/kg.
Umpan yang mengandung 10 % padatan dipanaskan dari 294 K sampai
325 K yang merupakan suhu operasi evaporasi berlangsung.
13. 13
Neraca massa
Padatan Air Total
kg/s kg/s kg/s
Umpan 10% 0.7 6.3 7
Produk 50% 0.7 0.7 1.4
Evaporasi 5.6 5.6
Dengan menggunakan suhu acuan 273 K:
Kalor masuk bersama umpan= (7.0 ´ 3.76) (294 - 273) = 552.7 kW
Kalor keluar bersama produk = (1.4 ´ 3.14) (325 - 273) = 228.6 kW
Kalor keluar bersama air teruapkan = (5.6 ´ 2594) = 14 526 kW
kalor terpindah dari steam = (14 526 - 228.6) - 552.7 = 14 202 kW
Steam mengembun keluar pada 352.7 K, dengan enthalpi = 4.18 (352.7 -
273) = 333.2 kJ/kg
kalor terpindah dari 1 kg steam = (2538 - 333.2) = 2204.8 kJ/kg
maka steam yang dibutuhkan = 14202 kW/ (2204.8 kJ /kg)= 6.44 kg/s
14. 14
Beda antara suhu steam yang mengembun dan suhu air yang menguap sebagai
pemanasan pendahuluan larutan yaitu
DT = (394 - 325) = 69 K
Jadi
A , luas permukaan pemanasan ruang evaporator = 68,6 m2
T
U
Q
A
69
3
14202
A
15. 15
LATIHAN
Sebuah evaporator efek tunggal digunakan untuk
mengentalkan 350 kg/menit larutan dari 15 menjadi
57% padatan. Steam tersedia pada 205 kN/m2 dan
evaporasi berlangsung pada 0.15 atm. Jika koefisien
perpindahan kalor keseluruhan 975 W/m2.K,
hitunglah pemukaan pemanasan yang diperlukan serta
jumlah steam yang digunakan jika umpan ke
evaporator berada pada 304 K dan kondensat keluar
dari ruang pemanasan pada 367.5 K. diketahui kalor
spesifik larutan 15% = 3.68 kJ/kg.K; kalor spesifik
larutan 57% = 3.01 kJ/kg.K. Asumsikan tidak ada
kenaikan titik didih.
