MULTIPLE EFFECT EVAPORATOREVAPORATOR EFEK TUNGGAL MEMERLUKAN SEKITAR 1 KG STEAM UNTUK MENGUAPKAN 1 KG AIR. KINERJA SISTIM EVAPORATOR INI DAPAT DITINGKATKAN DENGAN OPERASI EFEK GANDA SISTIM VAPOR RECOMPRESSION SIKLUS HEAT PUMPSISTIM EFEK GANDA DIPERKENALKAN PERTAMA KALI OLEH RILLIEUX PADA TH. 1830. PADA SISTIM INI, UAP AIR DARI EFEK PERTAMA DIMANFAATKAN SEBAGAI PEMANAS PADA EVAPORATOR EFEK KEDUA DENGAN TITIK DIDIH YANG LEBIH RENDAH. HAL INI DIMUNGKINKAN DENGAN MENGOPERASIKAN EVAPORATOR EFEK KEDUA PADA TEKANAN YANG LEBIH RENDAH DARI PADA EFEK PERTAMA, DEMIKIAN SETERUSNYA. PADA SISTIM EFEK GANDA INI, EFEK TERAKHIR DIOPERASIKAN PADA TEKANAN VAKUM. DENGAN SISTIM EVAPORATOR EFEK GANDA KEBUTUHAN STEAM DIPERKECIL. SISTIM EVAPORATOR N EFEK KIRA-KIRA MEMERLUKAN 1/N KG STEAM UNTUK MENGUAPKAN 1 KG AIR, ATAU STEAM ECONOMY NYA, YAITU KG AIR YANG DIUAPKAN PER KG STEAM YANG DIGUNAKAN, ADALAH SEKITAR N

ADA BEBERAPA SISTIM EVAPORATOR EFEK GANDA YAITU: FEED FORWARD DAN FEED BACKWARDFEED FORWARDFEED BACKWARDFeed Forward digunakan bila larutan pekat sangat peka terhadap panasFeed Backward digunakan bila larutan pekat sangat viskusMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

MULTIPLE EFFECT EVAPORATORLANGKAH-LANGKAH PERHITUNGANTentukan titik didih larutan pada efek terakhir, T3, dari konsentrasi larutan produk dan tekanan pada efek terakhir, T3=T30+BPR3 dimana T30=TSAT(P3). Tentukan beda suhu total: T=TS-T30. Tentukan jumlah total uap dari neraca bahan overall. Buat trial awal untuk jumlah uap tiap efek dengan menganggap jumlah uap tiap efek sama. Buat neraca bahan tiap efek untuk mendapatkan L1, L2, dan L3..Kemidian hitung konsentrasi solid dalam tiap efek dengan solid balance, Hitung Teff dimana Teff=T-BPRHitung T1, T2, T3: Kemudian hitung titik didih tiap-tiap efek: T1=TS-T1, dan T10=T1-BPR1, P1=P1SAT(T10), T2=T10-T2, T20=T2-BPR2, P2=P2SAT(T20), T3=T30+ BPR3Dari neraca bahan dan neraca energy tiap efek hitung kembali jumlah uap dan liquid keluar tiap efek. Bandingkan dengan yang diasumsi pada langkah 2. Bila mendekati, lanjut ke step 5, bila berbeda jauh, ulangi step 2Dari Capacity equation tiap efek hitung luas perpindahan panas tiap efek. Bila tidak sama, maka adakan koreksi terhadap beda suhu tiap efek. Ulangi perhitungan dari step 3

MULTIPLE EFFECT EVAPORATORMATERIAL BALANCE: SISTIM TOTAL: F = L3 + (V1+V2+V3) F XF = L3 X3 EFEK 1: F = L1+V1 (OVERALL) ; F XF = L1 X1 (SOLID) EFEK 2: L1 = L2 + V2 (OVERALL); L1 X1 = L2 X2 (SOLID) EFEK 3: L2 = L3 + V3 (OVERALL); L2 X2 = L3 X3 (SOLID)

MULTIPLE EFFECT EVAPORATORENERGY BALANCE: SUHU REFERENCE O0C EFFECT 1: F Cp (TF-0) + S S1 = L1 Cp (T1 0) + V1 HV1 EFFECT 2: L1 Cp (T1 0) + V1 S2 = L2 Cp (T2 0) + V2 HV2 EFFECT 3: L2 Cp (T2 0) + V2 S3 = L3 Cp (T3 0) + V3 HV3 BILA KENAIKAN TITIK DIDIH DIABAIKAN EFEK 1: F Cp (TF-T1) + S S1 = V1S2 (SUHU REFERENCE=T1) EFEK 2: L1 Cp (T1-T2) + V1S2 = V2 S3 (SUHU REFERENCE=T2) EFEK 3: L2Cp(T2 T3 )+ V2S3= V3 S4 (SUHU REFERENCE=T3)

CONTOH SOAL-1Suatu evaporator tiga efek digunakan untuk menguapkan larutan gula yang mengandung 10% berat solid ke konsentrasi 50% berat solid. Kenaikan titik didih bisa diestimasi dari persamaan BPR0C=1.78 X + 6.22 X2dimana x adalkah fraksi berat gula dalam larutan.Digunakan steam jenuh pada tekanan 205.5 kPa (121.10C).Tekanan pada efek ketiga adalah 13.4 kPa. Laju alir umpan adalah 22680 kg/jam pada suhu 26.70C. Kapasitas panas larutan dinyatakan dengan Cp=4.19-2.35 x kJ/kg K. Panas pelarutan diabaikan. Koefisien perpindahan panas overall tiap efek sudah diestimasi yaitu: U1=3123, U2 =1987, U3 =1136 W/M2k. Bila tiap efek mempunyai luas perpindahan panas yang sama, maka hitung luas perpindahan panas, jumlah steam yang dibutuhkan dan steam economy. MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

PENYELESAIANStep 1: Pada P3=13.4 kPa, suhu jenuh air adalah 51.670C dari steam table. Untuk x3=0.5, didapat BPR3=2.450C, T3=T30+BPR3= 51.67+2.45=54.120C.Step 2:Hitung L3: Solid balance FxF = L3x3 + 0 22680(0.1)=L3(0.5) L3=4536 kg/jamHitung Total penguapan: F = L3 + (V1+V2+V3) V1+V2+V3=F-L3=22680-4536=18144Asumsi V1=V2=V3=18144/3=6048 kg/jamNeraca bahan efek 1: F=V1+L122680=6048+L1 L1=16632 kg/jNeraca bahan efek 2: L1=V2+L2 16632=6048+L2 L2=10584 kg/jNeraca bahan efek 3: L2=V3 + L3 10584=6048+L3 L3=4536 kg/jSolid balance efek 1: FxF = L1x1 22680(0.1)=16632 x1 x1 = 0.136Solid balance efek 2: L1x1 = L2 x2 16632(0.136)=10584 x2 x2 = 0.214Solid balance efek 3: L2x2 = L3 x3 10584(0.214)=4536 x3 x3 =0.5

MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

STEP 3:Hitung BPR: BPR1=1.78 x1+6.22 x12=1.78(0.136)+6.22(0.136)2=0.360C BPR2 =1.78 x2 +6.22 x22 =1.78(0.214)+6.22(0.214)2 =0.65C BPR3 =1.78 x3 +6.22 x32 =1.78(0.5)+6.22(0.5)2 =2.450 CHitung Tavailable: Tavailable=T-BPR=TS1-T30-(BPR1+BPR2+BPR3) = 121.1-51.67-(0.36+0.65+2.45)=65.90CHitung Ti: T1=T (1/U1)/(1/U1+1/U2+1/U3)= = 65.97(1/3123)/(1/3123+1/1987+1/1136)=12.40C Dengan cara sama didapat T2=19.50C, T3=34.070CHitung suhu masing-masing efek: T1=TS1-T1=121.1-15.56=105.540C TS2=T1-BPR1=105.54-0.36=105.180C, T2=TS2-T2=105.18-19.5=86.840CMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

STEP 4Kapasitas panas liquid: F : Cp=4.19-2.35 (0.1) =3.955 kJ/kg.K L1: Cp=4.19-2.35 (0.136)=3.869 L2: Cp=4.19-2.35 (0.214)=3.684 L3: Cp=4.19-2.35 (0.5) =3.015Enthalpy uap dan panas laten pengembunan: Efek 1: HV1=HS2+Cpv( BPR1)= 2684+ 1.884 (0.36) =2685 kJ/kg S1 = HS1-hS1 = 2708-508= 2200 kJ/kg Efek 2: HV2 = HS3 + Cpv (BPR2) = 2654 + 1.884 (0.65) = 2655 kJ/kg S2 = HV1-hS2 = 2685 441 = 2244 kJ/kg Efek 3: HV3 = HS4 + Cpv (BPR3)=2595 + 1.884 (2.45)= 2600 kJ/kg S3 = HV2 hS3 = 2655 361 = 2294 kJ/kgMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

NERACA BAHAN DAN ENERGY EFEK 1: F=V1 + L1 V1 = 22680 L1 F Cp (TF 0) + S S1 = L1Cp (T1 0) + V1HV1 22680(3.955)(26.7)+S(2200)=L1(3.869)(105.54)+(22680-L1)(2685) EFEK 2: L1= V2 + L2 V2 = L1 L2 L1Cp (T1-0)+V1S2=L2Cp(T2-0)+V2HV2 L1(3.869)(105.54)+(22680-L1)(2244)=L2(3.684)(86.84)+(L1-L2)(2655) EFEK 3: L2 = V3 + L3 V3 = L2 L3 L2Cp(T2-0)+V2S3=L3Cp(T3-0)+V3HV3 L2(3.684)(86.84)+(L1-L2)(2294)=4536(3.015)(54.12)+(L2-4536)(2600) DIDAPAT: L1=17078, L2 = 11068, L3=4536 kg/j S=8936, V1=5602, V2 = 6010, V3 = 6532 kg/j HARGA V1 , V2 , V3 YANG DIHITUNG INI CUKUP DEKAT DENGAN HARGA YANG DIASUMSIMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

STEP 5HITUNG LUAS PERPINDAHAN PANAS MASING-MASING EFEKQ1=SS1=U1A1T1 (89360/3600)(2200 x 1000)=(3123)A1(15.56)A1=112.4 m2Q2=V1S2=U2A2T2 (5602/3600)(2244x1000)=(1987)A2(18.34)A2=95.8 m2Q3=V2S3=U3A3T3 (6010/3600)(2294x1000)=(1136)A3(32.07)A3=105.1 m2LUAS RATA-RATA, Am=104.4 m2. PERBEDAAN LUAS MASING-MASING EFEK DENGAN HARGA RATA-RATA KURANG DARI 10%. SEBENARNYA TAK DIPERLUKAN TRIAL KEDUA. TAPI UNTUK MENJELASKAN METODA PERHITUNGAN NYA, DISINI DILAKUKAN TRIAL KEDUA DENGAN MENGULANG MULAI STEP KEDUA MENGGUNAKAN HARGA L1 DAN L2 YANG BARU YANG DIHITUNG PADA STEP 4.STEP 2 ULANGAN22680 (0.1)= 17078 x1 x1 = 0.13317078 (0.133)=11068 x2 x2 = 0.20511068 (0.205)= 4536 x3 x3 = 0.5 MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

STEP 3 ULANGANBPR1 =1.78 x1 + 6.22 x12 = 1.78 (0.133) + 6.22 (0.133)2 = 0.35BPR2 =1.78 x2 + 6.22 x22 = 1.78 (0.205) + 6.22 (0.205)2 = 0.63BPR3 =1.78 x3 + 6.22 x32 = 1.78 (0.5) + 6.22 (0.5)2 = 2.45Tavailable=121.1-51.67 (0.35+0.63+2.45)=660CHARGA BARU BEDA SUHU: T1 =A1 T1/Am=15.56 (112.4)/104.4 = 16.77 T2 =A2 T2/Am = 18.34 (95.8)/104.4 = 16.87 T3=A3 T3/Am = 32.07 (105.1)/104.4 = 32.36SUHU MASING-MASING EFEK: T1=TS1- T1= 121.1 16.77 = 104.330C, TS1 = 121.10C TS2=T1-BPR1=104.330.35=103.98, T2=TS2-T2=103.98-16.87=87.110C TS3=T2-BPR2=87.11-0.63=86.480C, T3=TS3-T3=86.48-32.36=54.120CMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

STEP 4 ULANGANKAPASITAS PANAS LIQUID: Cp=4.19-2.35 x ALIRAN F L1 L2 L3 x 0.1 0.133 0.205 0.5 Cp, kJ/kg K 3.955 3.877 3.708 3.015HARGA ENTHALPY DAN PANAS LATEN PENGEMBUNAN HV1=HS2 + 1.884 BPR1= 2682+1.884(0.35)=2683 kJ/kg S1=HS1-hs1= 2708 508 = 2200 kJ/kg HV2 =HS3 + 1.884 BPR2 = 2654+1.884(0.63)=2655 kJ/kg S2 =HV1 hS2 = 2683 440 = 2243 kJ/kg HV3 =HS4 + 1.884 BPR3 = 2595+1.884(2.45)=2600 kJ/kg S3=HV2 hS3 = 2655 362 = 2293 kJ/kgMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

STEP 4 ULANGANENERGY BALANCE:22680(3.955)(26.7-0)+S(2200)=L1(3.877)(104.33-0)+(22680-L1)(2683)L1(3.877)(104.33-0)+(22680-L1)(2243)=L2(3.708)(87.11-0)+(L1-L2)(2655)L2(3.708)(87.11-0)+(L1-L2)(2293)=4536(3.015)(54.12-0)+(L2-4536)(2600)DIDAPAT: L1=17005, L2=10952, L3=4536, S=8960 kg/j V1=5675, V2=053, V3=6416 kg/jSTEP 5 ULANGAN: CAPACITY EQUATION: Q1=SS1=U1A1T1(8960/3600)(2200x1000)=3123 A1(16.77)A1=104.6 m2 Q2=V1S2=U2A2T2(5675/3600)(2243x1000)=1987 A2(16.87)A2=105.6 m2 Q3=V2S3=U3A3T3(6053/3600)(2293x1000)=1136 A3(32.36)A3=104.9 m2 LUAS RATA-RATA, Am=105 m2. STEAM ECONOMY = (5675+6053+6416)/8960 = 2.025MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

CONTOH SOAL-2 4 kg/s suatu cairan yang mengandung 10% solid dialirkan pada 294 K ke efek pertama dari unit evaporator tiga efek. Cairan dengan kandungan 50% solid akan dikeluarkan dari efek ketiga yang beroperasi pada tekanan 13 kN/m2 (0.13 bar). Cairan mmpunyai panas jenis 4.18 kJ/kg K dan kenaikan titik didih diabaikan. Steam jenuh kering pada 205 kN/m2 dialirkan ke ruang pemanas efek pertama, dan kondensat dikeluarkan pada suhu steam didalam masing-masing efek. Ketiga efek mempunyai luas perpindahan panas yang sama. Harga koefisien perpindahan panas pada efek pertama, kedua, dan ketiga berturut-turut adalah 3.1, 2.0, dan 1.1 kW/m2.Tentukan luas perpindahan panas dan laju steam yang dibutuhkan.Seperti A) tapi sistim evaporator yang digunakan adalah feed backward ( feed masuk pada efek ketiga dan produk cairan pekat dikeluarkan pada efek pertama). Pda sistim harga koefisien perpindahan panas untuk efek pertama, kedua dan ketiga beturut-turut adalah 2.5, 2.0, dan 1.6 kW/m2KMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

PEYELESAIANSistim Feed Forward:Step 1:Suhu steam jenuh kering pada 205 kN/m2 adalah 394 K, dan pada tekanan 13 kN/m2 suhu didih air adalah 325 K. Sehingga beda suhu total T=394-325=69 K.Step 2:Neraca bahan solid keseluruhan efek: F xF = L3x3 4(0.1)=L3 (0.5) L3=0.8 kg/sNeraca bahan total kesluruhan efek: F = L3 + (V1+V2+V3) 4 = 0.8 + (V1+ V2 +V3) V1+ V2 + V3 = 4 - 0.8 = 3.2 kg/sNeraca bahan total efek 1: F = V1+L1 L1=4 V1Neraca bahan total efek 2: L1 = V2 + L2 L2 = L1 V2Karena tak ada kenaikan titik didih maka tak perlu trial V1, V2 dan V3 dalam rangka menentukan konsentrasi solid didalam tiap efek.MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

Step 3:Trial beda suhu tiap efek: T1= T (1/U1)/(1/U1 + 1/U2 + 1/U3)=69 (1/3.1)/(1/3.1 + 1/2.0 + 1/1.1)=13 K T2 = T (1/U2)/(1/U1 + 1/U2 + 1/U3)=69 (1/2.)/(1/3.1 + 1/2.0 + 1/1.1)= 20 K T3 = T (1/U3)/(1/U1 + 1/U2 + 1/U3)=69 (1/1.1)/(1/3.1 + 1/2.0 + 1/1.1)= 36 KKarena suhu umpan dingin maka T1 ditrial lebih besar sedikit dari yang dihitung diatas. Maka dipilih harga berikut: T1=18 K, T2 = 17 K, T3 = 34 K.Suhu tiap efek: T1=TS1 T1 18 = 394 T1 T1 = 376 K, TS2 = T1 = 376 K T2 = TS2 T2 17 = 376 T2 T2 = 359 K, TS3 = T2 = 359 K T3 = TS3 T3 34 = 359 T3 T3 = 325 K, TS4 = T3 = 325 KStep 4:Panas Laten pengembunan uap air: TS1 = 394 K S1= 2200 kJ/kg TS2 = 376 K S2 =2249 kJ/kg TS3= 359 K S3 = 2293 kJ/kg TS4= 325 K s4= 2377 kJ/kg MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

Neraca panas tiap efek:Efek 1: S S1 = FCp(T1- TF)+V1 S2 2200 S = 4 (4.18)(376-294)+2249 V1 (1)Efek 2: V1S2+(F-V1)Cp(T1-T2)=V2S3 2249 V1+(4-V1)4.18(376-359)=2293 V2 (2)Efek 3: V2S3+(F-V1-V2)Cp(T2-T3)=V3S4 2293 V2+(4-V1-V2)4.18(359-325)=2377 V3 (3)Sedangkan total penguapan V1+ V2 + V3 = 3.2 (4)Dari ke empat persamaan ini diperoleh: V1=0.991, V2=1.065, V3=1.144, dan S=1.635 kg/sNeraca bahan efek 1: Total: L1=4-V1=4-0.991=3.009 Solid: FxF=L1x1 x1 = 4(0.1)/(3.009)=0.133Neraca bahan efek 2: Total: L2 =L1 V2 = 3.099 1.065 = 2.034 kg/s Solid: L1x1 = L2 x2 x2 = 3.009(0.133)/2.034=0.205MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

Step 5:Perhitungan luas perpindahan panas dari capacity equation 64.5 m2 65.6 m2 65.3 m2Ketiga luas perpindahan panas ini hampir sama, sehingga beda suhu untuk masing-masing efek yang diasumsi semula sudah benar. Luas perpindahan panas rata-rata: Am=(64.5+65.6+65.3)/3=65.13 m2Kebutuhan steam= 1.635 kg/sSteam economy= 3.2/1.635 = 2.0MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

PENYELESAIANSistim Feed Backward:Step 1:Suhu steam jenuh kering pada 205 kN/m2 adalah 394 K, dan pada tekanan 13 kN/m2 suhu didih air adalah 325 K. Sehingga beda suhu total T=394-325=69 K.Step 2:Neraca bahan solid keseluruhan efek: F xF = L1x1 4(0.1)=L1 (0.5) L1 =0.8 kg/sNeraca bahan total kesluruhan efek: F = L1 + (V1+V2+V3) 4 = 0.8 + (V1+ V2 +V3) V1+ V2 + V3 = 4 - 0.8 = 3.2 kg/sNeraca bahan total efek 3: F = V3 +L3 L3 =4 V3Neraca bahan total efek 2: L3 = V2 + L2 L2 = L3 V2=4 V3 V2Karena tak ada kenaikan titik didih maka tak perlu trial V1, V2 dan V3 dalam rangka menentukan konsentrasi solid didalam tiap efek.MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

Step 3:Trial beda suhu tiap efek: T1= T (1/U1)/(1/U1 + 1/U2 + 1/U3)=69 (1/2.5)/(1/2.5 + 1/2.0 + 1/1.6)=18 K T2 = T (1/U2)/(1/U1 + 1/U2 + 1/U3)=69 (1/2.)/(1/2.5 + 1/2.0 + 1/1.6)= 23 K T3 = T (1/U3)/(1/U1 + 1/U2 + 1/U3)=69 (1/1.6)/(1/2.5 + 1/2.0 + 1/1.6)= 28 KDipilih harga berikut: T1=20 K, T2 = 24 K, T3 = 25 K.Suhu tiap efek: T1=TS1 T1 20 = 394 T1 T1 = 374 K, TS2 = T1 = 374 K T2 = TS2 T2 24 = 374 T2 T2 = 350 K, TS3 = T2 = 350 K T3 = TS3 T3 25 = 350 T3 T3 = 325 K, TS4 = T3 = 325 KStep 4:Panas Laten pengembunan uap air: TS1 = 394 K S1= 2200 kJ/kg TS2 = 374 K S2 =2254 kJ/kg TS3= 350 K S3 = 2314 kJ/kg TS4= 325 K S4 = 2377 kJ/kg MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

Neraca panas tiap efek:Efek 3: V2 S3 = FCp(T3 - TF)+V3 S4 2314 V2 = 4 (4.18)(325-294)+2377 V3 (1)Efek 2: V1S2=(F-V3)Cp(T2 T3 )+V2S3 2254 V1= (4-V3)4.18(350-325)+2314 V2 (2)Efek 1: S S1 = (F-V2 V3 )Cp(T1 T2 ) + V1 S2 2200 S= (4-V2 V3 )4.18(374-350) + 2254 V1 (3)Sedangkan total penguapan V1+ V2 + V3 = 3.2 (4)Dari ke empat persamaan ini diperoleh: V1=1.261, V2=1.086, V3=0.853, dan S=1.387 kg/sNeraca bahan efek 3: Total: L3 =4-V3 =4-0.853=3.147 Solid: FxF=L3 x3 x3 = 4(0.1)/(3.147)=0.127Neraca bahan efek 2: Total: L2 =L3 V2 = 3.147 1.086 = 2.061 kg/s Solid: L2 x2 = L3 x3 x2 = 3.147(0.127)/2.061=0.194MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

Step 5:Perhitungan luas perpindahan panas dari capacity equation 61.0 m2 59.2 m2 62.8 m2Ketiga luas perpindahan panas ini hampir sama, sehingga beda suhu untuk masing-masing efek yang diasumsi semula sudah benar. Luas perpindahan panas rata-rata: Am=(61.0+59.2+62.8)/3=61 m2Kebutuhan steam= 1.387 kg/sSteam economy= 3.2/1.387 = 2.3MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR