-
TK-4090 KERJA PRAKTEK
ANALISA PERFORMA PRE-EVAPORATOR
LAPORAN TUGAS KHUSUS
KERJA PRAKTEK DI
PT RAYA SUGARINDO INTI
TASIKMALAYA-JAWA BARAT
Oleh :
Anggi Febrina (13010107)
Pembimbing :
Dr. I Gede Wenten
Iwan Hermawan
SEMESTER I 2013/2014
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
-
i
LEMBAR PENGESAHAN
LAPORAN KHUSUS
ANALISA PERFORMA PRE-EVAPORATOR
Anggi Febrina (13010107)
Catatan/komentar :
Tempat kerja praktek : PT. Raya Sugarindo Inti Tasikmalaya Jawa Barat Periode Kerja Praktek : 3 Juni 2013 31 Juli 2013
Telah diperiksa dan disetujui,
Pembimbing Lapangan
Iwan Hermawan
Kepala Bagian QA & QC
Tanggal :
Dosen Pembimbing
Dr. I Gede Wenten
Tanggal :
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti-Tasikmalaya ii
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ....................................................................................................................................................... ii BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................................................................1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................................................................1
1.2 Permasalahan ...........................................................................................................................................1
1.3 Tujuan ......................................................................................................................................................1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .........................................................................................................................2
2.1 Evaporasi .................................................................................................................................................2
2.1.1 Pengertian Evaporasi ...........................................................................................................................2
2.1.2 Manfaat Evaporasi di Industri .............................................................................................................2
2.1.3 Faktor-Faktor yang Mempercepat Proses Evaporasi ...........................................................................2
2.2 Evaporator ...............................................................................................................................................3
2.2.1 Jenis-Jenis Evaporator .........................................................................................................................3
2.2.2 Single Effect Evaporator (Evaporator Tunggal) ..................................................................................5
2.2.3 Multiple Effect Evaporator ..................................................................................................................5
2.2.4 Masalah-Masalah Pada Evaporator .....................................................................................................9
2.3 Evaporator PT Raya Sugarindo Inti ........................................................................................................9
BAB III METODOLOGI PELAKSANAAN ................................................................................................... 10
3.1 Teknik Pengumpulan Data ................................................................................................................... 10
3.2 Langkah Pengerjaan Tugas Khusus...................................................................................................... 10
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................................................................... 12
4.1 Kebutuhan Steam Evaporator ............................................................................................................... 12
4.2 Perhitungan Heat Loss pada Evaporator .............................................................................................. 13
4.3 Perhitungan Efisiensi Energi Evaporator ............................................................................................. 13
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................................................... 15
4.1 Kesimpulan ........................................................................................................................................... 15
4.2 Saran ..................................................................................................................................................... 15
DAFTAR PUSTAKA....................................................................................................................................... 16
LAMPIRAN A DATA LITERATUR .............................................................................................................. 17
A.1 Sifat Fisik Steam ................................................................................................................................... 17
A.2 Kecepatan Uap yang Direkomendasikan .............................................................................................. 17
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN................................................................................................... 18
B.1 Perhitungan Kebutuhan Steam Single effect evaporator ...................................................................... 18
B.2 Perhitungan Kebutuhan Steam Double effect evaporator .................................................................... 18
B.3 Perhitungan Kebutuhan Steam Triple effect evaporator ...................................................................... 21
B.4 Perhitungan Heat loss Evaporator ........................................................................................................ 25
B.5 Perhitungan Efisiensi Energi evaporator .............................................................................................. 25
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang PT Raya Sugarindo Inti merupakan salah satu industri yang memproduksi gula yang
dihasilkan dengan hidrolisis pati, yaitu tepung tapioka. Industri ini terletak di Desa Cikadondong,
Kecamatan Singaparna, Tasikmalaya, Jawa Barat. Dalam produksinya, dilakukan berbagai proses
yaitu pencampuran, hidrolisis, pemurnian, dan pemekatan. Gula yang dihasilkan oleh PT Raya
Sugarindo Inti memiliki spesifikasi brix yang berbeda-beda, tergantung dengan pemesanan. Untuk
mencapai brix yang diinginkan, perlu dilakukan tahap pemekatan dengan menggunakan evaporator
setelah melalui tahap pemurnian.
Evaporasi merupakan proses fisis perubahan cairan menjadi uap. Proses evaporasi bertujuan
untuk memekatkan larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tidak mudah menguap dan pelarut yang
mudah menguap. Air merupakan jenis pelarut yang kebanyakan ada pada proses evaporasi.
Evaporasi dilakukan dengan menguapkan sebagian dari pelarut sehingga dihasilkan larutan yang
pekat dengan konsentrasi yang lebih tinggi. Proses evaporasi di pabrik gula ini bertujuan untuk
mengurangi kadar air sehingga diperoleh brix yang lebih tinggi. Melalui proses evaporasi ini
diharapkan akan diperoleh sirup glukosa dengan brix 75% , 80%, 82%, dan 85%.
Alat yang digunakan dalam proses evaporasi ini adalah evaporator. Proses ini merupakan
salah satu proses yang menggunakan energi dalam jumlah besar. Tingginya kebutuhan energi dapat
juga berarti pembengkakan biaya produksi. Penghematan energi pada proses evaporasi ini
merupakan peluang untuk meningkatkan keuntungan perusahaan secara signifikan. Analisa
performa pre-evaporator dilakukan dengan menghitung dan membandingkan efisiensi dari alat
tersebut pada periode bulan Juli 2013. Dari hasil analisa performa tersebut dapat dianalisa peluang-
peluang modifikasi untuk meningkatkan kinerja alat tersebut.
1.2 Permasalahan Tahap pemekatan di PT Raya Sugarindo Inti Tasikmalaya terbagi menjadi dua tahap, yaitu
pemekatan awal dan pemekatan akhir. Pada pemekatan awal digunakan tiga jenis pre-evaporator,
yaitu single effect evaporator, double effect evaporator, dan triple effect evaporator. Selama ini PT
Raya Sugarindo Inti menggunakan pre-evaporator tanpa mengetahui manakah evaporator yang akan
memberikan performa dan efisiensi terbaik. Untuk itu dilakukan analisa performa pre-evaporator
untuk menentukan evaporator manakah yang memberikan efisiensi energi terbaik.
1.3 Tujuan Tujuan dari penyelesaian tugas khusus analisa performa pre-evaporator dalam proses
evaporasi di PT Raya Sugarindo Inti adalah :
Menentukan kebutuhan steam untuk masing-masing pre-evaporator (single effect evaporator, double effect evaporator, dan triple effect evaporator).
Membandingkan performa kerja pre-evaporator (single effect evaporator, double effect evaporator, dan triple effect evaporator).
Menentukan heat loss dalam proses evaporasi.
Menentukan efisiensi energi pre-evaporator.
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Evaporasi 2.1.1 Pengertian Evaporasi
Secara umum, evaporasi dapat didefinisikan dalam dua kondisi, yaitu proses penguapan yang
terjadi secara alami, dan proses penguapan yang timbul akibat diberikan uap panas (steam) dalam
suatu peralatan. Evaporasi adalah metode yang umum digunakan untuk meningkatkan konsentrasi
dari suatu larutan dengan cara menguapkan air yang terkandung dalam larutan melalui pendidihan
larutan tersebut di dalam suatu wadah dan mengambil uapnya (Richardson, dkk., 2002). Evaporasi
atau penguapan juga dapat didefinisikan sebagai perpindahan kalor ke dalam zat cair mendidih.
Evaporasi didasarkan pada proses pendidihan secara intensif yaitu pemberian panas ke
dalam cairan, pembentukan gelembung-gelembung (bubbles) akibat uap, pemisahan uap dari cairan,
dan pengkondensasian uap. Panas yang diberikan harus cukup untuk memenuhi kalor penguapan
agar proses evaporasi dapat berjalan dengan baik. Umumnya, panas diberikan oleh steam dan
selanjutnya terjadi perpindahan panas dari steam ke larutan melalui rangkaian susunan logam yang
berfungsi sebagai penukar panas di dalam evaporator. Efisiensi dari proses evaporasi dapat
dilakukan dengan memanfaatkan kalor yang tersimpan di dalam uap yang dihasilkan dari proses
evaporasi itu sendiri. Sistem vakum dapat pula digunakan pada proses ini agar proses evaporasi
berlangsung pada suhu rendah sehingga kerusakan produk dapat dihindari.
2.1.2 Manfaat Evaporasi di Industri Proses evaporasi memiliki berbagai manfaat dalam dunia industri. Di dalam pengolahan
hasil pertanian, proses evaporasi bertujuan untuk :
Meningkatkan konsentrasi/viskositas larutan sebelum diproses lebih lanjut. Sebagai contoh pada pengolahan gula diperlukan proses pengentalan nira tebu sebelum proses kristalisasi, spray
drying, drum drying, dan lainnya.
Pengurangan volume larutan sehingga dapat menghemat biaya pengepakan, penyimpanan, dan transportasi.
Menurunkan aktivitas air dengan cara meningkatkan konsentrasi solid terlarut sehingga bahan menjadi awet, misalnya pada pembuatan susu kental manis.
2.1.3 Faktor-Faktor yang Mempercepat Proses Evaporasi Setiap industri tentu menginginkan proses penguapan berlangsung dengan cepat. Beberapa
faktor yang dapat mempercepat proses evaporasi adalah :
Suhu Walaupun cairan dapat terevaporasi di bawah titik didihnya, namun prosesnya akan cepat terjadi
ketika suhu di sekeliling lebih tinggi. Hal ini terjadi karena evaporasi menyerap kalor laten dari
sekelilingnya. Dengan demikian, semakin hangat suhu sekeliling semakin banyak jumlah kalor
yang terserap untuk mempercepat evaporasi.
Kelembapan udara Jika kelembapan udara kurang, maka udara sekitar akan kering. Semakin kering udara (sedikit
kandungan uap air di dalam udara), maka semakin cepat proses evaporasi terjadi.
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 3
Tekanan Semakin besar tekanan yang dialami maka semakin lambat evaporasi terjadi.
Sifat cairan Cairan dengan titik didih yang lebih rendah akan terevaporasi lebih cepat daripada cairan yang
titik didihnya besar.
2.2 Evaporator Evaporator merupakan alat yang digunakan untuk mengubah sebagian atau keseluruhan
pelarut dari sebuah larutan cair menjadi uap sehingga dihasilkan produk yang lebih pekat. Pada
dasarnya semua jenis evaporator memiliki prinsip kerja yang sama. Salah satunya yaitu pemekatan
larutan berdasarkan perbedaan titik didih yang besar antara masing-masing zat. Selain itu evaporator
dijalankan pada suhu yang lebih rendah daripada titik didih normal. Tekanan mempengaruhi tinggi
rendahnya titik didih cairan murni. Begitu pula pada titik didih cairan dipengaruhi oleh tekanan dan
kadar air pada zat yang tidak mudah menguap seperti gula. Pada efek awal diperlukan adanya
pemanasan suhu yang lebih tinggi. Dan kenaikan titik adalah perbedaan titik didih larutan dan titik
didih cairan murni. Kebanyakan orang mengenal evaporator sebagai salah satu alat yang digunakan
dalam industri gula pasir.
Sistem evaporator pada industri umumnya terdiri dari :
Sebuah penukar kalor untuk memasok kalor sensibel dan kalor laten penguapan pada umpan. Di dalam industri biasanya 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 atmosfer.
Persamaan perpindahan kalor mempunyai bentuk :
Q=UADT
Dimana Q adalah kalor terpindah per satuan waktu, U merupakan koefisien perpindahan
kalor keseluruhan, A luas permukaan perpindahan kalor, dan DT beda suhu antara dua arus.
Tahanan terhadap perpindahan kalor meliputi :
(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 permukaan
perpindahan kalor.
(d) Tahanan panas bahan dinding.
2.2.1 Jenis-Jenis Evaporator Hingga saat ini dikenal banyak jenis evaporator di dunia industri. Beberapa jenis evaporator
yang umum digunakan menurut Richardson , dkk., (2002) adalah :
Evaporator with direct heating Evaporator with direct heating atau evaporator dengan pemanasan langsung adalah
evaporator dimana transfer panas langsung dilakukan dari sumber panas ke larutan ataupun
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 4
melalui wadah evaporator itu sendiri. Evaporator ini umumnya memiliki bentuk wadah yang
sederhana, namun membutuhkan panas yang tinggi. Salah satu contoh industri yang
menggunakan evaporator dengan pemanasan langsung adalah industri garam dari air laut.
Natural circulation evaporator Natural circulation evaporator merupakan evaporator yang sirkulasi larutan terjadi melalui
arus konveksi dari permukaan pemanas. Terdapat dua jenis natural circulation evaporator,
yaitu horizontal tubes dan vertical natural circulation evaporator. Pada horizontal tubes,
tube tube horizontal dipasang memanjang di antara dua plat tubular untuk tempat steam
mengalir, sedangkan di luarnya larutan akan dipanaskan dan dipisahkan dari uapnya. Pada
vertical evaporator, badan silinder vertical digunakan dengan tube-tube tertahan di antara
dua plat tubular yang memanjang dari satu bagian badan silinder ke bagian yang lain dan
steam akan mengalir pada bagian luar sedangkan larutan akan mengalir pada tube-tube
vertical yang tersususun pada bagian bawah evaporator dan sering disebut kalandria. Vertical
natural circulation evaporator banyak digunakan pada industri gula, sementara horizontal
tubes natural circulation evaporator digunakan untuk larutan dengan viskositas yang rendah.
Forced circulation evaporator Forced circulation evaporator adalah evaporator dimana sirkulasi larutan di dalam
evaporator dibantu oleh propeller ataupun pompa sirkulasi. Penambahan peralatan untuk
membantu sirkulasi dapat meningkatkan konsentrasi dari larutan yang dihasilkan karena
koefisien perpindahan panasnya dapat dijaga meskipun viskositas larutan akan terus
mengalami perubahan seiring dengan waktu. Peralatan tambahan akan menambah biaya
peralatan, namun efisisensi proses meningkat dan ukuran peralatan pun dapat diperkecil.
Forced circulation evaporators dapat digunakan untuk berbagai industri dengan larutan yang
kental.
Film type evaporator Film type evaporator adalah evaporator dengan bentuk tube yang panjang yang diposisikan
pada vertical steam chest. Pada evaporator ini, aliran yang terjadi di dalam tube adalah
larutan yang membentuk lapisan film di dalam tube dengan aliran uap sebagai pusatnya.
Terdapat dua macam film type evaporator yang banyak ditemukan di dunia industri, yaitu
climbing film evaporator dan falling film evaporator. Falling film evaporator memiliki
beberapa kelebihan, yaitu koefisien transfer panas yang tinggi, waktu tinggal yang rendah,
hilang tekan yang rendah, cocok untuk operasi vakum, memiliki rasio penguapan yang
tinggi, jangkauan operasi yang luas, aman dari risiko fouling, dan biaya operasi yang
minimum (Richardson, dkk., 2002).
Thin-layer evaporator Thin-layer evaporator adalah evaporator yang menggunakan energi mekanik untuk
membantu perpindahan panasnya. Biaya operasi per luas permukaan pemanas dari
evaporator ini sangat tinggi karena kapasitasnya yang kecil. Karena biayanya yang sangat
tinggi, evaporator ini umumnya hanya digunakan untuk bahan-bahan yang sangat kental
ataupun sangat sensitive terhadap panas sehingga membutuhkan waktu tinggal yang cepat.
Evaporator ini biasa dioperasikan pada perbedaan temperature yang tinggi sebagai single
effect evaporator.
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 5
Flash evaporator Flash evaporator adalah evaporator dimana pendidihan akan ditahan hingga larutan
mencapai kondisi superheated untuk kemudian dimasukkan ke dalam separator bertekanan
rendah sehingga larutan terpisah dari uapnya. Metode ini tidak dapat memaksimalkan
transfer panas pada tube-tubenya tetapi akan sangat efektif jika dioperasikan secara multiple
effect.
2.2.2 Single Effect Evaporator (Evaporator Tunggal) Pada single effect evaporator hanya terdapat satu badan penguapan. Bahan yang akan
dievaporasi masuk ke dalam ruang penguap dan diberi panas steam oleh satu luas permukaan pindah
panas. Uap yang dihasilkan dari evaporator tunggal akan menjadi produk buangan. Pada single
effect evaporator, energi yang digunakan tergolong besar, sehingga evaporator ini jarang digunakan
untuk industri besar seperti gula yang memiliki nilai jual rendah.
Gambar 2. 1 Single effect evaporator
2.2.3 Multiple Effect Evaporator A. Deskripsi Umum Multiple Effect Evaporator
Multiple effect evaporator merupakan peralatan yang dirancang dengan tujuan meningkatkan
efisiensi energi dari proses evaporasi yang berlangsung dengan menggunakan energi panas dari uap
(steam) untuk menguapkan air. Prinsip dasar dari multiple effect evaporator adalah menggunakan
panas atau kalor yang dilepaskan dari proses kondensasi pada evaporator efek pertama untuk
memberikan panas bagi efek selanjutnya. Uap yang terbentuk dari separator efek pertama akan
memanasi komponen yang sedang berada di unit efek kedua, ketika steam awal (steam langsung)
sedang memanasi komponen yang berada pada unit efek pertama. Pada suatu multiple effect
evaporator, air dididihkan pada suatu rangkaian wadah (vessel), masing-masingnya dilangsungkan
pada tekanan yang lebih rendah dibandingkan dengan unit sebelumnya. Karena titik didih dari air
menurun seiring dengan penurunan tekanan, maka uap yang terbentuk dari satu wadah dapat
digunakan untuk memanaskan unit berikutnya dan hanya pada vessel pertama, yaitu pada tekanan
tertinggi, yang membutuhkan sumber panas eksternal. Laju uap dan air pendingin bagi unit double
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 6
effect diperkirakan 50% dibandingkan dengan unit single effect. Laju alir berbagai jenis bagi
multiple effect berkisar antara 3000 LPH sampai dengan 50.000 LPH.
Gambar 2. 2 Multiple effect evaporator
B. Aplikasi dan Keuntungan Multiple Effect Evaporator Penggunaan energi yang ekonomis dan efisien merupakan keuntungan utama dari
penggunaan sistem multiple effect evaporator. Ekonomi energi untuk multiple effect evaporator
bergantung pada jumlah unit-unit efek dan berkisar dari 220 kkal energi panas per 1 kg air yang
diuapkan untuk triple effect evaporator sampai dengan 120 kkal untuk sebuah six effect evaporator.
Oleh karena biaya operasi dari sistem multiple effect evaporator ekonomis, maka sistem aliran
dengan debit besar menyukai aplikasi sistem ini pada semua sektor industri dan khususnya pada
proses produksi garam dan desalinasi air.
C. Prinsip Umum Multiple Effect Evaporator Ditinjau dari rangkaian tiga buah evaporator, masing-masing unit memiliki suhu dan tekanan
T1,T2,T3 dan P1,P2,dan P3. Jika cairan tidak mempunyai kenaikan titik didih maka kalor terpindah
per satu satuan waktu melintas setiap efek akan menjadi :
Efek 1 Q1 = U1A1DT1, dimana DT1 = (T0-T1),
Efek 2 Q2 = U2A2DT2, dimana DT2 = (T1-T2),
Efek 3 Q3 = U3A3DT3, dimana DT3 = (T2-T3),
T0 merupakan suhu steam awal dan Tf merupakan suhu umpan. Dengan mengabaikan kalor yang
diperlukan untuk memanasi umpan dari Tf sampai T1, kalor Q1 yang dipindah melintas A1 muncul
sebagai kalor laten di dalam uap D1 dan digunakan sebagai steam dalam efek kedua, dan :
Q1 = Q2= Q3
Sedemikian sehingga U1A1DT1 = U2A2DT2 = U3A3DT3. Dalam banyak kasus, setiap efek memiliki
luas penampang yang sama sehingga :
U1DT1=U2DT2=U3DT3
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 7
Simplifikasi ditunjukkan dengan :
(a) Kalor yang dibutuhkan untuk memanasi umpan dari T0 ke T1 telah diabaikan (b) Cairan yang melintas dari efek 1 ke efek 2 membawa kalor ke dalam efek kedua dan ini
dipergunakan untuk evaporasi demikian pula sama untuk efek ketiga.
Air yang diuapkan di dalam setiap efek sebanding dengan Q selama kalor laten mendekati
konstan. Dengan demikian, kapasitas totalnya adalah :
Q=Q1+Q2+Q3= Uav (DT1+DT2+DT3)A.
Gambar 2. 3 Skema Prinsip Umum Multiple effect evaporator
D. Operasi pada Multiple effect evaporator
Operasi sistem Multiple effect evaporator terdiri dari tiga jenis, yaitu :
Forward feeding Forward feeding digunakan bila larutan pekat sangat peka terhadap panas. Forward feeding
merupakan sistem multiple effect evaporator dimana umpan masuk pada efek pertama dengan
temperature yang paling tinggi. Kemudian umpan akan terkonsentrasi dimana air akan menguap
dan konsentrat akan masuk ke efek kedua sebagai umpan dengan temperature yang sedikit lebih
rendah. Efek kedua menggunakan panas dari uap yang terbentuk dari efek pertama sebagai
sumber panas. Kombinasi dari temperature yang rendah dan viskositas yang tinggi mendukung
kondisi yang baik untuk pemanasan produk yang sensitive seperti enzim dan protein. Dalam
penggunaan sistem ini diperlukan peningkatan luas permukaan panas pada efek berikutnya.
Backward feeding Backward feeding digunakan bila larutan pekat sangat viskos. Pada sistem ini, umpan masuk
pada efek terakhir dengan temperatur paling rendah dan berpindah dari efek ke efek dengan
temperature yang semakin meningkat. Konsentrat akhir terkumpul pada efek yang dengan
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 8
temperature paling tinggi sehingga memberikan manfaat yaitu produk sangat viskos pada efek
terakhir sehingga memberikan perpindahan panas lebih baik.
Parallel Feeding Parallel feeding pada multiple effect evaporators melibatkan penambahan umpan segar dan
penarikan produk konsentrat dari setiap efek. Uap dari setiap efek masih digunakan untuk
memanaskan efek berikutnya. Model ini digunakan jika umpan sudah hampir jenuh dan produk
adalah Kristal padat seperti penguapan air laut menjadi garam.
( a )
( b )
( c )
Gambar 2. 4 Jenis-Jenis Multiple Effect Feeding : (a) Forward Feeding, (b) Backward Feeding, (c)
Parallel Feeding
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 9
2.2.4 Masalah-Masalah Pada Evaporator Masalah-masalah teknis dapat muncul selama proses evaporasi, terlebih jika proses
dilangsungkan pada industri pangan. Beberapa evaporator sensitif terhadap perbedaan viskositas dan
konsistensi dari larutan umpan. Proses evaporasi akan menjadi tidak efisien disebabkan oleh loss of
circulation. Pompa dari evaporator mungkin harus diganti jika evaporator digunakan untuk
memekatkan larutan yang viskositasnya sangat tinggi.
Fouling dapat terjadi jika terbentuk deposit yang keras pada permukaan media pemanas di
evaporator. Pada makanan, protein dan polisakarida dapat membentuk deposit yang akan
mengurangi efisiensi perpindahan panas. Foaming juga dapat menjdi masalah. Sebab, berhubungan
dengan busa berarti berpengaruh pada waktu dan efisiensi. Untuk itu sebaiknya digunakan antifoam
dalam jumlah yang sedikit. Korosi juga dapat timbul pada evaporator jika evaporator digunakan
untuk memekatkan larutan yang asam seperti jus jeruk.
Masalah-masalah ini akan berakibat pada tidak efisiensinya proses dan membuat umur
evaporator menjadi pendek. Kualitas dan rasa dari produk pangan juga dapat terganggu selama
proses evaporasi. Untuk itu, kualitas dari umpan perlu dipikirkan dalam mempertimbangkan jenis
evaporator.
2.3 Evaporator PT Raya Sugarindo Inti PT Raya Sugarindo inti memiliki beberapa unit pre evaporator, yaitu 1 unit single effect
evaporator, 2 unit double effect evaporator , dan 2 unit triple effect evaporator. Jenis evaporator
yang digunakan adalah falling film evaporator. Spesifikasi triple effect evaporator yang dimiliki
oleh PT Raya Sugarindo Inti adalah sebagai berikut :
Tipe : Pre evaporator
Fungsi : Memekatkan sirup gula sampai 60 Brix Prinsip kerja : Penguapan dengan bantuan udara vakum
Jumlah alat : 1 set yang terdiri dari 3 buah tabung
Operasi : Kontinyu
Bentuk : Silinder
Ukuran : Tinggi 4 m ; diameter 0,5 m
Kapasitas : 1800 L/jam
Temperatur operasi : Tabung I 90 C Tabung II 80 C Tabung III 70 C Tekanan operasi : Tabung I 90 cmHg
Tabung II 80 cmHg
Tabung III 70 cmHg
Laju alir : 2m3/jam
Bahan konstruksi : Stainless steel
Utilitas : Steam, listrik
Instrumen : Tangki penguapan 2 set, tangki pemanas 2 set, tangki
penangkap uap 1 set, tangki produk tengah 1 set, pompa
umpan 3 HP, pompa produk 3 HP, pompa vakum
10 HP, pompa air 20 HP, alat vakum 580-700 mmHg,
thermostat, pipa kondensat (32 buah, panjang 4 m, diameter
inch).
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 10
BAB III
METODOLOGI PELAKSANAAN
Kegiatan yang dilakukan dalam pengerjaan tugas khusus kerja praktek analisa performa
evaporator pada seksi pemekatan awal proses produksi PT Raya Sugarindo Inti-Tasikmalaya
meliputi teknik pengumpulan data dan langkah-langkah strategis dalam penyelesaian tugas khusus.
3.1 Teknik Pengumpulan Data Data yang dibutuhkan antara lain data laju alir, jika memungkinkan semua aliran yang ada,
dan data karakteristik gula pada setiap aliran (derajat brix). Di PT Raya Sugarindo Inti, semua data
disediakan oleh bagian Quality Control (QC). QC selalu mengecek karakteristik gula setiap jam
pada hampir semua keluaran proses. Dengan demikian semua data dalam penyelesaian tugas khusus
ini diperoleh dari QC.
Data-data yang tidak disediakan oleh QC diambil dengan pengamatan langsung dari data
operasi yang dikerjakan oleh operator, dan beberapa data yang tidak disediakan diperoleh dengan
dengan menggunakan asumsi bahwa data yang dibutuhkan sama dengan data yang ada di literatur.
Beberapa data yang digunakan pada pengerjaan tugas khusus ini ditunjukkan pada Tabel 3.1,
sementara data-data yang diambil dari literature ditampilkan pada Lampiran A.
Tabel 3. 1 Data-Data yang diambil dari QC dan Pengamatan Langsung
Single effect evaporator Double effect evaporator Triple effect evaporator
Brix Umpan 32% 32% 32%
Brix Produk 60% 60% 60%
Massa Produk 6.919 kg 6.919 kg 6.919 kg
P Steam 200 kPa 200 kPa 200 kPa
T Umpan 40 C 40 C 40 C
T Vakum 80 C 70 C -
P Vakum - - 50 cmHg
3.2 Langkah Pengerjaan Tugas Khusus Langkah-langkah dalam penyelesaian tugas khusus ini adalah sebagai berikut :
(a) Studi literature. (b) Pengumpulan data, termasuk menetapkan asumsi-asumsi. (c) Penyusunan neraca massa dan energi pre-evaporator. (d) Pembuatan program dalam Microsoft Excel untuk perhitungan kebutuhan steam dan
memudahkan melakukan variasi
(e) Penentuan heat loss evaporator. (f) Penentuan efisiensi energi evaporator
Perhitungan-perhitungan yang dilakukan dalam penyelesaian tugas khusus ini, seperti
perhitungan kebutuhan steam, perhitungan heat loss, dan perhitungan efisiensi energi dapat dilihat
pada Lampiran B.
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 11
Algoritma perhitungan kebutuhan steam untuk multiple effect evaporator ditunjukkan oleh
diagram alir pada Gambar 3.1.
Mulai
Perhitungan Massa feed
Brix feed, Brix
Produk, Massa
produk
Perhitungan air yang
teruapkan (vapour)
Perhitungan L1,
L2, dan P
Perhitungan fraksi
massa x1, x2, dan x3
Perhitungan kapasitas
panas Cp1, Cp2, Cp 3
Distribusi tekanan dan
temperatur evaporasi
Perhitungan BPR
Perhitungan neraca
massa dan energi
V1, V2, V3
seperti hitungan
awal?
SelesaiYa
Tidak
Massa Feed
Massa Vapour
V1, V2, V3
L1, L2, P
X1. X2, X3
Cp 1, Cp 2,
Cp 3
T1, T2,
T3
BPR1, BPR2,
BPR3
Entalpi uap dan liquid
Massa steam,
V1, V2, V3
Gambar 3. 1 Algoritma Perhitungan Kebutuhan Steam Multiple effect evaporator
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 12
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Kebutuhan Steam Evaporator Evaporator merupakan salah satu peralatan yang banyak menggunakan energi (steam) dalam
proses penguapannya. Untuk itu perlu diketahui kebutuhan steam masing-masing evaporator, agar
dapat diketahui efisiensi dari pemakaian evaporator itu sendiri. Dari data-data yang berhasil
dikumpulkan baik dari lab quality control maupun pengamatan langsung operator, dapat dihitung
kebutuhan steam untuk masing-masing evaporator, yaitu single effect evaporator, double effect
evaporator, dan triple effect evaporator. Hasil perhitungan kebutuhan steam untuk masing-masing
evaporator dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4. 1 Hasil Perhitungan Kebutuhan Steam dan Steam Economy Evaporator
Single effect evaporator Double effect evaporator Triple effect evaporator
Massa Feed 12.973,125 kg 12.973,125 kg 12.973,125 kg
Massa Produk 6.919 kg 6.919 kg 6.919 kg
Massa Vapour 1 6.054,125 kg 2.988,386 kg 2.483,815 kg
Massa Vapour 2 - 3.065,739 kg 1.659,781 kg
Massa Vapour 3 - - 1.910,529 kg
Massa Steam 7.146,529 kg 3.868,923 kg 2.717,573 kg
Steam Economy 0,847 1,564 2,227
Untuk menguapkan massa feed yang sama (12.973,125 kg) hingga menjadi produk dengan
massa dan konsentrasi yang sama pula (6.919 kg, 60%), ketiga evaporator ini membutuhkan jumlah
steam yang berbeda. Seperti terlihat pada Tabel 4.1, kebutuhan steam untuk single effect
evaporator jauh lebih tinggi dibandingkan double effect evaporator dan triple effect evaporator.
Single effect evaporator membutuhkan 7.146,529 kg steam, sementara double effect evaporator
hanya membutuhkan 3.868,923 kg steam. Triple effect evaporator membutuhkan jumlah steam
yang lebih sedikit lagi, yaitu 2.717,573 kg. Hasil perhitungan kebutuhan steam untuk setiap jenis
evaporator ini sudah sukup sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa kebutuhan steam dari
evaporator dengan n efek adalah 1/n dari kebutuhan steam single effect evaporator, kebutuhan
steam single effect evaporator hampir 2 kali kebutuhan steam double effect evaporator, dan hampir
3 kali kebutuhan steam triple effect evaporator. Performa dari evaporator juga dapat dilihat dari
steam economy-nya. Steam economy merupakan suatu nilai yang menyatakan kg air yang teruapkan
per satu kg steam yang disuplai. Single effect evaporator memiliki steam economy yang paling
kecil, yaitu 0,847. Ini berarti 0,847 kg air teruapkan per satu kg steam yang disuplai. Double effect
evaporator memiliki steam economy sebesar 1,564 dan triple effect evaporator memiliki steam
economy paling besar yaitu 2,227.
Dari kebutuhan steam dan steam economy masing-masing evaporator ini, terbukti bahwa
triple effect evaporator merupakan evaporator yang paling hemat energi. Hal ini dikarenakan uap
yang terbentuk dari proses evaporasi itu sendiri dapat digunakan sebagai media pemanas untuk efek
selanjutnya. Dengan demikian efisiensi energi akan meningkat, sebab tidak diperlukan steam yang
cukup banyak pada badan evaporator pertama. Pada single effect evaporator, evaporasi dilakukan
langsung dari konsentrasi 32% menjadi 60% sehingga diperlukan panas yang banyak. Selain itu,
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 13
single effect evaporator juga boros karena uap yang dihasilkan langsung dibuang, padahal uap
tersebut masih mengandung energi panas yang dapat dimanfaatkan.
Untuk menghemat penggunaan energi untuk dalam proses produksi, PT Raya Sugarindo Inti
sebaiknya menggunakan triple effect evaporator dalam proses pemekatan gula. Proses final
evaporasi yang selama ini dilakukan dengan single effect evaporator, dimana PT Raya Sugarindo
Inti memiliki 8 unit final evaporator, akan lebih hemat dan efisien jika dilakukan dalam triple effect
evaporator. Meskipun akan menambah biaya peralatan, namun penghematan energi akan lebih
besar. Penambahan jumlah efek dibatasi sampai tujuh efek saja, sebab evaporator dengan jumlah
efek yang lebih besar dari tujuh efek tidak lagi dikatakan efisien. Meskipun energinya sangat hemat
namun biaya yang harus dikeluarkan untuk biaya peralatan dan perawatan jauh lebih besar.
4.2 Perhitungan Heat Loss pada Evaporator Heat loss atau hilang panas merupakan salah satu parameter yang mempengaruhi efisiensi
energi proses evaporasi. Semakin besar heat loss maka semakin kecil efisiensi energi. Heat loss
merupakan suatu hal yang dihindari. Sebab panas yang hilang dapat dimanfaatkan untuk aktivitas
lain. Dengan mengurangi heat loss maka sistem akan berjalan lebih optimal. Salah satu usaha yang
dapat dilakukan untuk mencegah heat loss adalah dengan menambahkan insulator pada evaporator.
PT Raya Sugarindo Inti telah menggunakan insulator pada evaporator untuk mengurangi heat loss
ini.
Heat loss dapat dideteksi dengan meninjau suhu bagian luar evaporator. Setelah ditinjau,
ternyata suhu di bagian evaporator cukup panas. Hal ini menandakan ada panas yang hilang ke
lingkungan. Suhu di bagian luar evaporator diperkirakan 35 C. Dengan mengasumsikan heat loss hanya terjadi melalui konveksi saja, maka heat loss dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Q = h x A x T
Dengan h (koefisien perpindahan konveksi) adalah ,
Dari hasil perhitungan diperoleh heat loss sebesar 661,315 W untuk triple effect evaporator.
Jika temperatur di bagian luar evaporator berkurang 5 C saja menjadi 30 C, maka akan terjadi penurunan heat loss sebesar 383,267 W sehingga heat loss menjadi 278,048 W. Sebenarnya nilai
heat loss ini cukup rendah jika dibandingkan industri pada umumnya. Hal ini menunjukkan
penggunaan insulator seperti yang telah digunakan oleh PT Raya Sugarindo Inti telah mengurangi
heat loss dengan cukup efektif. Penggantian insulator secara berkala dapat dilakukan untuk
mengurangi panas yang keluar ke udara sekitar.
4.3 Perhitungan Efisiensi Energi Evaporator Evaporator yang digunakan oleh PT Raya Sugarindo Inti memiliki jenis falling film
evaporator. Pemilihan jenis evaporator ini sudah benar, sebab falling film evaporator diketahui
memiliki beberapa keunggulan, yaitu koefisien transfer panas yang tinggi, waktu tinggal yang
rendah, hilang tekan yang rendah, cocok untuk operasi vakum, memiliki rasio penguapan yang
tinggi, jangkauan operasi yang luas, aman dari risiko fouling, dan biaya operasi yang minimum
(Richardson, dkk., 2002).
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 14
Untuk mengetahui apakah proses yang berjalan dalam sebuah pabrik sudah baik atau belum,
dapat dilihat dari efisiensinya. Salah satunya adalah dengan membandingkan steam yang disuplai
untuk proses evaporasi, apakah sudah efisien jika dibandingkan dengan perhitungan rancangan atau
teoretisnya. Untuk menghitung efisiensi, diperlukan laju alir massa steam aktual yang digunakan
oleh pabrik untuk proses evaporasi. Sayangnya PT Raya Sugarindo Inti tidak memiliki orificemeter
atau venturimeter untuk mengetahui laju aktual penggunan steam. Padahal dengan mengetahui laju
steam yang digunakan, akan terlihat apakah penggunaan selama ini berlebihan atau tidak. Dan
dengan adanya alat ukur laju alir tersebut, maka kebutuhan steam yang dialirkan untuk proses
evaporasi dapat disesuaikan dengan hasil perhitungan.
Oleh karena itu, kebutuhan steam aktual untuk proses evaporasi di PT Raya Sugarindo Inti
dihitung secara manual dengan menggunakan tambahan asumsi. Asumsi yang digunakan adalah
kecepatan steam sesuai dengan kecepatan steam triple effect evaporator untuk rata-rata pabrik gula.
Dengan mengalikan kecepatan steam dengan densitas steam dan luas penampang pipa steam, maka
akan diperoleh kebutuhan aktual steam untuk proses evaporasi.
Dari hasil perhitungan diketahui bahwa effisiensi energi proses evaporasi ini adalah sebesar 64,38 %. Efisiensi ini dapat ditingkatkan dengan mengurangi steam yang dialirkan untuk proses
evaporasi. Tentunya hasil perhitungan teoretis dapat digunakan sebagai acuan dalam menentukan
jumlah steam yang harus dialirkan. Dengan meningkatnya efisiensi energi proses evaporasi, pabrik
juga dapat menghemat biaya. Sebab salah satu proses di pabrik gula yang paling banyak
menggunakan energi adalah pada evaporator.
Selain mengurangi steam yang dialirkan, efisiensi energi juga dipengaruhi oleh kebersihan
evaporator. Selama proses evaporasi, adanya padatan yang tersuspensi dalam cairan akan
menimbulkan kerak pada evaporator. Fouling yang terjadi pada penukar panas dapat mengurangi
laju perpindahan panas karena koefisien transfer panas mengalami penurunan. Hal ini akan
berdampak pada terhambatnya proses penguapan. Untuk itu pembersihan evaporator harus
dilakukan secara berkala agar tidak terdapat fouling.
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 15
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari penyelesaian tugas khusus evaluasi kinerja evaporator
adalah :
1. Kebutuhan steam single effect evaporator adalah sebesar 7.146,529 kg. 2. Kebutuhan steam double effect evaporator adalah sebesar 3.868,923 kg. 3. Kebutuhan steam triple effect evaporator adalah sebesar 2.717,573 kg 4. Triple effect evaporator memiliki performa kinerja evaporasi yang lebih baik dibandingkan
dengan double effect dan single effect evaporator. Hal ini dilihat dari steam economy triple
effect yang lebih besar dibanding double effect dan single effect, yaitu 2,227 kg air
teruapkan/kg steam, 1,564 kg air teruapkan/kg steam, dan 0,847 kg air teruapkan/kg steam
untuk triple effect evaporator, double effect evaporator, dan single effect evaporator.
5. Heat loss yang terjadi pada triple effect evaporator adalah 661,315 W. 6. Efisiensi energi dalam proses evaporasi PT Raya Sugarindo Inti adalah 64,38 %
4.2 Saran Selama massa penyelesaian tugas khusus kerja praktek di PT Raya Sugarindo Inti-
Tasikmalaya yang berkaitan dengan evaluasi kinerja evaporator, terdapat beberapa saran, yaitu :
1. Sebaiknya dipasang alat ukur laju alir massa untuk feed dan steam. Sebab laju alir massa ini penting untuk mengehui efisiensi keberlangsungan proses. Dengan diketahuinya
berapa jumlah steam yang digunakan selama ini, dapat diketahui efisiensi prosesnya.
Bisa saja steam yang disuplai untuk proses terlalu berlebihan dan terbuang percuma.
Kemudian, efisiensi pun dapat ditingkatkan dengan menggunakan laju alir steam hasil
perhitungan.
2. Setelah mengetahui penghematan energi yang sangat besar dengan penggunaan triple effect evaporator, makan sebaiknya proses evaporasi dilakukan menggunakan triple
effect evaporator. Begitu pula untuk final evaporator.
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 16
DAFTAR PUSTAKA
1. Geankoplis, C.J ., 1993. Transport Processes and Unit Operations 3rd Edition. USA : Prentice-Hall International,Inc.
2. Hugot, E. 1986. Hand Book of Cane Sugar Engineering 3rd Edition. Amsterdam : The Elvesier Science Publisher B. V.
3. Perry, Robert.2008.Perrys Chemical Engineers Handbook 8th Edition.New York: Mc Graw Hill
4. Richardson, et. al. 2002. Couldson and Richardsons Chemical Engineering 5th Edition. Great Britain : Butterworth Heinemann
5. Singh, R. Paul and Dennis R. Heldman. 2009. Introduction to Food Engineering 4th Edition. Oxford : Elsevier inc
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 17
LAMPIRAN A
DATA LITERATUR
A.1 Sifat Fisik Steam Entalpi uap dan entalpi liquid steam pada rentang tekanan dan temperature evaporator :
Tabel A. 1 Entalpi Uap dan Entalpi Liquid pada Rentang Tekanan dan Temperatur Evaporasi
T (C) P (kg/cm2) Hv (kkal/kg) HL (kkal/kg)
72 0.3463 628.1 71.9
73 0.3613 628.5 72.9
74 0.3769 628.9 73.9
75 0.3931 629.3 74.9
76 0.4098 629.7 75.9
89 0.6882 634.7 89
90 0.7149 635.1 90
91 0.7425 635.5 91
92 0.771 635.9 92
96 0.8942 637.4 96
97 0.9274 637.8 97
101 1.0707 639.3 101
102 1.1092 639.6 102
103 1.1489 640 103.1
104 1.1898 640.3 104.1
120 2 646 120.3
(Sumber : Tabel 41.1.A Properties of Dry Saturated Steam ; Hugot 3rd
, hlm 1034)
Densitas steam (T=120 C) = 1,129 kg/m3
A.2 Kecepatan Uap yang Direkomendasikan Tabel A. 2 Kecepatan Uap yang Direkomendasikan
Triple Quadruple Quintuple
Exhaust steam to 1st effect 25-30 m/s 25-30 m/s 25-30 m/s
Vapour from 1st effect 30-35 m/s 30-35 m/s 30-35 m/s
Vapour from 2nd effect 40-45 m/s 35-40 m/s 30-35 m/s
Vapour from 3rd effect 50-60 m/s 40-45 m/s 35-40 m/s
Vapour from 4th effect 50-60 m/s 40-45 m/s
Vapour from 5th effect 50-60 m/s (Sumber : Tabel 32.7 Vapour Velocities Recommended, Hugot, 3
rd edition, hlm 514)
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 18
LAMPIRAN B
CONTOH PERHITUNGAN
B.1 Perhitungan Kebutuhan Steam Single effect evaporator 1. Perhitungan jumlah feed (umpan) :
F x Xf = P x Xp
F =
2. Perhitungan air yang teruapkan : F= V+P V = 12.973,125 kg/jam - 6.919 kg/jam = 6.054,125 kg/jam
3. Perhitungan kapasitas panas Cpf dan Cpp :
4. Perhitungan neraca massa dan energi : Persamaan yang akan digunakan :
Energi masuk : Uap = V1 x Hv1 Gula = L1 x T1 x Cp1
Energi keluar : Kondensat = V2 x HL2
Uap air = V2 x Hv2
Gula = L2 x T2 x Cp2 *Asumsi : Tidak terdapat energi panas yang hilang (Qloss)
Energi masuk = Energi Keluar
Steam + Gula masuk = Kondensat + Uap air + Gula keluar
(Ms x 646) + ( x 0,808 x 40) = (Ms x 120,3) + ( 6.054,125 x 631,3) + (6.919 x 0,64 x 80)
Ms = 7.146,529 kg/jam
Steam economy :
=
= 0,847 kg air teruapkan/kg steam
B.2 Perhitungan Kebutuhan Steam Double effect evaporator 1. Distribusi temperature evaporasi :
T = Tsteam T vakum = 120 C 70 C = 50 C
T1 = T2 = 25 C
T1 = 120 C 25 C = 95 C T2 = 95 C 25 C = 70 C 2. Dari hasil perhitungan pada langkah 1 dan 2 bagian B.1, diperoleh data :
F = 12.973,125 kg/jam V= 6.054.125 kg/jam = V1 +V2
3. Perhitungan awal L1 dan L2 *Asumsi : V1=V2= 3.027,063 kg/jam
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 19
F= V1 + L1 12.973,125 kg/jam = 3.027,063 kg/jam + L1 L1 = 9.946,063 kg/jam L1= V2 + L2 9.946,063 kg/jam = 3.027,063 kg/jam + L2 L2 = 6.919 kg/jam
4. Perhitungan fraksi massa setiap efek x1 dan x2
5. Perhitungan BPR :
BPR = (Geankoplis 3rd edition, hlm 504) BPR efek 1 = BPR efek 2 =
Dengan demikian diperoleh hasil sebagai berikut :
Evaporator Fraksi massa gula BPR T saturated T superheated (BPR+T saturated)
Efek 1 0,417 1,824 95 C 96,824 C
Efek 2 0,600 3,307 70 C 73,307 C
6. Perhitungan kapasitas panas untuk larutan pada setiap efek Cpf, Cp1, Cp2 :
7. Perhitungan neraca massa dan energi evaporator Data-data yang dibutuhkan untuk menghitung neraca energi diperoleh dengan menggunakan
interpolasi entalpi uap dan entalpi liquid (Tabel 41.1.A Properties of Dry Saturated Steam ;
Hugot 3rd
, hlm 1034)
Evaporator P (kg/cm2.C) T (C) Hv (kkal/kg) HL (kkal/kg)
Efek 1 0,862 95 637 95
96,824 637,73 96,825
Efek 2 0,317 70 627,3 69,9
73,307 628,623 73,207
Evaporator efek 1 :
Energi masuk = Energi Keluar
Steam + Gula masuk = Kondensat + Uap air + Gula keluar
(Ms x 646) + ( x 0,808 x 40) = (Ms x 120,3) + ( 3.027,063 x 637,73) + (9.946,063 x 0,749 x 96,824)
Ms = 4.246,638 kg/jam
Evaporator efek 2 :
Energi masuk = Energi Keluar
Uap + Gula masuk = Kondensat + Uap air + Gula keluar
(3.027,063 x 637,73) + (9.946,063 x 0,749 x 96,824) = (3.027,063 x 69,9) + (V2 x 628,623)
+ ((9.946,063 V2) x 0,640 x 73,307) V2 = 3.392,65 kg/jam V1 = 6.054,125 3.392,65 = 2.661,475 kg/jam
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 20
8. Dengan menggunakan V1 dan V2 yang baru diperoleh dilakukan iterasi perhitungan mulai dari langkah 3
Perhitungan L1 dan L2 F= V1 + L1 12.973,125 kg/jam = 2.661,475 kg/jam + L1 L1 = 10.311,65 kg/jam L1= V2 + L2 10.311,65 kg/jam = 3.392,65 kg/jam + L2 L2 = 6.919 kg/jam
Perhitungan fraksi massa setiap efek x1 dan x2
Perhitungan BPR :
BPR efek 1 = BPR efek 2 =
Dengan demikian diperoleh hasil sebagai berikut :
Evaporator Fraksi massa gula BPR T saturated T superheated (BPR+T saturated)
Efek 1 0,417 1,721 95 C 96,721 C
Efek 2 0,600 3,307 70 C 73,307 C
Perhitungan kapasitas panas untuk larutan pada setiap efek Cpf, Cp1, Cp2 :
Perhitungan neraca massa dan energi evaporator Data-data yang dibutuhkan untuk menghitung neraca energi diperoleh dengan menggunakan
interpolasi entalpi uap dan entalpi liquid (Tabel 41.1.A Properties of Dry Saturated Steam ;
Hugot 3rd
, hlm 1034)
Evaporator P (kg/cm2.C) T (C) Hv (kkal/kg) HL (kkal/kg)
Efek 1 0,862 95 637 95
96,721 637,688 96,721
Efek 2 0,317 70 627,3 69,9
73,307 628,623 73,207
Evaporator efek 1 :
Energi masuk = Energi Keluar
Steam + Gula masuk = Kondensat + Uap air + Gula keluar
(Ms x 646) + ( x 0,808 x 40) = (Ms x 120,3) + ( 2.661,475x 637,688) + (10.311,65 x 0,758 x 96,721)
Ms = 3.868,923 kg/jam
Evaporator efek 2 :
Energi masuk = Energi Keluar
Uap + Gula masuk = Kondensat + Uap air + Gula keluar
(2.661,475x 637,688) + (10.311,65 x 0,758 x 96,721) = (2.661,475x 69,9) + (V2 x 628,623)
+ ((10.311,65 V2) x 0,640 x 73,307)
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 21
V2 = 3.065,739 kg/jam V1 = 6.054,125 3.392,65 = 2.988,386 kg/jam
Steam economy :
=
= 1,564 kg air teruapkan/kg steam
B.3 Perhitungan Kebutuhan Steam Triple effect evaporator 1. Distribusi Tekanan menurut Hugot :
Tekanan UBE = 0,5 kg/cm2
= 1,533 kg/cm2.abs x
= 112,764 cmHg.abs
Tekanan Vakum = 50 cmHg = 76 cmHg- 50 cmHg = 26 cmHg.abs
Penurunan tekanan (P) = 112,764 cmHg.abs 26 cmHg.abs =86,764 cmHg.abs
Perbandingan distribusi pressure drop tiap evaporator (Tabel 32.23, Distribution of Pressure Drop between Vessels ; Hugot 3
rd edition hlm 579) :
Triple effect =
Tekanan Evaporator 1 = (
)
Dari Tabel 41.1 A Properties of Dry Saturated Steam ; Hugot hlm 1034 :
T1 = 101,735 C
Tekanan Evaporator 2 = (
)
Dari Tabel 41.1 A Properties of Dry Saturated Steam ; Hugot hlm 1034 :
T2 = 89,704 C
Tekanan Evaporator 3 = (
)
Dari Tabel 41.1 A Properties of Dry Saturated Steam ; Hugot hlm 1034 :
T3 = 73,446 C
2. Perhitungan air yang teruapkan (F telah diketahui dari perhitungan sebelumnya) F= (V1+V2+V3)+P (V1+V2+V3) = 12.973,125 kg/jam - 6.919 kg/jam = 6.054,125 kg/jam
Asumsi awal : V1=V2=V3 = 2.018, 042 kg/jam
3. Perhitungan awal L1, L2, dan P F= V1 + L1 12.973,125 kg/jam = 2.018,042 kg/jam + L1 L1 = 10.955,083 kg/jam L1= V2 + L2 10.955,083 kg/jam = 2.018,042 kg/jam + L2 L2 = 8.937,041 kg/jam L2= V3 + P 8.937,041 kg/jam = 2.018,042 kg/jam + P P = 6.919 kg/jam
4. Perhitungan fraksi massa setiap efek x1, x2, dan x3
00
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 22
5. Perhitungan BPR :
BPR efek 1 = BPR efek 2 = BPR efek 3 =
Dengan demikian diperoleh hasil sebagai berikut :
Evaporator Fraksi massa gula BPR T saturated T superheated (BPR+T saturated)
Efek 1 0,379 1,567 101,735 C 103,302 C
Efek 2 0,464 2,168 89,704 C 91,872 C
Efek 3 0,600 3,307 72,446 C 75,753 C
6. Perhitungan kapasitas panas untuk larutan pada setiap efek Cpf, Cp1, Cp2, Cp3
7. Perhitungan neraca massa dan energi evaporator Data-data yang dibutuhkan untuk menghitung neraca energi diperoleh dengan
menggunakan interpolasi entalpi uap dan entalpi liquid (Tabel 41.1.A Properties of Dry
Saturated Steam ; Hugot 3rd
, hlm 1034)
Evaporator P (kg/cm2.C) T (C) Hv (kkal/kg) HL (kkal/kg)
Efek 1 1.099 101,735 639,520 101,735
103,302 640,091 103,402
Efek 2 0.707 89,704 634,981 89,704
91,872 635,848 91,872
Efek 3 0.353 72,446 628,278 72,346
75,753 629,601 75,653
Evaporator efek 1 :
Energi masuk = Energi Keluar
Steam + Gula masuk = Kondensat + Uap air + Gula keluar
(Ms x 646) + ( x 0,808 x 40) = (Ms x 120,3) + ( 2.018, 042 x 640,091) + (10.955,083 x 0,773 x 103,302)
Ms = 3.323,624 kg/jam
Evaporator efek 2 :
Energi masuk = Energi Keluar
Uap + Gula masuk = Kondensat + Uap air + Gula keluar
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 23
(2.018,042 x 640,091) + (10.955,083 x 0,773 x 103,302) = (2.018,042 x 89,704) + (V2 x
635,848) + ((10.955,083 V2) x 0,722 x 91,873) V2 = 2.210,331 kg/jam
Evaporator efek 3 :
Energi masuk = Energi Keluar
Uap + Gula masuk = Kondensat + Uap air + Gula keluar
(2.210,331 x 635,848) + (8.937,041 x 0,722 x 91,872) = (2.210,331x 72,346) + (V3 x
629,601) + ((8.937,041-V3) x 0,640 x 75,753)
V3 = 2.417,836 kg/jam
Total uap = 6.054,125 kg/jam
V1 = Total uap V2- V3 = 6.054,125 2.210,331 2.417,836 = 1.425, 958 kg/jam
8. Iterasi perhitungan mulai dari langkah ke-4 dengan menggunakan massa uap yang diperoleh.
Perhitungan L1, L2, dan P F= V1 + L1 12.973,125 kg/jam = 1.425,958 kg/jam + L1 L1 = 11.547,167 kg/jam L1= V2 + L2 11.547,167 kg/jam = 2.210,331 kg/jam + L2 L2 = 9.336,836 kg/jam L2= V3 + P 9.336,836 kg/jam = 2.417,836 kg/jam + P P = 6.919 kg/jam
Perhitungan fraksi massa setiap efek x1, x2, dan x3
00
Perhitungan BPR :
BPR efek 1 = BPR efek 2 = BPR efek 3 =
Dengan demikian diperoleh hasil sebagai berikut :
Evaporator Fraksi massa gula BPR T saturated T superheated (BPR+T saturated)
Efek 1 0,359 1,440 101,735 C 103,175 C
Efek 2 0,444 2,016 89,704 C 91,72 C
Efek 3 0,600 3,307 72,446 C 75,753 C
Perhitungan kapasitas panas untuk larutan pada setiap efek Cpf, Cp1, Cp2, Cp3
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 24
Perhitungan neraca massa dan energi evaporator Data-data yang dibutuhkan untuk menghitung neraca energi diperoleh dengan
menggunakan interpolasi entalpi uap dan entalpi liquid (Tabel 41.1.A Properties of Dry
Saturated Steam ; Hugot 3rd
, hlm 1034)
Evaporator P (kg/cm2.C) T (C) Hv HL
Efek 1 1.099 101,735 639,520 101,735
103,175 640,052 103,275
Efek 2 0.707 89,704 634,981 89,704
91,72 635,788 91,72
Efek 3 0.353 72,446 628,278 72,346
75,753 629,601 75,653
Evaporator efek 1 :
Energi masuk = Energi Keluar
Steam + Gula masuk = Kondensat + Uap air + Gula keluar
(Ms x 646) + ( x 0,808 x 40) = (Ms x 120,3) + ( 1.425,958 x 640,052) + (11.547,167 x 0,785 x 103,175)
Ms = 2.717,573 kg/jam
Evaporator efek 2 :
Energi masuk = Energi Keluar
Uap + Gula masuk = Kondensat + Uap air + Gula keluar
(1.425,958 x 640,052) + (11.547,167 x 0,785 x 103,175) = (1.425,958 x 89,704) + (V2 x
635,788) + ((11.547,167 V2) x 0,733 x 91,720) V2 = 1.659,781 kg/jam
Evaporator efek 3 :
Energi masuk = Energi Keluar
Uap + Gula masuk = Kondensat + Uap air + Gula keluar
(1.659,781 x 635,788) + (9.336,836 x 0,733 x 91,72) = (1.659,781x72,346) + (V3 x
629,601) + ((9.336,836-V3) x 0,640 x 75,753)
V3 = 1.910,529 kg/jam
Total uap = 6.054,125 kg/jam
V1 = Total uap V2- V3 = 6.054,125 1.659,781 1.910,529 = 2.483,815 kg/jam
Steam economy :
=
= 2,227 kg air teruapkan/kg steam
-
Laporan Khusus TK 4090 Kerja Praktek
PT Raya Sugarindo Inti - Tasikmalaya 25
B.4 Perhitungan Heat loss Evaporator *Asumsi : Suhu lingkungan = 25 C
*Diketahui : diameter evaporator = 0,5 m , tinggi evaporator = 4 m
h = 0,3 x (Tout-Tling)0,25
Q = A x h x T
Maka, dengan perhitungan Microsoft Excel, diperoleh hasil sebagai berikut untuk triple
effect evaporator:
Tout (C) h (btu/hr ft2F) Q (W)
35 0,618 661,315
30 0,519 278,048
Delta Heat loss : 383,267
B.5 Perhitungan Efisiensi Energi evaporator Dengan mengacu pada Tabel A.2 Kecepatan Uap yang Direkomendasikan, anggap kecepatan
steam yang masuk ke efek pertama adalah 30 m/s.
Diketahui : diameter luas penampang pipa steam = 21 cm
Massa jenis steam (T=120 C) = 1,129 kg/m3
Kebutuhan steam aktual = Kecepatan steam x massa jenis steam x luas penampang pipa steam
= 30 m/s x 1,129 kg/m3 x (3,14 x 0,105
2) m
2 = 1,1725 kg/s
= 4.221,103 kg/jam
Effisiensi energi =