EVAPORASI

I. TUJUAN

- Mahasiswa dapat mengetahui prinsip kerja evaporasi

- Mahasiswa dapat mengoperasikan alat evaporasi

II. ALAT DAN BAHAN

A. ALAT

- Satu set alat evaporator

- Gelas ukur

- Batang pengaduk

- Corong

- Piknometer

- Refraktometer

B. BAHAN

- Gula

- Air suling

III. DASAR TEORI

Proses Evaporasi adalah proses untuk memisahkan pelarut dengan proses

penguapan dari padatan (zat terlarut) yang tidak volatil (tidak mudah menguap).

Inti dari proses ini adalah terjadinya perubahan fasa dari fasa cair menjadi fasa

uap, suatu proses yang membutuhkan energi yang relatif besar. Evaporasi

dilaksanakan dengan cara menguapkan sebagian dari pelarut pada titik didihnya,

sehingga diperoleh larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Uap

yang terbentuk pada evaporasi biasanya hanya terdiri dari satu komponen, dan

jika uapnya berupa campuran umumnya tidak diadakan usaha untuk memisahkan

komponenkomponennya. Dalam evaporasi zat cair pekat merupakan produk yang

dipentingkan, sedangkan uapnya biasanya dikondensasikan dan dibuang.

Penyelesaian praktis terhadap masalah evaporasi sangat ditentukan oleh

karakteristik cairan yang akan dikonsentrasikan. Beberapa sifat penting dari zat

cair yang dievaporasikan :

1. Konsentrasi

Walaupun cairan encer diumpankan ke dalam evaporator mungkin cukup

encer sehingga beberapa sifat fisiknya sama dengan air, tetapi jika konsentrasinya

meningkat, larutan itu akan makin bersifat individual. Densitas dan viskositasnya

meningkat bersamaan dengan kandungan zat padatnya, hingga larutan itu menjadi

jenuh, atau jika tidak, menjadi terlalu lamban sehingga tidak dapat melakukan

perpindahan kalor yang memadai. Jika zat cair jenuh dididihkan terus, maka akan

terjadi pembentukan kristal, dan kristal ini harus dipisahakan karena bisa

menyebabkan tabung evaporator tersumbat. Titik didih larutanpun dapat

meningkat dengan sangat bila kandungan zat padatnya bertambah, sehingga suhu

didih larutan jenuh mungkin jauh lebih tinggi dari titik didih air pada tekanan

yang sama.

2. Pembentukan Busa

Beberapa bahan tertentu, lebih-lebih zat-zat organik, membusa (foam)

pada waktu diuapkan. Busa yang stabil akan ikut keluar evaporator bersama uap,

dan menyebabkan banyaknya bahan yang terbawa-ikut. Dalam hal-hal yang

ekstrem, keseluruhan massa zat cair itu mungkin meluap ke dalam saluran uap

keluar dan terbuang.

3. Kepekaan Terhadap Suhu

Beberapa bahan kimia berharga, bahan kimia farmasi dan bahan makanan

dapat rusak bila dipanaskan pada suhu sedang selama waktu yang singkat saja.

Dalam mengkonsentrasikan bahan-bahan seperti itu diperlukan teknik khusus

untuk mengurangi suhu zat cair dan menurunkan waktu pemanasan.

4. Kerak

Beberapa larutan tertentu menyebabkan kerak pada permukaan

pemanasan. Hal ini menyebabkan koefisien menyeluruh makin lama makin

berkurang, sampai akhirnya operasi evaporator terpaksa dihentikan untuk

membersihkannya. Bila kerak itu keras dan tak dapat larut, pembersihan itu tidak

mudah dan memakan biaya.

5. Bahan Konstruksi

Bilamana mungkin, evaporator itu dibuat dari baja. Akan tetapi, banyak

larutan yang merusak bahan-bahan besi, atau menjadi terkontaminasi oleh bahan

itu. Karena itu digunakan juga bahan-bahan kondtruksi khusus, seperti tembaga,

nikel, baja tahan karat, aluminium, grafit tak tembus dan timbal. Oleh karena

bahan-bahan ini relatif mahal, maka laju perpindahan kalor harus harus tinggi agar

dapat menurunkan biaya pokok peralatan.

Oleh karena adanya variasi dalam sifat-sifat zat cair, maka

dikembangkanlah berbagai jenis rancang evaporator. Evaporator mana yang

dipilih untuk suatu masalah tertentu bergantung terutama pada karakteristik zat

cair itu.

Ada dua metode pada evaporator yaitu :

1. Operasi efek Tunggal (single-effect evaporation)

Hanya menggunakan satu evaporator dimana uap dari zat cair yang

mendidih dikondensasikan dan dibuang. Walaupun sederhana, nemun proses ini

tidak efektif dalam penggunaan uap.

2. Operasi Efek Berganda (multiple-effect evaporation)

Metode yang umum digunakan untuk meningkatkan evaporasi perpon uap

dengan menggunakan sederetan evaporator antara penyediaan uap dan kondensor.

Jika uap dari satu evaporator dimasukkan ke dalam rongga uap (steam chest)

evaporator kedua, dan uap dari evaporator kedua dimasukkan ke dalam

kondensor, maka operasi itu akan menjadi efek dua kali atau efek dua (doubble-

effect). Kalor dari uap yang semula digunakan lagi dalm efek yang kedua dan

evaporasi yang didapatkan oleh satu satuan massa uap yang diumpankan ke dalam

efek pertama menjadi hampir lipat dua. Efek ini dapat ditambah lagi dengan cara

yang sama.

Untuk bisa memahami proses evaporasi ini, maka diperlukan pengetahuan

dasar tentang neraca massa dan neraca energi untuk proses dengan perubahan

fasa. Salah satu alat yang menggunakan prinsip ini adalah alat pembuat aquades

( auto still ). Pada pembuatan aquades ini, air ( pelarut ) dipisahkan dengan dari

padatan pengotornya ( Padatan pengotor tidak volatil ) dengan proses penguapan.

Pada praktikum ini penekanannya pada pengguaan neraca massa dan neraca

energi untuk mengetahui performance dari suatu unit operasi, dan mendapatkan

kondisi optimal proses.

Neraca Massa ( keadaan steady ) adalah

Kecepatan massa masuk – Kecepatan massa keluar = 0

Neraca Energi ( keadaan steady ) adalah

Kecepatan panas masuk – Kecepatan panas keluar = 0

Entalpi ( H )

Isi panas dari satu satuan massa bahan dibandingkan dengan isi panas dari bahan

tersebut pada suhu referensinya.

Entalpi Cair pada suhu T ( hl pada T )

Hl = Panas Sensibel

= Cp1( T – TR )

Entalpi Uap pada suhu T ( HV pada T )

HV = Panas Sensibel Cair – Panas Laten (Panas Penguapan) + Panas Sensibel uap

= Cp1 ( Tb – TR ) – λ . CpV ( T – Tb )

hl = entalpi spesifik keadaan cair (kJKg )

HV = entalpi spesifik keadan uap (kJKg )

Cp1 = kapasitas panas bahan dalam keadan cair kJKg0 C , untuk air =

4,182 kJKg0 C

CpV = kapasitas panas bahan dalam keadan uap kJKg0 C , untuk uap air

suhu menengah = 1,185 kJ

Kg0 C

T = suhu bahan dalam ( °C )

TR = suhu referensi, pada “steam table” digunakan 0 °C

Tb = titik didih bahan ( °C )

λ = panas laten / panas penguapan bahan, untuk air pada suhu 100 °C =

2260,16 kJKg

Neraca Massa Total Keadaan Steady State

Kecepatan Massa Masuk = Kecepatan Massa Keluar

FT = O + D ……………………………………………………………………( 1 )

Neraca Energi Total Keadaan Steady State

Kecepatan Panas Masuk = Kecepatan Panas Keluar

Panas dibawa pendingin + Panas dari Heater = Panas dibawa Over Flow + Panas

dibawa Distilat – Panas hilang ke lingkungan.

FT . Cp1 ( TFT – TR ) + Q = O . Cp1 ( TO – TR ) + D . Cp1 ( TD – TR ) + Qloss…( 2 )

Neraca Energi di Pendingin

Panas dibawa air pendingin masuk + Panas dibawa uap masuk = Panas dibawa

Distilat keluar + Panas dibawa air pendingin keluar.

FT . Cp1 ( TFT – TR ) + V. HV = D . Cp1 ( TD – TR ) + ( O + FB ) . Cp1 . ( TO – TR )

Karena FB = V = D

O + FB = O + D = FT

FT . Cp1 ( TFT – TR ) + V. HV = D . Cp1 ( TD – TR ) + FT. Cp1 . ( TO – TR ) …...( 3 )

Neraca Energi di Boiler

Panas dari Heater = Panas dibawa Uap + Panas hilang ke lingkungan

Q = V . HV + Qloss, karena V = D, maka

Q = D . HV + Qloss ….……………………………………………………..( 4 )

HV = Cp1 . ( Tb – TR ) + λ + CpV . ( T – Tb ), karena T = Tb = 100 °C

HV = Cp1 . ( 100 – TR ) + λ …………………………………………………….( 5 )

Faktor-faktor yang mempercepat proses evaporasi :

1. Suhu; walaupun cairan bisa evaporasi di bawah suhu 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.

2. Kelembapan udara; jika kelembapan udara kurang, berarti udara sekitar

kering. Semakin kering udara (sedikitnya kandungan uap air di dalam

udara) semakin cepat evaporasi terjadi. Contohnya, tetesan air yang berada

di kepingan gelas di ruang terbuka lebih cepat terevaporasi lebih cepat

daripada tetesan air di dalam botol gelas. Hal ini menjelaskan mengapa

pakaian lebih cepat kering di daerah kelembapan udaranya rendah.

3. Tekanan; semakin besar tekanan yang dialami semakin lambat evaporasi

terjadi. Pada tetesan air yang berada di gelas botol yang udaranya telah

dikosongkan (tekanan udara berkurang), maka akan cepat terevaporasi.

4. Gerakan udara; pakaian akan lebih cepat kering ketika berada di ruang

yang sirkulasi udara atau angin lancar karena membantu pergerakan

molekul air. Hal ini sama saja dengan mengurangi kelembapan udara.

5. Sifat cairan; cairan dengan titik didih yang rendah terevaporasi lebih

cepat daripada cairan yang titik didihnya besar. Contoh, raksa dengan titik

didih 357°C lebih susah terevapporasi daripada eter yang titik didihnya

35°C.

Diagram pemanasan air

Kalor sensibel adalah kalor yang dibuthkan untuk menaikan suhu air. Bila

kita memanaskan suhu air maka secara perlahan suhu air akan terus naik dan pada

suatu titik akan mendidih. Kalor sensibel bisa diliat pada grafik di atas, yaitu garis

yang semakin naik. Kalor sensibel bisa dicari dengan menggunakan rumus :

Q = m c (T2-T1)

Dimana :

m = massa benda

c = panas jenis

(T2-T1) = perbedaan jenis

Kalor laten adalah kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan wujud zat,

dai es menjadi air, dari air menjadi uap dan sebagainya. Bila air suda mencapai

titik didihnya lalu dipanaskan terus, suhu air tidak akan naik melainkanwujudnya

akan berubah. Kalor laten ditunjukan oleh garis mendatar pada grafik di atas.

Kalor laten bisa dicari dengan menggunakan rumus :

Q = m L

Dimana :

m = massa benda

L = kalor lebur benda

IV. LANGKAH KERJA

- Membuat larutan gula dengan komposisi 250 gr gula dalam 3 liter air

aquadest (konsentrasi gula 5%)

- Menghubungkan evaporator pada stop kontak

- Menghidupkan main evaporator dengan menekan tombol pada bagian

samping tombol papan

- Menghidupkan cooler

- Memanaskan heater dengan memutar tombol heater ke kanan

- Menguapkan larutan gula selama ± 2 jam

- Mencatat T boiler, T in condensat, dan T out condensat setiap 30 menit

- Mengecek indeks bias umpan, kondensat, dan air pekat

- Mematikan evaporator dengan mematika heater, dan membiarkan cooler

tetap menyala selama 15 menit kemudian mencabut kabel evaporator pada

stop kontak

V. PERHITUNGAN

A. Densitas Sampel

Dik : massa piknometer kosong = 36,46 gram

Volume Piknometer = 25,76 ml

a. Umpan

Massa piknometer + air gula = 62,16 gram

Massa air gula = (62,16 – 36,46) gram

ρ umpan = 25,7 gr

25,76 ml

= 1,0167 gr/ml

b. Kondensat

Dik : massa pikometer + kondensat = 61,56 gr

Massa kondensat = (61,56 – 36.46) gram

= 25,1 gram

ρ kondensat = 25,1 gr

25,276 ml

= 0,993 gr/ml

c. Air gula pekat

Dik : massa pikno + air pekat = 61,98 gr

Massa air pekat = (61,98 – 36,46) gram

= 25,52 gram

ρ air gula pekat = 25,52 gr

25,276 ml

= 1,0096 gr/ml

B. Perhitungan Kalor (Q)

a. Q input

- Q sensibel

Dik : m = 3150 gram = 3,15 Kg

c = 4,18 kJ/Kg℃

∆T = ( Tout kondensor - TIn kondensor)

= (47,93 - 23,33) ℃

= 24,6 ℃

Jawab :

Q = m ∙ c ∙ ∆T

= 3,15 Kg × 4,18 kJ/Kg ℃× 24,6 ℃

= 323,91 kJ

- Q laten

Dik : m kondensat = 595,8 gram = 0,5958 Kg

m akumulasi = 201,83 gram = 0,20183 Kg

uap = m kondensat + m akumulasi

= (0,5958 + 0,20183) Kg

= 0,79763 Kg

λ = 2,26 × 103 kJ/Kg

Jawab :

Q = m∙ λ

= 0,79763 Kg × 2,26 × 103 kJ/Kg

= 1802,6438 kJ

b. Q output

- Q sensible

Dik : m output = m kondensat + air pekat

= (595,8 + 2352,368) gram

= 2948,168 gram = 2,948168 Kg

c = 4,18 kJ/Kg℃

∆T = ( Tout kondensor - TIn kondensor)

= (47,93 - 23,33) ℃

= 24,6 ℃

Jawab :

Q = m ∙ c ∙ ∆T

= 2,948168 Kg × 4,18 kJ/Kg ℃× 24,6 ℃

= 303,154 kJ

- Q laten

Dik : m kondensat = 595,8 gram = 0,5958 Kg

λ = 2,276 × 103 kJ/Kg

Jawab :

Q = m∙ λ

= 0,5958 Kg × 2,276 × 10-3 kJ/Kg

= 1346,51 kJ

c. Q loss

- Q sensible

Dik : m = 201,832 gram = 0,201832 Kg

c = 4,18 kJ/Kg℃

∆T = ( Tout kondensor - TIn kondensor)

= (47,93 - 23,33) ℃

= 24,6 ℃

Jawab :

Q = m ∙ c ∙ ∆T

= 0,201832 Kg × 4,18 kJ/Kg ℃× 24,6 ℃

= 20,7539 kJ

- Q laten

Dik : m kondensat = 201,1832 gram = 0,210832 Kg

λ = 2,276 × 103 kJ/Kg

Jawab :

Q = m∙ λ

= 0,201832 Kg × 2,276 × 10-3 kJ/Kg

= 456,068 kJ

Jadi, Q m = Qout + Qloss

Qin total = (323,91 + 1802,6438) kJ

= 2126,5538 kJ

Qout total = (303,154 + 1346,51) kJ

= 1645,664 kJ

Q loss total = (20,7539 + 456,068) kJ

= 476,8219 kJ

C. Perhitungan kodensasi air pekat

Dik : C1 = 5%

n1 = 1,3377

n2 = 1,3482

Jawab :

n 1n 2 =

C 1C 2

C2 = 0,05 x 1,3482

1,3377 x 100 %

= 5,04 %

D. Neraca massa

Komponen Input Output

Umpan 3150 -

Kondensat - 598,8

Air Pekat - 2352,368

Vapour - 198,832

Total 3150 3150

E. Neraca Panas

Q Q in (kJ) Q out (kJ) Q loss (kJ)

Q sensible 323,91 303,154 456,068

Q laten 1802,6438 1346,51 476,8219

Total 2126.5538 1649,664 932,8899

VI. ANALISA PERCOBAAN

Dari praktikum yang telah didapat, dapat dianalisa bahwa

praktikum yang dilakukan adalah praktikum evaporasi menggunakan

evaporator dengan jalan proses pengentalan larutan dengan cara

mendidihkan atau menguapkan pelarut. Pada praktikum ini larutan yang

digunakan adalah aquadest dan bahan yang digunakan adalah gula sebagai

zat terlarut. Konsentrasi gula yaitu 5% dalam 3 L aquadest.

Pada dasarnya sistem evaporator terdiri dari alat pemindahan panas yang

berfungsi untuk mensuplay panas, baik panas sensibel maupun panas laten

pada proses evaporasi. Alat pemindah panas berfungsi untuk memisahkan

uap air dari cairan pengentanya yang dalam hal ini yaitu gula. Sedangkan

alat pendingin yaitu kondenser yang berfungsi untuk mengkondensasikan

uap dan memisahkannya.

Selama proses evaporasi, terjadi beberapa perubahan yaitu 1)

Perubahan warna. Suhu larutan yang terlalu tinggi menyebabkan larutan

mengalami kecoklatan. Hal ini karena gula mengalami karamelisasi

apabila berada pada suhu dan tekanan yang tinggi, sehingga menghasilkan

kompleks warna kecoklatan pada gula. 2) kehilangan aroma. Bila

dilakukan evaporasi menggunakan suhu yang cukup tinggi, akan

menyebabkan aroma bahan berkurang dan menyebabkan penurunan

kualitas bahan. 3) kerusakan komponen gizi. Penggunaan suhu yang cukup

tinggi akan merusak atau menurunkan kandungan gizi pada gula karena

adanya degradasi. 4) peningkatan viskositas cairan. Saat evaporasi, terjadi

penguapan komponen air dari pelarut. Hal ini menyebabkan konsentrasi

dan viskositas semakin tinggi. Adapun faktor-faktor yang menyebabkan

perubahan koponen kimia pada proses evaporasi yaitu : suhu dan tekanan,

lama evaporasi, luas permukaan, jenis bahan, dan viskositas cairan, dan

kerak.

Dari data yang telah didapat, diketahui bahwa terjadi due point

pada suhu (T) boiler = 75 ℃, T in condensat = 16,1 ℃, dan T out

condensat = 28,0 ℃. Volume kondensat 600 ml dan air pekat 2330 ml.

220 komponen diperkirakan menguap dan masih terdapat pada kondensor

sehingga tidak samai pada tempat kondensat. ρ umpan = 1,0167 gr/ml, ρ

kondensat = 0,993 gr/ml, ρair pekat = 1,0096 gr/ml. ρ air pekat lebih

besar dari ρ kondensat sehingga konsentrasinya pun lebih tinggi dari

kondensat. Begitu pula indeks bias pada air pekat lebih besar dari

kondensat dan umpan karena kandungan gula lebih tinggi sehingga

konsentrasinya lebih besar. Q laten da Q sensibel input lebih besar dari Q

laten da Q sensibel output. Hal ini karena Q input berasal dari pemanas

(heater) sedangkan Q output berasal dari uap panas yang telah

dikondensasi. Dengan kata lain Q input > Q output atau T1 > T2.

VII. KESIMPULAN

Dari analisa yang telah dijabarkan, dapat disimpulkan bahwa:

- Praktikum evaporasi adalah proses pengentalan dan penguapan

larutan dengan cara mendidihkan dan menguapkan pelarut.

- Pelarut ang digunakan yaitu aquadest.

- Bahan yang digunakan yaitu gula sebagai zat terlarut dengan kadar

gula 5% dalam 3 l air.

- faktor-faktor yang menyebabkan perubahan koponen kimia pada

proses evaporasi yaitu : suhu dan tekanan, lama evaporasi, luas

permukaan, jenis bahan, dan viskositas cairan, dan kerak.

- Due point : (T) boiler = 75 ℃, T in condensat = 16,1 ℃, dan T out

condensat = 28,0 ℃.

- Volume kondensat 600 ml, ρ kondensat = 0,993 gr/ml

- Air pekat 2330 ml, ρair pekat = 1,0096 gr/ml.

- Volume umpan 3150, ρ umpan = 1,0167 gr/ml.

- Q input > Q output atau T1 > T2

DAFTAR PUSTAKA

TIM Dosen. 2016. Penuntun Praktikum Satuam Operasi “evaporator”.

Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya.

LAPORAN TETAP SATUAN OPERASI II

EVAPORATOR I

DISUSUN OLEH :

KELPOMPOK 2

Nama : Aulia Rahmi (061430401244)

Dinda Juwita (061430401246)

Lisa Andriani (061430401251)

M. Ade Saputra (061430401258)

Meishe Puspitasari (061430401992)

Putri Agustia (061430401262)

Siti Afifah Syahfitri (061430401995)

Instruktur : Ir. Jaksen M Amin, M.Si.

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

TEKNIK KIMIA

2016