MAKALAH PERALATAN INDUSTRI PROSES

EVAPORATOR DALAM INDUSTRI GULA

(Makalah ini diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Peralatan Industri Proses).

Dosen Pembimbing : Ir. Agus Djauhari, M.T.

Disusun oleh :

Ria Aprillia Puspa (08401020)

Kelas 2 – A

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2010

BAB I

PENDAHULUAN

Evaporator adalah alat yang banyak digunakan dalam industri kimia untuk memekatkan

suatu larutan. Terdapat banyak tipe evaporator yang dapat digunakan dalam industri kimia.

Umumnya evaporator dioperasikan pada kondisi vakum untuk menurunkan temperatur didih

larutan. Cara lain untuk menurunkan temperatur didih larutan adalah dengan mengalirkan gas

inert (udara) panas yang berfungsi untuk menurunkan tekanan parsial uap, sehingga menurunkan

temperatur didih larutan. Hal ini menggantikan prinsip evaporasi secara vakum yang

memungkinkan penguapan dengan temperatur rendah. Namun sistem vakum memerlukan

biaya tinggi, ada cara lain untuk menurunkan temperatur penguapan yaitu dengan cara

menurunkan tekanan parsial uap air didalam fase gas dengan cara pengaliran udara.

Evaporator yang ada di industri gula merupakan evaporator dengan jenis vertical-type natural circulation evaporator (cairan berada dalam tube/pipa dan steam mengkondensasikan dari luar tube. Karena pendidihan dan penurunan dalam massa jenis,cairan yang ada di dalam tube naik dengan sirkulasi yang alami dan mengalir ke bawah melalui celah terbuka yang cukup besar di tengah/downcomer. Sirkulasi yang alami ini menaikkan koefisien perpindahan panas. Tipe ini tidak digunakan untuk cairan yang kental. Tipe ini siring disebut short-tube evaporator. Variasi dari tipe ini adalah tipe keranjang/basket type, dimana vertical tube digunakan

The basket type lebih sering digunakan di industri gula

BAB II

ISI

2.1 Industri Gula dan Peralatannya

Gula adalah benda manis yang setiap hari kita makan. Gula yang kita konsumsi

adalah Gula Kristal Putih (GKP) atau Plantation White Sugar atau gula SHS (Superiuer

Hoof Suicker). Pada daerah tropis, produksi gula kebanyakan menggunakan bahan baku

dari Tebu. Secara garis besar langkah pemrosesan tebu menjadi gula sebagai berikut :

1.Ekstraksi di Gilingan

2. Pemurnian

3. Penguapan

4. Pengkristalan

5. Pemisahan

6. Pengeringan dan Pengepakan

Pada industri gula, terdapat minimal 5 jenis proses pemisahan. Proses pemisahan tersebut

terdiri atas proses ekstraksi, adsorpsi, evaporasi, kristalisasi, dan sentrifugasi. Berikut ini

adalah penjelasan beserta analisis mengenai alasan pemilihanproses pemisahan tersebut.

1. Proses ekstraksi tebu

Ada dua alat yang digunakan untuk mengekstrak nira dari tebu, yaitu menggunakan

gilingan dan diffuser. Kebanyakan pabrik gula di Indonesia menggunakan gilingan,

hanya ada dua pabrik gulayang menggunakan diffuser. Proses ekstraksi digunakan karena

kita ingin mendapatkan larutan nira dari tebu. Seperti diketahui, nira dan tebu berwujud

cairan sehingga untuk memisahkan zat cair yang satu dari zat cair lainnya, maka kita

gunakan proses ekstraksi. Tebu diperas dan diambil larutannya yaitu nira dan

menghasilkan produk samping berupa ampas (bagasse). Larutan nira atau disebut dengan

nira mentah akan di bawah ke unit pemurnian, sedangkan ampas yang diperoleh diangkut

ke ketel dan digunakan sebagai bahan bakar.

2. Pemurnian nira melalui proses adsorpsi

Nira mentah mengandung sukrosa, gula invert (glukosa+fruktosa), atom-atom

(Ca,Fe,Mg,Al) yang terikat pada asam-asam, asam organik dan anorganik, zat warna,

lilin, asam-asam kieselgur yang mudah mengikat besi, aluminium, dan sebagainya. Nira

mentah ini akan dimurnikan melalui proses adsorpsi. Proses adsorpsi dipilih karena dapat

menghilangkan atau mengurangi zat bukan gula dari nira mentah seoptimal mungkin.

Dalam hal ini, larutan nira mentah yang masuk ke dalam proses akan diadsorpsi dengan

suatu zat padat sehingga didapat output yang diinginkan yaitu larutan nira yang lebih

murni dan bebas pengotor.

Pada proses pemurnian nira secara adsorpsi terdapat tiga buah jenis proses, yaitu

defekasi, sulfitasi, dan karbonatasi. Nira mentah terlebih dahulu dipanaskan melalui heat

exchanger sehingga suhunya naik menjadi 700 C. Setelah itu nira tersebut dialirkan

kedalam defekator untuk dicampur dengan susu kapur. Fungsidari susu kapur ini adalah

untuk membentuk inti endapan sehingga dapat mengadsorp bahan bukan gula yang

terdapat dalam nira dan terbentuk endapan yang lebih besar. Proses defekasi ini

dilakukan secara bertahap ( 3 kali ) sehingga diperoleh pH akhir sekitar 9 – 10. Setelah

itu nira akan dialirkan kedalam sulfitator dan direaksikan dengan gas SO2. Reaksi antara

nira dan gas SO2 akan membentuk endapan CaSO3 yang berfungsi untuk memperkuat

endapan yang telah terjadi sehingga tidak mudah terpecah. pH akhir dari reaksi adalah 7.

Tahap akhir dari proses pemurnian nira dialirkan ke bejana pengendap (clarifier). Pada

proses pengendapan ini ditambahkan flokulan yang berfungsi untuk mempercepat

pengendapan. Hasil dari proses pengendapan adalah nira jernih dan bagian yang

terendapkan adalah nira kotor. Nira jernih dialirkan ke proses selanjutnya (penguapan),

sedangkan nira kotor diolah dengan rotary vacuum filter menghasilkan nira tapis dan

blotong.

3. Proses penguapan (evaporasi)

Penguapan dilakukan dalam bejana evaporator. Tujuan dari penguapan nira encer ini

adalah untuk menaikkan konsentrasi dari nira mendekati konsentrasi jenuhnya. Input

proses adalah nira encer dengan kandungan brix sekitar 12 – 13 %. Pada proses

penguapan digunakan multiple effect evaporator dengan kondisi vakum. Penggunaan

multiple effect evaporator dengan pertimbangan untuk menghemat penggunaan uap.

Sistem multiple effect evaporator terdiri dari 3 buah evaporator atau lebih yang dipasang

secara seri. Di pabrik gula biasanya menggunakan 4 (quadrupple) atau 5 (quintuple) buah

evaporator.

Pada proses penguapan, air yang terkandung dalam nira akan diuapkan. Uap baru

digunakan pada evaporator badan I sedangkan untuk penguapan pada evaporator badan

selanjutnya menggunakan uap yang dihasilkan evaporator badan I. Penguapan dilakukan

pada kondisi vakum dengan pertimbangan untuk menurunkan titik didih dari nira. Karena

nira pada suhu tertentu ( > 1250 C) akan mengalamai karamelisasi atau kerusakan.

Dengan kondisi vakum maka titik didih nira akan terjadi pada suhu 700 C. Nira yang

keluar dari evaporator badan akhir diharapkan mencapai brix 60 - 65 %. Produk yang

dihasilkan dalam proses penguapan adalah nira pekat .

4. Proses kristalisasi

Proses kristalisasi adalah proses pembentukan kristal gula. Proses kristalisasi dilakukan

untuk mendapatkan zat padat dari zat cairnya. Dalam hal ini, kita ingin mengkristalisasi

nira dari larutannya. Langkah pertama dari proses kristalisasi adalah menarik masakan

(nira pekat) untuk diuapkan airnya sehingga mendekati kondisi jenuhnya. Dengan

pemekatan secara terus menerus koefisien kejenuhannyaakan meningkat. Pada keadaan

lewat jenuh maka akan terbentuk suatu pola kristal sukrosa. Setelah itu dilakukan langkah

membuat bibit, yaitu dengan memasukkan bibit gula kedalam pan masak kemudian

melakukanproses pembesaran kristal. Pada proses masak ini kondisi kristal harus dijaga

jangan sampai larut kembali ataupun terbentuk tidak beraturan.

Setelah proses masak dirasa cukup, selanjutnya larutan dialirkan ke palung pendingin

untuk proses Na–Kristalisasi. Tujuan dari palung pendingin ialah melanjutkan proses

kristalisasi yang telah terbentuk dalam pan masak. Dengan adanya pendinginan di palung

pendingin dapat menyebabkan penurunan suhu masakan dan nilai kejenuhan naik

sehingga dapat mendorong menempelnya sukrosa pada kristalyang telah terbentuk. Untuk

lebih menyempurnakan dalam proses kristalisasi maka palung pendingin dilengkapi

pengaduk agar terdapat sirkulasi.

5. Proses penyaringan dengan sentrifugasi

Proses pemisahan kristal gula dari larutannya menggunakan alat centrifuge atau puteran.

Proses penyaringan sengan sentrifuguasi dilakukan untuk memisahkan kristal gula dari

larutan pekatnya dimana pada alat puteran ini terdapat saringan. Sistem kerjanya yaitu

dengan menggunakan gaya sentrifugal sehingga masakan diputar dan larutanakan

tersaring. Kristal gula yang memiliki berat molekul lebih besar akan tertinggal dalam

puteran.

2.2 Evaporator

Tentang Evaporator (dari wikipedia)October 10th, 2008 by kodokaja

Evaporator

Dengan sistem downstream, beberapa tahap dapat digunakan untuk isoloasi dan pemurnian produk. Struktur keseluruhan dari proses adalah pra-treatment, pemisahan solid-liquid, konsentrasi, purifikasi dan formulasi. Proses evaporasi terjadi pada tahap konsentrasi dari proses downstream dan digunakan secara luas untuk proses pembuatan makanan, kimia, dan mendaur ulang pelarut. Tujuan dari evaporasi adalah menguapkan air yang ada pada larutan yang mengandung produk yang diinginkan. Setalah proses pra-treatment dan separasi, luratan sering kali mengandung 85% air. Hal ini tidak cocok dengan penggunaan industri karena biaya yang dikeluarkan dalam proses dengan jumlah larutan yang banyak, karena membutuhkan peraltan yang lebih besar.

Energetics

Air dapat dihilangkan dari larutan dengan dengan cara lain dari evaporasi, antara lain yaitu ekstrasi liquid-liquid, kristalisasi, dan presepsiasi. Perbedaan evaporasi dengan metode pengeringan lain adalah produk akhir evaporasi adalah liquid terkonsentrasi, bukan solid. Uap air digunakan sebagai pengubah fasa saat mengkonsentrasi komponen yang tidak tahan panas seperti protein dan gula. Panas diberikan pada larutan dan sebagian dari solvent berubah menjadi uap. Proses evaporator berlangsung pada temperature tinggi dengan tekanan yanf rendah.

Panas diperlukan sebagai energi untuk molekul pada solvent pindah dari larutan menuju udara sekitar. Energi yang diperlukan molekul dapat disebut petensial termodinamika dari air pada larutan. Saat menguapkan air, lebih dari 99% energi diperlukan untuk memasok panas penguapan. Energi juga diperlukan untuk menghilangkan tegangan permukaan dari larutan. Energi yang diperlukan pada proses ini juga besar karena harus merubah fase, dari air menjadi uap air.

Saat merancang evaporator, jumlah uap yang diperlukan tiap unit massa pada konsentrasi yang telah ditentukan. Keseimbangan energi harus digunakan dengan asumsi panas yang hilang keluar sistem sangat kecil. Panas yang harus dipasok oleh uap pendingin sama dengan panas yang dibutuhkan untuk memanaskan larutan dan menguapkan air.

q A = luas permukaan transfer panasq = transfer panas totalHow Evaporator WorksLarutan yang mengandung produk diinginkan dimasukkan ke dalam evaporator dan melawati sumber panas. Panas akan merubah air pada larutan menjadi uap air. Uap air dibuang dari larutan dan dikondensasikan saat larutan konsentrasi tersebut masuk ke evaporasi tahap dua atau dikeluarkan dari sistem. Pada umumnya mesin evaporator terdiri dari empat bagian, bagian pemanas terdiri dari medium pemanas dimana uap dimasukkan. Bagian konsentrasi dan pemisahan dimana uap air yang dihasilkan dari penguapan air pada larutan dikeluarkan., bagian

kondensasi yang akan mengkondesasi uap air, dan bagian pompa vakum yang menyediakan tekanan untuk meningkatkan sirkulasi sistem.Tipe-tipe dari EvaporatorEvaporator Sirkulasi Alami/paksaEvaporator sirkulasi alami 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 di bagian atas dari tabung pemanas.Jumlah evaporasi bergantung dari perbedaan temperatur uap dengan larutan. Sering kali pendidihan mengakibatkan sistem kering, Untuk menghidari hal ini dapat digunakan sirkulasi paksa, yaitu dengan manambahkan pompa untuk meningkatkan tekanan dan sirkulasi sehingga pendidihan tidak terjadi.Falling Film EvaporatorEvaporator ini berbentuk tabung panjang (4-8 meter) yang dilapisi dengan jaket uap (steam jacket). Distribusi larutan yang seragam sangat penting. Larutan masuk dan memperoleh gaya gerak karena arah larutan yang menurun. Kecepatan gerakan larutan akan mempengaruhi karakteristik medium pemanas yag juga mengalir menurun. Tipe ini cocok untuk menangani larutan kental sehingga sering digunakan untuk industri kimia, makanan, dan fermentasi.Rising Film (Long Tube Vertical) EvaporatorPada evaporator tipe ini, pendidihan berlangsung di dalam tabung dengan sumber panas berasal dari luar tabung (biasanya uap). Buih air akan timbul dan menimbulkan sirkulasi. Scale Plate EvaporatorMempunyai luas permukaan yang besar, Plate biasanya tidak rata dan ditopangoleh bingkai (frame). Uap mengalir melalui ruang-ruang di antara plate. Uap mengalir secara co-current dan counter current terhadap larutan. Larutan dan uap masuk ke separasi yang nantinya uap akan disalurkan ke condenser. Eveporator jenis ini sering dipakai pada industri susu dan fermntasi karena fleksibilitas ruangan. Tidak efektif untuk larutan kental dan padatanMulti-effect EvaporatorMenggunakan uap pada tahap untuk dipakai pada tahap berikutnya. Semakin banyak tahap maka semakin rendah konsumsi energinya. Biasanya maksimal terdiri dari tujuh tahap, bila lebih seringkali ditemui biaya pembuatan melebihi penghematan energi. Ada dua tipe aliran, aliran maju dimana larutan masuk dari tahap paling panas ke yang lebih rendah, dan aliran mundur yang merupakan kebalikan dari aliran maju. Cocok untuk menangani produk yang sensitive terhadap panas sepertienzum dan protein.ApplicationKegunaan utama dari evaporator adalah menguapkan air pada larutan sehingga larutan memiliki konsentrasi tertentu. Pada industri makanan dan minuman, agar memiliki mutu yang sama pada jangka waktu yang lama, dibutuhkan evaporasi. Kegunaan lainnya adalah mendaur ulang pelarut mahal seperti hexane ataupun sodium hydroxide pada kraft pulping., bisa juga untuk menguapkan limbah agar proses penanganan limbah lebih murah.Marine UseAir pendingin (setelah mendinginkan mesin) masih dilewatkan pada heat exchanger yang berisi air laut karena air laut tekanannya telah direndahkan, aka bisa menguap walau air pendingin hanya bersuhu 70-80 derajat celcius. Uapan air laut dilewatkan di demister lalu didestilasi untuk kemudian disimpan sebagai cadangan air minum.

Penurunan Tekanan (dP) Pada Multiple Effect Evaporator March 20th, 2009 | Author:

Tahapan proses pembuatan gula antara lain adalah penguapan. Proses penguapan ini dilakukan di evaporator dan operasinya disebut evaporasi. Tujuan dari proses evaporasi adalah untuk memekatkan larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dan pelarut yang mudah menguap, sebagai pelarut biasanya air. Sejak awal abad XIX penggunaan evaporator di PG memegang peranan penting. Susunan evaporator biasanya secara quadruple atau quintuple (multiple effect). Proses penguapan dilakukan pada kondisi vakum. Tujuannya adalah menurunkan titik didih nira, karena nira dengan brix tinggi akan mengalami kerusakan apabila dipanaskan pada suhu diatas 1000C.

Untuk pemakaian multiple effect evaporator yang perlu diperhatikan adalah pengawasan dan pengaturan tekanan uap absolute di masing-masing badan. Dalam keadaan normal, penurunan tekanan uap absolute dari badan ke badan berikutnya berlangsung secara stabil.

Didalam mendesain pan penguapan diantaranya mempergunakan factor penurunan tekanan absolute sebagai dasar perhitungan besarnya luas permukaan pemanas di masing-masing badan. Apabila dasar tersebut tidak terpenuhi maka dapat mengganggu proses penguapan karena luas permukaan pemanas yang tersedia tidak sesuai dengan kapasitas. Seperti diketahui luas permukaan pemanas dapat dilihat dari rumus perpindahan panas :

Multiple Effect Evaporator Diposkan oleh Ivan Hadinata Rimbualam di 15:30 | Label: Teknik Kimia

1. Deskripsi Umum Multiple Effect Evaporators

Multiple effect evaporators merupakan peralatan yang dirancang dengan tujuan meningkatkan efisiensi energi dari proses evaporasi yang berlangsung dengan menggunakan energi panas dari steam (uap) untuk menguapkan air. Prinsip dasar dari jenis evaporator ini yaitu menggunakan panas/kalor yang dilepaskan/disediakan dari proses kondensasi pada satu efek untuk memberikan panas bagi efek lainnya. Uap yang terbentuk dari separator first effect akan memanasi komponen yang sedang berada di unit second effect, ketika steam awal (steam langsung) sedang memanasi komponen yang berada pada unit first effect. Pada suatu multiple-effect evaporator, air dididihkan pada suatu rangkaian wadah (vessel), masing-masingnya dilangsungkan pada tekanan yang

lebih rendah dibandingkan dengan dengan unit sebelumnya. Karena titik didih dari air berkurang/menurun seiring dengan penurunan tekanan maka uap yang terbentuk dari satu wadah dapat digunakan untuk memanaskan unit berikutnya dan hanya pada vessel pertama.(pada tekanan tertingi) membutuhkan sumber panas eksternal. Laju uap dan air pendingin bagi unit double effect diperkirakan 50% dibandingkan dengan unit single effect. Laju alir berbagai jenis bagi multiple effect berkisar antara 3000 LPH sampai dengan 50,000 LPH.

Sejarahnya :

Multiple-effect evaporator ditemukan oleh seorang insiyur African-American bernama Norbert Rillieux. Meskipun beliau mungkin saja telah merancang peralatan tersebut semenjak 1820-an dan membangun konstruksi prototypenya pada 1834, dia tidak membangun industri yang mengaplikasikan evaporator ini untuk pertama kalinya sampai tahun 1845. Semulanya dirancang untuk memekatkan gula pada jus sugar cane. Teknologi ini sekarang menjadi berkembang pesat digunakan di semua aplikasi industri yang memerlukan teknologi untuk menguapkan air dalam jumlah yang banyak seperti produksi garam dan desalinasi air.

2. Gambar Multiple Effect Evaporators

2.3 Sumber gambar : http://www.3rtechnology.in/?Evaporators

2.4

Sumber gambar : http://www.tespl.com/Water%20Recycling.htm3. Aplikasi dan Keuntungan Multiple Effect Evaporators

Keuntungan utama penggunaan sistem Multiple Effect Evaporators yaitu energi yang ekonomis dan efisien. Ekonomi energi bagi multiple effect evaporators bergantung pada jumlah unit efek (number of effects) 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 Evaporators ekonomis maka sistem dengan aliran dengan debit besar menyukai aplikasi ini pada semua sektor industri dan khususnya pada proses produksi garam dan desalinasi air. Sistem ini sudah terbukti sangat ekonomis, dengan prosesnya menggunakan gas panas dengan suhu di atas 250 0C atau biaya uap yang rendah pada tekanan moderat sekitar 7 bar sampai 21 bar yang dibangkitkan dari energi biomassa/ batubara/ waste heat yang tersedia.

Aplikasi Multiple Effect Evaporators :

1. Proses Desalinasi Air Laut

2. Produksi Garam

3. Industri Tekstil

Proses recovery tanaman kaustik (kaustik = bahan tajam yang dapat membakar kulit) pada pemintalan tekstil.

4. Industri Makanan

Proses memekatkan jus manis (sugar juice)

5. Industri Air

Daur ulang air dari sungai penyulingan

6. Proses Evaporator

7. Daur ulang limbah cair

8. Pelepasan Senyawa Kimia dengan cairan 0 % (zero liquid)

9. Pupuk

10. Farmasi

11. Bahan Pencelup

12. Polimer

13. Otomotif

14. Cat

15. Recovery protein

16. Proses ekstraksi pelarut

17. Pemurnian Air

PRINSIP PERPINDAHAN PANAS PADA EVAPORATOR April 8th, 2009 | Author:

Prinsip kerja dari evaporator adalah perpindahan panas, oleh karena itu evaporator akan bekerja maksimal apabila proses perpindahan panas berjalan lancar. Faktor yang mempengaruhi perpindahan panas dapat dilihat dari rumus dibawah :

Dari rumus diatas apabila Q besar maka perpindahan panas maksimal. Harga Q akan menjadi besar apabila faktor – faktor pengali masing-masing besar atau paling tidak salah satu faktor mempunyai harga yang besar. Kondisi tersebut mempengaruhi desain peralatan. Harga U dipengaruhi oleh jenis bahan yang digunakan yaitu pipa pemanas. Pada umumnya pipa pemanas dipilih dari bahan kuningan (brass) atau stainless steel yang mempunyai daya hantar panas yang bagus, tabel 1.

Tabel 1. Koefisien perpindahan panas beberapa bahan

Pemilihan macam bahan untuk pipa pemanas tidak hanya dari daya hantar panas dari bahan tersebut, tetapi juga mempertimbangkan mudah tidaknya bahan tersebut rusak oleh korosi maupun pertimbangan teknis lainnya. Pada pengoperasian evaporator di pabrik gula, dimana bahan yang dipanaskan adalah nira harga U dapat berubah-ubah karena terbentuknya kerak pada permukaan pipa pemanas sisi nira. Kerak terbentuk dari bahan-bahan bukan gula terutama silikat yang terlarut dalam nira. Selain itu terbentuknya lapisan tipis kondensat dan minyak pada pipa pemanas sisi uap juga mempengaruhi nilai U. Oleh karena secara periodik pipa pemanas evaporator dibersihkan baik secara kimiawi maupun mekanis untuk menjaga harga U supaya tetap tinggi.

2.3.1 Fungsi dari evaporator2.3.2 Spesifikasi evaporator2.3.3 Cara kerja evaporator

(how multiple effect/stage evaporator works)

2.3.4 Gambar dan foto dari evaporator

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

DAFTAR PUSTAKA

http://www.3rtechnology.in/?Evaporators Tanggal Akses : 6 Mei 2009

http://en.wikipedia.org/wiki/Multiple-effect_evaporator Tanggal Akses : 6 Mei 2009

http://www.freepatentsonline.com/4756797.html Tanggal Akses : 6 Mei 2009

http://www.fao.org/docrep/V5030E/V5030E0R.GIF Tanggal Akses : 6 Mei 2009

http://www.thewatertreatmentplant.com/multiple-effect-evaporators.html Tanggal Akses : 6 Mei 2009

http://www.apsiminc.com/MEE.htm Tanggal Akses : 6 Mei 2009