I. Pendahuluan

A. Latar Belakang

Dalam dunia industri terdapat bermacam-macam alat ataupun proses kimiawi yang terjadi. Dan begitu pula pada hasil produk yang keluar yang berada di sela-sela kebutuhan hidup, dalam pembuatan gula, susu kental manis dan sebagainya merupakan dari proses kimiawi serta tentunya juga membutuhkan alat-alat industri yang memiliki fungsi dan peran tiap-tiap bagian.

Dalam proses industri juga pasti tidak membutuhkan hanya satu alat saja, tetapi beberapa alat penunjang dari alat utama. Alat evaporator adalah salah satu alat instrumen pada sebuah industri kimia.

B. Rumusan Masalah

Mempelajari apa itu alat evaporator sesuai dengan kemampuan dan fungsinya di dalam pengoperasiannya pada sebuah industri.

C. Tujuan

Untuk mengetahui berbagai jenis alat yang termasuk dalam single evaporator sesuai dengan spesifikasi dan agar dapat digunakan secara tepat sesuai fungsi dan kemampuan alat tersebut.

1

II. Isi

A. Single Evaporator

Evaporasi adalah proses perubahan molekul didalam keadaan cair dengan spontan menjadi gas dan salah satu proses yang digunakan untuk pengentalan larutan, dengan pelepasan air dari larutan tersebut melalui pendidihan di dalam suatu bejana, evaporator serta mengeluarkan hasil uapnya.

Manfaat utama evaporasi di dalam industri pangan :

a. Pengentalan awal cairan sebelum proses lanjut

b. Untuk menurunkan kadar air

Cara kerja evaporasi adalah dengan menambahkan kalor pada larutan untuk

menguapkan bahan pelarut. Secara prinsip kalor dipasok untuk kalor laten penguapan.

Yang dimana tujuan umum dari proses evaporasi adalah mengurangi kadar air dan

meningkatkan konsentrasi.

Desain suatu unit evaporasi memerlukan aplikasi praktis data perpindahan kalor

pada cairan yang sedang mendidih, bersama dengan realisasi apa yang terjadi terhadap

cairan selama pengentalan.

Kebanyakan evaporator dipanaskan menggunakan uap yang dikondensasikan di atas

tabung tabung logam. Bahan yang dievaporasikan biasanya mengalir di dalam tabung. Uap

yang digunakan biasanya adalah uap bertekanan rendah, dibawah 3 atm abs; zat cair yang

mendidih biasanya berada dalam vakum sedang yaitu sampai kira-kira 0,05 atm abs.

Berkurangnya suhu didih zat cair menyebabkan beda suhu antara uap dan zat cair yang

mendidih itu meningkat, dengan demikian laju perpindahan kalor didalam evaporator itu

meningkat juga. Bila kita menggunakan satu evaporator saja, uap dari zat cair yang mendidih

dikondensasikan dan dibuang. Metode ini disebut sebagai evaporasi efek tunggal (single

effect evaporation). Walaupun proses ini sederhana , namun pada prosesini kurang efektif

dalam penggunaan uap.

Evaporator dengan evaporizer serupa tapi tak sama dalam menjalankan fungsinya yaitu

sebagai penambah konsentrasi suatu bahan ataupun senyawa. Evaporator berfungsi sebagai

penguap atau pengurangan kadar air yang ada pada suatu bahan ataupun senyawa cair.

Sedangkan evaporizer berfungsi sebagai penguap liquid selain cair.

2

Pada evaporator efek tunggal, kalor laten kondensasi uap pemanas berpindah melalui

permukaan pemanasan dan menguapkan air dari larutan yang mendidih. Ada dua neraca

entalpi yang diperlukan yaitu, satu untuk uap pemanas, dan satu lagi untuk sisi cairan atau

uap larutan.

B. Cara Kerja Evaporator

Proses evaporasi yang dilakukan adalah untuk menghilangkan atau mengurangi kadar air

yang bertujuan untuk meningkatkan konsentrasi dari suatu bahan makanan cair. Salah satu

tujuan dari operasi ini adalah untuk mengurangi volume dari suatu produk sampai batas-batas

tertentu tanpa menyebabkan kehilangan zat-zat yang menggandung gizi. Pengurangan

volume produk akan mengakibatkan turunnnya biaya pengangkutan. Disamping itu juga akan

meningkatkan efesiensi penyimpanan dan dapat membantu pengawetan atas dasar

berkrangnya jumlah air bebas yang dapat digunakan oleh mikroorganisme untuk

kehidupannya. Salah satu contoh untuk pengawetan adalah susu kental manis.

Menaikkan konsentrasi dari fraksi padatan didalam produk bahan makanan cair adalah

dengan menguapkan air bebas yang ada di dalam produk. Proses penguapan ini dilakukan

dengan menaikkan temperatur produk sampai titik didih dan menjaganya untuk beberapa

waktu sampai konsentrasi yang diinginkan.

Ada 4 komponen dasar yang dibutuhkan untuk melakukan penguapan :

a. Sebuah tabung penguapan

b. Alat pemindah panas

c. Sebuah kondensor

d. Sebuah metode untuk menjaga tekanan pada vakum

Keempat komponen utama ini harus diperhatikan dalam merencanakan suatu evaporator.

Sistem tekanan vakumnya harus dapat mengalirkan gas yang tidak terkondensasi agar bisa

menjaga tekanan vakum yang diinginkan di dalam tabing penguapan.

3

C. Prinsip kerja evaporasi

Prinsip kerja peralatan evaporator adalah berdasarkan pada penurunan tekanan

menyebabkan turunnya titik didih cairan. Kevakuman dalam evaporator ditentukan oleh

efisiensi pompa yang mana hal itu tergantung pada derajat kondensi uap dalam kondensor.

Pada kondensi akan berlangsung sesuai dengan banyaknya semprotan air yang

didinginkan ke bagian puncak dari kondensornya. Panas yang dibutuhkan unutk penguapan

cairan adalah berasal dari steam. Steam tersebut mengalami pengembunan (dikondensikan)

pada tabung dan bersamaan dengan itu memberikan panasnya untuk penguapa. Steam yang

telah diambil panasnya itu disebut juga kondensat, kemudian dipindahkan dari dasar

calandria dan ditarik melalui kondensor menuju pompa. Calandria adalah tabung dimana

terjadi pergerakan bahan pangan.

Bahan cair yang akan diringkatkan konsentrasinya akan bersikulasi terus menerus

pada alat dalam supaya untuk memperoleh perpindahan / Pergerakan yang maksimala dalam

calandria. Sirkulasi yang cepat akan mengurangi resiko terjadinya pengendapan pada

permukaan tabung dan dengan cepat membebaskan gelembung” uap dari bahan cair selama

dalam perjalanan melaui evaporator.

Beberapa peralatan penguapan dapat langsung dipanasi dengan api. Api yang

memanasi dinidng ketel dan secara konduksi akan memanasi bahan yang terletak di dalam

alat penguap. Akan tetapi umumnya evaporator mempergunakan panas tidak langsung dalam

penguapannya.

Umumnya medium yang membawa panas adalah uap yang diperoleh dari boiler atau

dari suatu tahapan penguapan dalam alat penguapan. Perputaran bahan cair di dalam alat

penguapan merupakan hal yang penting. Sebab perputaran dapat mempengaruhi laju pindah

panas dan dengan perputaran bahan yang baik akan meningkatkan laju penguapan.

Evaporator ada dua jenis tabung, yaitu evaporator tabung panjang ( Long Tube

Evaporator ) dan evaporator tabung pendek ( Short Tube Evaporator ) :

1. Long tube evaporator

Waktu pembersihan lebih pendek

Efektif untuk memekatkan cairan yang memepunyai kecenderungan untuk berbusa

4

Efektif untuk menangani material yang sensitif terhadap panas karena evaporator ini

dapat dioperasikan tanpa resirkulasi.

Kapasitasnya besar

Permukaan panas yang lebih besar daripada evaporator yang lainnya

Biaya tinggi

Umumnya membutuhkan resirkulasi pada evaporator falling film

Tidak diperuntukkan untuk garam dan liquid yang dapat menggumpal

Heat transfer tidak efektif pada beda temperatur untuk climbing film evaporator.

2. Short tube evaporator

Relatif lebih murah serta pengoperasian dan pembersihannya lebih mudah.(Ulrich,

1984)

Dapat beroperasi dengan jangkauan konsenterasi yang cukup luas antara umpan dan

cairan pekat dalam satu unit saja.

Cocok untuk evaporasi efek tunggal.

Umumnya dioperasikan dengan sirkulasi alamiah (natural evaporator)

Dapat digunakan untuk larutan yang memebentuk deposit padatan,karena padatan

yang terbentuk dapat dibersihkan secara mekanis.

Tidak cocok menguapkan larutan dalam masa yang singkat.

Tidak cocok untuk memekatkan zat cair yang peka terhadap panas

Tidak cocok untuk memekatkan larutan yang sangat viskous dan mudah membentuk

busa.

Prinsip kerja short tube evaporator

Di dalam evaporator ini terdapat suatu kolam zat cair. Dimana umpan masuk akan

bercampur dengan zat cair di dalam kolam, dan campuran itu lalu dialirkan melalui

tube-tube evaporator.

Zat cair yang tidak menguap dikeluarkan dari tube dan kembali ke kolam,sehingga

hanya sebagian saja dari keseluruhan evaporasi yang berlangsung dalam satu lewatan.

Zat cair yang menguap akan mengisi daerah bagian atas evaporator dan dikeluarkan

melalui pipa uap.

5

Sementara cairan pekat dari evaporator dikeluarkan dari kolam melalui pipa cairan

dibagian bawah evaporator.

Sifat-sifat penting dari zat cair yang dievaporasikan:

1. Konsentrasi

Umpan masuk evaporator cukup encer yaitu mempunyai viskositas < 10cP, sehingga

cocok menggunakan short tube evaporator.

Dimana short tube evaporator cocok untuk fluida dengan viskositas < 10cP.

2. Pembentukan busa

Cairan yang akan dipekatkan di evaporator ini yaitu H2SO4. H2SO4 ini pada waktu di

evaporasi cenderung tidak membentuk busa, sehingga cocok menggunakan short tube

evaporator.

Dimana short tube evaporator tidak cocok untuk memekatkan larutan yang mudah

memebentuk busa.

Jika cairan yang diuapkan membentuk busa, maka busa yang stabil akan ikut keluar

evaporator bersama uap dan menyebabkan banyaknya bahan yang ikut terbawa.

3. Kepekaan terhadap suhu

Temperatur operasi yang digunakan yaitu 100oC. Dimana H2SO4 tidak peka terhadap

suhu tersebut, sehingga cocok menggunakan short tube evaporator.

Dimana short tube evaporator tidak cocok untuk memekatkan zat cair yang peka

terhadap panas.

4. Kerak

Larutan yang dipekatkan cenderung membentuk kerak, sehingga cocok menggunakan

short tube evaporator.

Dimana short tube evaporator cocok untuk larutan yang memebentuk deposit padatan,

karena padatan yang terbentuk dapat dibersihkan secara mekanis.

6

D. Macam-macam Peratalan Evaporasi (Evaporator)

3.1 Evaporator Standar Dengan Sirkulasi Natural

Evaporator sirkulasi natural 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 dibagian atas dari tabung pemanas. Jumlah

evaporasi bergantung dari perbedaan temperatur uap dengan larutan. Sering kali pendidihan

mengakibatkan sistem kering. Untuk menghindari hal ini dapat digunakan sirkulasi paksa,

yaitu dengan menambahkan pompa untuk meningkatkan tekanan dan sirkulasi sehingga

pendidihan tidak terjadi.

7

3.2 Evaporator Tabung Horizontal

Evaporator tabung horizontal merupakan evaporator jenis klasik yang telah lama

digunakan. Larutan yang akan dievaporasikan berada diluar tabung horizontal dan uap

mengalir didalam tabung horizontal. Tabung horizontal diliputi dan dikelilingi oleh sirkulasi

yang alami dari cairan yang mendidih sehingga meminimumkan pengadukan cairan. Sebagai

hasilnya maka pada evaporator jenis lain, ini bermanfaat khususnya unutk mengevaporasikan

larutan yang viskos. Evaporator tabung horizontal biasanya digunakan unutk kapasitas yang

kecil dan untuk mengevaporasikan larutan yang encer dan larutan ini tidak berbusa dan tidak

meninggalkan deposit pada tabung evaporator.

8

Umpan

Uap

Steam

Cairan kental

Kondensat

Berkas tabung

Diagram penampang melintang evaporator tabung horizontal

3.3 Evaporator Tabung Vertikal

Pada evaporator sirkulasi paksa, cairan yang akan di evaporasikan dipompakan

melewati penukar panas (heat exchanger) dimana media pemanas mengelilingi pipa-pipa

yang membawa cairan yang akan dievaporasikan. Gabungan penurunan tekana dan head

hidrostatik didalam alat ini adalah cukup besar unutk mencegah larutan mendidih di dalm

pipa penukar panas, sehingga uap yang dihasilkan akan tersembur keluar pada saat cairan

memasuki ruang kosong di dalam tabung.

9

Diagram penampang melintang evaporator tabung vertikal dengan sirkulasi paksa

Uap

drips

Baffle untuk pemisah cairan dan

uap

Pendidihan di dalam tabung

ResirkulasiCairan kental

keluar

Steam ( mengembun di

luar tabung)

Ruang pemisah entrainment

3.4 Evaporator Tabung Panjang Vertikal

Evaporator vertikal tabung panjang tabung-tabungnya biasanya mempunyai panjang 12ft-

20ft dengan diameter 1inci-2inci. Bagian utama dari evaporator jenis-jenis ini adalah sebuah

penukar panas jenis tabung dengan uap dalam selongsong, dan zat cair yang akan dipekatkan

didalam pipa atau tabung. Sebuah separator (pemisah) atau ruang uap (vapour space) unutk

memisahkan zat cair yang terbawa ikut dari uap, dan bila alat ini dioperasikan sebagai unit

sirkulasi maka sebuah kaki pemulang (return leg) unutk mengembalikan zat cair dari

separator ke bagian bawah penukar panas.

10