OPERASI TEKNIK KIMIA III

Disusun oleh:DOSEN PENGAMPUIr. Hj.Laila Faizah, MKes.

OPERASI TEKNIK KIMIA IIIKODE MATA KULIAH:TIKD 410BEBAN KREDIT:SEMESTER:IVTIDAK ADA KETERKAITAN ANTARA OTK I,II,danIVRENCANA KULIAH:12 16x T.M.POKOK BAHASAN:4 MATERI 1.EVAPORASI2.KRISTALISASI3.HUMIDIFIKASI4.DRYING

POKOK BAHASAN & ALOKASI WAKTUPENGANTAR1xEVAPORASI3xKRISTALISASI3xEVALUASI TENGAH SEMESTER1xHUMIDIFIKASI3xDRYING3xEVALUASI AKHIR SEMESTER1x

BEBERAPA MATA KULIAH YANG MENUNJANGAZAS TEKNIK KIMIANERACA MASSA & ENERGIPROSES INDUSTRI KIMIA I & IIPERPINDAHAN PANASPENGENALAN PABRIK KIMIAKIMIA FISIKA

KOMPONEN PENILAIANTATAP MUKA / KULIAH10%TUGAS15%MID SEMESTER20%UJIAN AKHIR SEMESTER55%

PERHATIAN:SETIAP KULIAH O.T.K.III SELALU MEMBAWA SENDIRI :1.DAFTAR KONVERSI2.DAFTAR TABEL UAP3.GRAFIK YANG TERKAIT4.PERALATAN YANG DIBUTUHKAN

DAFTAR PUSTAKAALLAN S. FOUST,WENZEL L.A. PRICIPLES OF UNIT OPERATION BROWN G.G. UNIT OPERATION PERRY R.H.,CECIL H. CHILTON CHEMICAL ENGINEERINGS HAND BOOK TJIPTO UTOMO DIKTAT EVAPORASI & PER PAN TREYBALL R.E. MASS TRANSFER OPERATION WARREN L. MC CABE, YULIAN J SMITH UNIT OPERATION OF CHEMICAL ENGINEERING WALTER L BADGER & YULIUS T. BANCHERO INTRO DUCTION TO CHEMICAL ENGINEERING BB PRAMUDONOHUMIDIFIKASI &PENGERINGAN

POKOK BAHASAN EVAPORASITheori evaporasiPerbedaan dengan proses operasi yg lainMacam,jenis dan cara kerja dr evaporatorDasar perhitungan1. menghitung tanpa B.P.R.2. menghitung dengan B.P.R.3. menghitung dengan/tanpa grafikMethode penyelesaian soalContoh dan latihan soal

POKOK BAHASAN KRISTALISASITheori kristalisasiKelarutan suatu zatMethode dan macam kristalisasiPembentukan inti kristalMacam dan jenis peralatan kristalisasiDasar perhitungan1. menghitung jml kristal2. menghitung jml unit alat kristalisasiMethode penyelesaian soalContoh dan latihan soal

POKOK BAHASAN HUMIDIFIKASITheori humidifikasi dan dehumidifikasi Istilah2 pd humidifikasi & dehumidifikasiMacam,jenis dan cara kerja peralatan humidifikasi & dehumidifikasiDasar perhitungan1.cara membaca psychrometric chart2.menghitung dengan rumusContoh dan cara penyelesaian soal

POKOK BAHASAN DRYINGTheori dan istilah dryingMacam2 pengaruh suhu udara & humidity thd kec. PengeringanHubungan transfer massa dan panas thd pengeringanMacam,jenis dan cara kerja peralatan pengeringan (dryer)Dasar perhitunganContoh dan cara penyelesaian soal

POKOK BAHASAN IEVAPORASI

Tujuan EvaporasiTujuan evaporasi adalah untuk memekatkan larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dan pelarut yang mudah menguap. Evaporasi dilaksanakan dengan menguapkan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan dengan konsentrasi yang lebih tinggi (pekat)

Pengertian evaporasi Evaporasi merupakan salah satu satuan operasi yang penting dalam industri kimia,pengolahan pangan dan bertujuan terutama untuk memekatkan atau menaikkan konsentrasi zat padat dari bahan yang berupa fluida.dengan adanya sumber panas.Didalam praktek, evaporasi paling banyak ditunjukkan untuk pemisahan air dari larutan bahan di dalam air.sebagai contoh misalnya pemekatan larutan gula, garam dan juice buah-buahan.Didalam hal ini, larutan yang pekat adalah produk yang diinginkan dan air yang teruapkan biasanya digunakan sebagai pemanas pada evaporator berangkai

Perbedaan Evaporasi dan DistilasiEvaporasi : uap yang dihasilkan baik merupakan komponan tunggal/campuran tidak dipisahkan menjadi beberapa fraksiDistilasi : dipisahkan menjadi beberapa fraksi berdasarkan titik didih

Perbedaan Evaporasi dengan DryingEvaporasi : sisa penguapan berupa zat cair/ lart yang sangat viscoseDrying : sisa penguapan berupa zat padat yang kering

Evaporasi dengan KristalisasiEvaporasi : Hanya pemekatan, jadi hasil akhir berupa larutan pekatKristalisasi : Hasil akhir berupa kristal

Sistem evaporasi pada prinsipnya terdiri atas 4 komponen pokok, yakni:

Tangki evaporasiSumber panasPengembun (Penukar Panas)Cara untuk mempertahankan hampa

t = ts t1 ts= Suhu Steam t1= Suhu Larutan

Karakteristik zat air :

Konsentrasi Densitas dan viskositasnya meningkat bersamaan dengan kons. zat padatnya, hingga larutan itu menjadi jenuh, sehingga tidak dapat melakukan perpindahan kalor yang memadai.Pembentukan busa Busa yang stabil akan ikut keluar dr evaporator bersama uap, dan menyebabkan banyaknya bahan yang terbawa ikut.Kepekaan terhadap suhu Beberapa bahan kimia mahal, bahan kimia farmasi, dan bahan makanan dapat rusak bila dipanaskan pada suhu tertentu selama waktu yang singkat saja.Kerak Hal ini menyebabkan koefisien per - pan makin lama makin berkurang, sampai akhirnya kita terpaksa menghentikan operasi evaporator itu untuk membersihkannya.Bahan konstruksi Oleh karena adanya variasi dalam sifat-safat zat cair, maka dikembangkanlah berbagai jenis bhn konstrdlm rancang bangun evaporator untuk suatu masalah tertentu.

Macam EvaporatorEvaporator dinding rangkapEvaporator pipa datarEvaporator pipa panjang Evaporator pipa bakuEvaporator keranjangEvaporator sirkulasi paksaan

Evaporator dinding rangkapTujuan Alat penguap jenis ini dipakai apabila cairan yang diuapkan kapasitasnya kecil.Prinsip kerja Evaporator ini konstruksinya terdiri dari ketel dan jaket.Spesifikasi alat Bahan konstruksi biasanya dipakai besi tuang. Untuk makanan biasanya dipakai bahan konstruksi stainless stell, aluminium, copper..Harga koefisien perpindahan panas jenis penguap ini bervariasi antara 50-300 btu/jam ft2 0F.Tergantung pada viskositas cairan, bahan konstruksi alat dan sistem pengadukannya.Spesifikasi bahan Bahan yang biasa dievaporasi dengan evaporator jenis ini.Cara kerja Pemanas berupa steam berada pada bagian dalam jaket dan kondensat maupun cairan pekat dikeluarkan melalui lubang masing-masing yang berada pada bagian bawah (lihat gambar)

Evaporator Dinding rangkap

Evaporator pipa datarTujuanEvaporator ini digunakan untuk mengevaporasi cairan yang tidak kental dan tidak membentuk kerak atau kristal.Prinsip kerjaPada umumnya evaporator juga dilengkapi dengan lubang kaca penduga (F) pada beberapa titik badan evaporator tersebut sehingga memungkinkan operator mengamati tinggi cairan dan perilaku cairan dan perilaku cairan yang mendidih.Badan evaporator tersebut dari plat baja atau besi tuang sebab tahan terhadap korosi.bundel pipa selalu diletakkan pada bagian bawah dan tidak melebihi setengah tinggi evaporatorSpesifikasi alatBadan pada evaporator berbentuk silinder tegak dengan penutup atas dan dasarnya berbentuk cembung.Beberapa buah pipa disusun mendatar ( horisontal ) merupakan suatu bundel yang dipasang pada bagian silender atau badan evaporator.Spesifikasi bahanEvaporator ini cocok digunakan untuk cairan yang tidak kental dan tidak membentukkerak atau kristal pada saat proses penguapan Cara kerja :Uap panas masuk melalui pipa A dan mengalir lewat pipa-pipa selanjutnya uap tersebut terkondensasi dan dikeluarkan melalui saluran C.Gas-gas yang tidak terkondensasi dikeluarkan melalui lubang ventilasi B.Larutan yang akan dipekatkan.

Evaporator Pipa Datar

EVAPORATOR PIPA DATAR

Evaporator Pipa panjang

Tujuan Evaporator ini digunakan untuk menguapkan larutan jernih dan bersifat korosifPrinsip kerja Pd evaporator ini terdapat ruang uap yang berfungsi untuk melepas dan memisahkan uapnya dari cairannyaSpesifikasi alat Evaporator jenis pipa panjang terdiri dari satu alat penukar panas (H.E.) vertikal jenis single shell and tube dan ruang uap.Diameter pipa biasanya 1-2 inchi ,sedang panjang pipa 20-35 ft Cara kerjaUmpan dipanaskan pada HE(pipa) dan hasil dari HE diumpankan pada ruang uap (Vapour heat) untuk memisahkan uap dari cairannya.Pada kondisi normal tidak ada level cairan yang ditahan pada vapor head karena waktu tinggal cairan pekat disini hanya beberapa detik saja.Zat cair dan uap mengalir keatas pipa (mendidih) ,zat cair yang terpisah kembali ke dasar tabung krn gaya graviitasi.Umpan encer pd suhu kamar,masuk dan bercampur dengan zat cair yang kembali dari separator.Umpan itu mengalir ke atas dlm pipa sebagai zat cair ,dan menerima kalor dari uap. zat cair membentuk gelembung2,sehingga meningkatkan kecepatan liniernya dan laju perpindahan kalor.Pd puncak tabung ,gelembung bertambah besar.Pada zone ini gelembung uap bergantian dengan zatcair dlm tabung naik melalui dan keluar dengan kec. tinggi dari ujung atas tabung dan campuran zat cair selanjutnya masuk ke dalam sepoarator.krn diameter separator lebih besar dari diameter H.E. maka kec. Linier uap berkurang. Evaporator pipa panjang sangat efektif untuk memekatkan zat cair yang mudah membentuk busa dan Busa itu akan pecah bila campuran zat cair dan uap berkecepatan tinggi menumbuk sekat dibagian kepala uap.

Evaporator pipa panjang

Evaporator pipa baku

Tujuan untuk menguapkan larutan yang encerPrinsip kerja Steam chest pada evaporator baku beraturan dalam konfigurasi dengan down takes central. karena ada beda friction losses yang cukup besar antar cairan yang melalui ruang annulus.Spesifikasi alat Evaporator silinder tabung vertical normalnya sebuah evaporator silinder dengan steam chest pada bagian bawah menempel pada zat pencair.Tabung yang melalui steam chest menyediakan permukaan pemanas engan cairan di dalamnya.Cara kerja larutan yang akan dipekatkan berada pada bagian pipa, dan uap berada diluar pipa. Rangkaian pipa disusun tegak membentuk penamp melingkar dan mempunyai ruang anullus (down take B) .Adanya down take ini menyebabkan siklus cairan dalam ruang evaporator lebih baik sebab ada beda Friction losses yang cukup besar antara cairan yang melalui pipa-pipa dengan cairan yang melalui down take..Luas penamp down take dibuat sama dengan luas penampang pipa.Feed yang berupa cairan masuk kedlm pipa,dan pemanas mengitari pipa shg.kondesat akan keluar melalui beberapa saluran didasar rangkaian pipa, dan gas yang tidak terkondensasi keluar melalui lubang ventilasi dekat bagian atas atas pipa. Ukuran pipa antara 2-3 inchi, panjang 4-6 ft dan diameter 2 inchi .Sirkulasi dan perpindahan panas pada evaporator ini sangat tergantung pada tinggi cairan pada evaporator.

Evaporator Pipa Baku

Evaporator keranjang

Tujuan untuk menguapkan larutan yang tidak kental(encer) dan berbuih.Prlnsip kerja Cairan kembali ke ruangan di bawah steam chest secara beraturan dng bagian silinder sentral yang cukup besar.Steam chest pada evaporator keranjang tetutup .Alat ini dilengkapi juga dengan ruang uap berbentuk keranjangSpesifikasi alat Evaporator keranjang adalah evaporator silinder dengan steam chest pada bagian bawah menempel pada ruang zat cair.Tabung yang melalui steam chest mempunyai permukaan pemanas dengan cairan didlmnya.Cara kerja Evaporator ini terdiri dari satu alat penukar kalor vertikal dan ruang uap.Diameter pipa biasanya 1-2 inchi sedang panjang pipa 20 -35 ft.Cairan dipekatkan ,dipanaskan pada HE, dan hasil dari HE selanjutnya di umpankan diruang uap untuk melepas dan memisahkan uapdan cairannya.Pada kondisi normal tidak ada level cairan yang dipertahankan pada vapor heat,karena waktu tinggal cairan pekat hanya beberapa detik saja.

Evaporator pipa keranjang

Evaporator sirkulasi paksaan

Tujuan untuk memekatkan larutan yang korosif, viscos, mudah membentuk kristal, serta larutan yang peka terhadap panasdan cenderung membentuk busaPrinsip kerja Evaporator ini menggunakan pompa sentrifugal untuk mendorong cairan masuk ke pipa-pipa penukar panas dan separator serta menghisap kembali cairan tersebut dari separator untuk disirkulasi lagi.Spesifikasi Alat Terdiri dari dua lintas pada sisi pipa dan dua lintas pada sisi shelnya. Diameter pipa yang digunakan inci dan panjangnya 8 FtCara kerja : Zat cair didorong oleh pompa centrifugal sehingga masuk kedalam pipa-pipa dan menerima panasdr H.E. namun tidak sampai mendidih.Selanjutnya zat cair mengalir menuju separator.Didalam separator terjadi pengurangan tinggi tekan statis yang mengakibatkan proses penguapan menjadi campuran cair dan uap. Campuran ini akan menumbuk plat pembelok didalam ruang uap.Uap dan cairan akan terpisah. Zat cair akan turun ke lubang masuk pompa dimana akan bercampur dengan umpan baru yang masuk, sedang uap menuju keatas dan keluar pada bagian puncak evaporator, masuk kedalam kondensor. Zat cair yang meninggalkan separator dikeluarkan secara kontinyu sebagai hasil larutan pekat.

Evaporator Sirkulasi paksaan

NOTASI DAN SATUAN1. ALIRAN FEED MASUKa. F = laju alir umpan/feed lb/jkg/jb. tf = suhu feed0F0Cc. xf = fraksid. Cpf = panas jenis feed btu/lb 0F Kkal/kg 0C

2. ALIRAN STEAM MASUKa. S = laju alir steamlb/jkg/jb. Ts = suhu steam0F0Cc. Xs = fraksid. Cps = panas jenis steam btu/lb 0F Kkal/kg 0C

3. ALIRAN UAP KELUAR a. V = laju alir uap keluarlb/jkg/j b. = pns laten penguapan di V btu/lb kkal/kg c. C = kondensat lb/j kg/j4. ALIRAN LARUTAN PEKAT KELUAR a. L = laju alir lar. Pekat lb/j kg/j b. tl = suhu larutan pekat 0F 0C c. xl = fraksi d. Cpl = panas jenis lar.pekat btu/lb 0F kkal/kg 0C

KONDISI PADA EVAPORATOR (I dan II)T1atau 2 = Ttk didih larutan pd effek I, II 0F 0CU1 atau2 = over all heat transfer coeff btu/ft2 j 0FA1 atau2 = Luas bid pemanas (A1 = A2) ft2p1 atau2 = tekanan uap pd evaporator psia

DASAR PERHITUNGANNERACA BAHAN1. Pada H.E. bhn masuk kondensor = bhn keluar kondensor S =C2. Pada Tanki : bhn yg masuk tanki = bhn yg keluar tanki F = L + VNERACA KOMPONENlarutan yg masuk tanki = larutan yg keluar tanki F. xf = L. xl NERACA PANAS panas pada panas yg dignkn panas yg dignkn steam S = u melarutkan lar F + u menghslkn uap dr tf ke t1 V pada suhu t1 S.S = F. Cpf .(t1 - tf) + V .

Jenis evaporatorUntuk evaporator berangkaiCo - current double effect evaporator.Counter current double effect evaporator.Demikian seterusnya untuk Tripple maupun Quadrupple effect evaporator.Co current : arah aliran feed dan steam sama.Counter current : arah aliran feed dan steam ber lawahan.

METODE I (PENGANDAIAN p)Gambar dan cantumkan dataSusun neraca massa dan neraca panas tiap effek dan keseluruhan (over all)Hitung p total dan p tiap effek dianggap samaHitung suhu tiap effekMasukkan pada rumus perhitungan neraca massa, neraca komponen dan neraca panas tiap effekMasukkan rumus jumlah uap secara keseluruhan pada neraca massaHarga L dapat dihitung, maka haga A1,A2 dst dapat dicariJika harga A1 A2 dst nya, berarti pengandaian p tidak tepat harus di TRIAL harga p nya Perhitungan benar jika harga A1 = A2 dstnya

METODE II (PENGANDAIAN t)Gambar dan cantumkan dataSusun neraca massa dan neraca panas tiap effek dan keseluruhan (over all)Hitung t total dan t tiap effek dianggap samaHitung tekanan tiap effek dan tekanan totalMasukkan pada rumus perhitungan neraca massa, neraca komponen dan neraca panas tiap effekMasukkan rumus jumlah uap secara keseluruhan pada neraca massaHarga L dapat dihitung, maka haga A1,A2 dst dapat dicariJika harga A1 A2 dst nya, berarti pengandaian t tidak tepat harus di TRIAL harga t nya Perhitungan benar jika harga A1 = A2 dstnya

RUMUS UNTUK TRIAL (PENGANDAIAN) Jika p sama : p1 = p2 dst nya untuk pengandaian dalam perhitungan awal

Trial untuk p : p baru = A1 x p lama A rata rata Trial untuk t : t baru = A1 x t lama A rata rata

TINJAUAN EKONOMI () Ekonomi atau effisiensi adalah perbandingan antara kebutuhan steam (lb) dengan kebutuhan air yang diuapkan Penggunaan steam pd counter current lebih effisien dr pd co current,mengapa? Counter current sangat baik untuk larutan kental, mengapa ? Sifat larutan encer = sifat pelarut murniJika larutan kental,sifat sifat pelarut murni ada kenaikan titik didih (B.P.R.) atau Boiling Point Rise pd multiple effect evaporator selalu ada kenaikan titik didih (B.P.R.) sebanyak jumlah effect

Jika conc tinggi mk ttk didih tinggi, ini disebabkan krn P Uap lart rendah & zat yang melarut tinggi.u/ lart encer (cons ) misalnya:Lart. NaOH Duhring LineNon lart. NaOH rumus ENTH-concKrn Evap. Sbg alat penguap (alat P.P) maka t uap air = tcJk P=1atm,td lart> td air t

Effisiensi PenguapanAdlh perbandingan antara kebutuhan steam (lb) dengan kebutuhan air yang diuapkan.Eff. Penguapan =Ekonomi ()Trjd penghematan steam pada Counter Current

Harga UJam operasi bertambah tjd kerak

Hk. PerPan : Makin tebal kerak, mk perpan dari steam semakin susah

Tinjauan harga A (Luas Permukaan Pemanas)S. s = . A (ts t1)

u/ Evap Tunggal? u/ Evap berangkai?Tinjauan BPR (Boiling Point Rise)> Dengan menggunakan rumus:ttotal = t + BPR> Dengan menggunakan grafik: Khusus untuk NaOH - Duhring line - Grafik Enth - Conc

Tinjauan titik didih lart. Pada Evap berangkai :

Berapakah t1 t2, panas pengenceran yg timbul berpengaruh pada neraca panas perlu perkiraan pendekatan.Perkiraan pendekatan: Memisalkan q sama. Dan A selalu sama. q = V A t t1 : t1 : t1 = 1/V1 : 1/V2 : 1/V3 t1 = ts - t1 t3 = t2 t3 t2 = t1 - t2 Jumlah air yang diuapkan sama. V1 = V2 = V3

F.XF = L3 . XL3 L3 = F.XF L3 dapat dihitung XL3V = F V3 maka,V1 = 1/3 VV2 = 1/3 VV3 = 1/3 VRumus ENTH CONC pada Ner. PanasF.hf + S.H3 = V.H + L.h1 + c.hcF.hf + S.(Hs hc) = V.Hsp + L.h1Hsp = Hsat + Cp t = Hsat + Cp BPRF.Hf + S.s = V. Hsp + L h1

Pelajari di rumah tentang perhitungan BPR dengan 2 cara tsb.. !!!

BPR = ttk didih lart tgt dari P. Perm. Lart dan konsentrasi lart.

Perpindahan lart dari effek satu ke lainnya mengalami:Perub. KonsentrasiPerub. Kadar soluteKenaikan titik didih yang sama.ttot= ts-t4Pada P. Perm. Sama: titik didih air titik didih lart.

Bila tidak ada BPR:ttot= t1 + t2 + t3 + t4 = ts - t4Bila ada BPR:ttot= t1 + t2 + t3 + t4 + BPRI + BPRII +BPRIII + BPRIV = t + BPRUntuk lart. NaOH digunakan grafikUntuk lart.bukan NaOH digunakan Rumus

Bila bahan yang dievaporasi adalah NaOHPERHITUNGAN TIDAK MENGUNAKAN RUMUS TAPI CUKUP DENGAN GRAFIK SAJA,2 GRAFIK YANG DIGUNAKAN ADALAH :DUHRING LINEGRAFIK ENTHALPY - KONSENTRASI

Latihan soal :1. a).Jelaskan tentang apa yang dimaksud dengan proses evaporasi dengan benar dan lengkap

b). Gambar dan susun neraca massa, komponen dan energi dari suatu rangkaian CO CURRENT DOU BLE EFFECT EVAPORATOR

TERIMA KASIH