Evaporator (Forward and Backward)

  • View
    69

  • Download
    16

Embed Size (px)

DESCRIPTION

evaporator dalam azas teknik kimia

Transcript

  • MULTIPLE EFFECT EVAPORATOREVAPORATOR EFEK TUNGGAL MEMERLUKAN SEKITAR 1 KG STEAM UNTUK MENGUAPKAN 1 KG AIR. KINERJA SISTIM EVAPORATOR INI DAPAT DITINGKATKAN DENGAN OPERASI EFEK GANDA SISTIM VAPOR RECOMPRESSION SIKLUS HEAT PUMPSISTIM EFEK GANDA DIPERKENALKAN PERTAMA KALI OLEH RILLIEUX PADA TH. 1830. PADA SISTIM INI, UAP AIR DARI EFEK PERTAMA DIMANFAATKAN SEBAGAI PEMANAS PADA EVAPORATOR EFEK KEDUA DENGAN TITIK DIDIH YANG LEBIH RENDAH. HAL INI DIMUNGKINKAN DENGAN MENGOPERASIKAN EVAPORATOR EFEK KEDUA PADA TEKANAN YANG LEBIH RENDAH DARI PADA EFEK PERTAMA, DEMIKIAN SETERUSNYA. PADA SISTIM EFEK GANDA INI, EFEK TERAKHIR DIOPERASIKAN PADA TEKANAN VAKUM. DENGAN SISTIM EVAPORATOR EFEK GANDA KEBUTUHAN STEAM DIPERKECIL. SISTIM EVAPORATOR N EFEK KIRA-KIRA MEMERLUKAN 1/N KG STEAM UNTUK MENGUAPKAN 1 KG AIR, ATAU STEAM ECONOMY NYA, YAITU KG AIR YANG DIUAPKAN PER KG STEAM YANG DIGUNAKAN, ADALAH SEKITAR N

  • ADA BEBERAPA SISTIM EVAPORATOR EFEK GANDA YAITU: FEED FORWARD DAN FEED BACKWARDFEED FORWARDFEED BACKWARDFeed Forward digunakan bila larutan pekat sangat peka terhadap panasFeed Backward digunakan bila larutan pekat sangat viskusMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

  • MULTIPLE EFFECT EVAPORATORLANGKAH-LANGKAH PERHITUNGANTentukan titik didih larutan pada efek terakhir, T3, dari konsentrasi larutan produk dan tekanan pada efek terakhir, T3=T30+BPR3 dimana T30=TSAT(P3). Tentukan beda suhu total: T=TS-T30. Tentukan jumlah total uap dari neraca bahan overall. Buat trial awal untuk jumlah uap tiap efek dengan menganggap jumlah uap tiap efek sama. Buat neraca bahan tiap efek untuk mendapatkan L1, L2, dan L3..Kemidian hitung konsentrasi solid dalam tiap efek dengan solid balance, Hitung Teff dimana Teff=T-BPRHitung T1, T2, T3: Kemudian hitung titik didih tiap-tiap efek: T1=TS-T1, dan T10=T1-BPR1, P1=P1SAT(T10), T2=T10-T2, T20=T2-BPR2, P2=P2SAT(T20), T3=T30+ BPR3Dari neraca bahan dan neraca energy tiap efek hitung kembali jumlah uap dan liquid keluar tiap efek. Bandingkan dengan yang diasumsi pada langkah 2. Bila mendekati, lanjut ke step 5, bila berbeda jauh, ulangi step 2Dari Capacity equation tiap efek hitung luas perpindahan panas tiap efek. Bila tidak sama, maka adakan koreksi terhadap beda suhu tiap efek. Ulangi perhitungan dari step 3

  • MULTIPLE EFFECT EVAPORATORMATERIAL BALANCE: SISTIM TOTAL: F = L3 + (V1+V2+V3) F XF = L3 X3 EFEK 1: F = L1+V1 (OVERALL) ; F XF = L1 X1 (SOLID) EFEK 2: L1 = L2 + V2 (OVERALL); L1 X1 = L2 X2 (SOLID) EFEK 3: L2 = L3 + V3 (OVERALL); L2 X2 = L3 X3 (SOLID)

  • MULTIPLE EFFECT EVAPORATORENERGY BALANCE: SUHU REFERENCE O0C EFFECT 1: F Cp (TF-0) + S S1 = L1 Cp (T1 0) + V1 HV1 EFFECT 2: L1 Cp (T1 0) + V1 S2 = L2 Cp (T2 0) + V2 HV2 EFFECT 3: L2 Cp (T2 0) + V2 S3 = L3 Cp (T3 0) + V3 HV3 BILA KENAIKAN TITIK DIDIH DIABAIKAN EFEK 1: F Cp (TF-T1) + S S1 = V1S2 (SUHU REFERENCE=T1) EFEK 2: L1 Cp (T1-T2) + V1S2 = V2 S3 (SUHU REFERENCE=T2) EFEK 3: L2Cp(T2 T3 )+ V2S3= V3 S4 (SUHU REFERENCE=T3)

  • CONTOH SOAL-1Suatu evaporator tiga efek digunakan untuk menguapkan larutan gula yang mengandung 10% berat solid ke konsentrasi 50% berat solid. Kenaikan titik didih bisa diestimasi dari persamaan BPR0C=1.78 X + 6.22 X2dimana x adalkah fraksi berat gula dalam larutan.Digunakan steam jenuh pada tekanan 205.5 kPa (121.10C).Tekanan pada efek ketiga adalah 13.4 kPa. Laju alir umpan adalah 22680 kg/jam pada suhu 26.70C. Kapasitas panas larutan dinyatakan dengan Cp=4.19-2.35 x kJ/kg K. Panas pelarutan diabaikan. Koefisien perpindahan panas overall tiap efek sudah diestimasi yaitu: U1=3123, U2 =1987, U3 =1136 W/M2k. Bila tiap efek mempunyai luas perpindahan panas yang sama, maka hitung luas perpindahan panas, jumlah steam yang dibutuhkan dan steam economy. MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

  • PENYELESAIANStep 1: Pada P3=13.4 kPa, suhu jenuh air adalah 51.670C dari steam table. Untuk x3=0.5, didapat BPR3=2.450C, T3=T30+BPR3= 51.67+2.45=54.120C.Step 2:Hitung L3: Solid balance FxF = L3x3 + 0 22680(0.1)=L3(0.5) L3=4536 kg/jamHitung Total penguapan: F = L3 + (V1+V2+V3) V1+V2+V3=F-L3=22680-4536=18144Asumsi V1=V2=V3=18144/3=6048 kg/jamNeraca bahan efek 1: F=V1+L122680=6048+L1 L1=16632 kg/jNeraca bahan efek 2: L1=V2+L2 16632=6048+L2 L2=10584 kg/jNeraca bahan efek 3: L2=V3 + L3 10584=6048+L3 L3=4536 kg/jSolid balance efek 1: FxF = L1x1 22680(0.1)=16632 x1 x1 = 0.136Solid balance efek 2: L1x1 = L2 x2 16632(0.136)=10584 x2 x2 = 0.214Solid balance efek 3: L2x2 = L3 x3 10584(0.214)=4536 x3 x3 =0.5

    MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

  • STEP 3:Hitung BPR: BPR1=1.78 x1+6.22 x12=1.78(0.136)+6.22(0.136)2=0.360C BPR2 =1.78 x2 +6.22 x22 =1.78(0.214)+6.22(0.214)2 =0.65C BPR3 =1.78 x3 +6.22 x32 =1.78(0.5)+6.22(0.5)2 =2.450 CHitung Tavailable: Tavailable=T-BPR=TS1-T30-(BPR1+BPR2+BPR3) = 121.1-51.67-(0.36+0.65+2.45)=65.90CHitung Ti: T1=T (1/U1)/(1/U1+1/U2+1/U3)= = 65.97(1/3123)/(1/3123+1/1987+1/1136)=12.40C Dengan cara sama didapat T2=19.50C, T3=34.070CHitung suhu masing-masing efek: T1=TS1-T1=121.1-15.56=105.540C TS2=T1-BPR1=105.54-0.36=105.180C, T2=TS2-T2=105.18-19.5=86.840CMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

  • STEP 4Kapasitas panas liquid: F : Cp=4.19-2.35 (0.1) =3.955 kJ/kg.K L1: Cp=4.19-2.35 (0.136)=3.869 L2: Cp=4.19-2.35 (0.214)=3.684 L3: Cp=4.19-2.35 (0.5) =3.015Enthalpy uap dan panas laten pengembunan: Efek 1: HV1=HS2+Cpv( BPR1)= 2684+ 1.884 (0.36) =2685 kJ/kg S1 = HS1-hS1 = 2708-508= 2200 kJ/kg Efek 2: HV2 = HS3 + Cpv (BPR2) = 2654 + 1.884 (0.65) = 2655 kJ/kg S2 = HV1-hS2 = 2685 441 = 2244 kJ/kg Efek 3: HV3 = HS4 + Cpv (BPR3)=2595 + 1.884 (2.45)= 2600 kJ/kg S3 = HV2 hS3 = 2655 361 = 2294 kJ/kgMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

  • NERACA BAHAN DAN ENERGY EFEK 1: F=V1 + L1 V1 = 22680 L1 F Cp (TF 0) + S S1 = L1Cp (T1 0) + V1HV1 22680(3.955)(26.7)+S(2200)=L1(3.869)(105.54)+(22680-L1)(2685) EFEK 2: L1= V2 + L2 V2 = L1 L2 L1Cp (T1-0)+V1S2=L2Cp(T2-0)+V2HV2 L1(3.869)(105.54)+(22680-L1)(2244)=L2(3.684)(86.84)+(L1-L2)(2655) EFEK 3: L2 = V3 + L3 V3 = L2 L3 L2Cp(T2-0)+V2S3=L3Cp(T3-0)+V3HV3 L2(3.684)(86.84)+(L1-L2)(2294)=4536(3.015)(54.12)+(L2-4536)(2600) DIDAPAT: L1=17078, L2 = 11068, L3=4536 kg/j S=8936, V1=5602, V2 = 6010, V3 = 6532 kg/j HARGA V1 , V2 , V3 YANG DIHITUNG INI CUKUP DEKAT DENGAN HARGA YANG DIASUMSIMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

  • STEP 5HITUNG LUAS PERPINDAHAN PANAS MASING-MASING EFEKQ1=SS1=U1A1T1 (89360/3600)(2200 x 1000)=(3123)A1(15.56)A1=112.4 m2Q2=V1S2=U2A2T2 (5602/3600)(2244x1000)=(1987)A2(18.34)A2=95.8 m2Q3=V2S3=U3A3T3 (6010/3600)(2294x1000)=(1136)A3(32.07)A3=105.1 m2LUAS RATA-RATA, Am=104.4 m2. PERBEDAAN LUAS MASING-MASING EFEK DENGAN HARGA RATA-RATA KURANG DARI 10%. SEBENARNYA TAK DIPERLUKAN TRIAL KEDUA. TAPI UNTUK MENJELASKAN METODA PERHITUNGAN NYA, DISINI DILAKUKAN TRIAL KEDUA DENGAN MENGULANG MULAI STEP KEDUA MENGGUNAKAN HARGA L1 DAN L2 YANG BARU YANG DIHITUNG PADA STEP 4.STEP 2 ULANGAN22680 (0.1)= 17078 x1 x1 = 0.13317078 (0.133)=11068 x2 x2 = 0.20511068 (0.205)= 4536 x3 x3 = 0.5 MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

  • STEP 3 ULANGANBPR1 =1.78 x1 + 6.22 x12 = 1.78 (0.133) + 6.22 (0.133)2 = 0.35BPR2 =1.78 x2 + 6.22 x22 = 1.78 (0.205) + 6.22 (0.205)2 = 0.63BPR3 =1.78 x3 + 6.22 x32 = 1.78 (0.5) + 6.22 (0.5)2 = 2.45Tavailable=121.1-51.67 (0.35+0.63+2.45)=660CHARGA BARU BEDA SUHU: T1 =A1 T1/Am=15.56 (112.4)/104.4 = 16.77 T2 =A2 T2/Am = 18.34 (95.8)/104.4 = 16.87 T3=A3 T3/Am = 32.07 (105.1)/104.4 = 32.36SUHU MASING-MASING EFEK: T1=TS1- T1= 121.1 16.77 = 104.330C, TS1 = 121.10C TS2=T1-BPR1=104.330.35=103.98, T2=TS2-T2=103.98-16.87=87.110C TS3=T2-BPR2=87.11-0.63=86.480C, T3=TS3-T3=86.48-32.36=54.120CMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

  • STEP 4 ULANGANKAPASITAS PANAS LIQUID: Cp=4.19-2.35 x ALIRAN F L1 L2 L3 x 0.1 0.133 0.205 0.5 Cp, kJ/kg K 3.955 3.877 3.708 3.015HARGA ENTHALPY DAN PANAS LATEN PENGEMBUNAN HV1=HS2 + 1.884 BPR1= 2682+1.884(0.35)=2683 kJ/kg S1=HS1-hs1= 2708 508 = 2200 kJ/kg HV2 =HS3 + 1.884 BPR2 = 2654+1.884(0.63)=2655 kJ/kg S2 =HV1 hS2 = 2683 440 = 2243 kJ/kg HV3 =HS4 + 1.884 BPR3 = 2595+1.884(2.45)=2600 kJ/kg S3=HV2 hS3 = 2655 362 = 2293 kJ/kgMULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

  • STEP 4 ULANGANENERGY BALANCE:22680(3.955)(26.7-0)+S(2200)=L1(3.877)(104.33-0)+(22680-L1)(2683)L1(3.877)(104.33-0)+(22680-L1)(2243)=L2(3.708)(87.11-0)+(L1-L2)(2655)L2(3.708)(87.11-0)+(L1-L2)(2293)=4536(3.015)(54.12-0)+(L2-4536)(2600)DIDAPAT: L1=17005, L2=10952, L3=4536, S=8960 kg/j V1=5675, V2=053, V3=6416 kg/jSTEP 5 ULANGAN: CAPACITY EQUATION: Q1=SS1=U1A1T1(8960/3600)(2200x1000)=3123 A1(16.77)A1=104.6 m2 Q2=V1S2=U2A2T2(5675/3600)(2243x1000)=1987 A2(16.87)A2=105.6 m2 Q3=V2S3=U3A3T3(6053/3600)(2293x1000)=1136 A3(32.36)A3=104.9 m2 LUAS RATA-RATA, Am=105 m2. STEAM ECONOMY = (5675+6053+6416)/8960 = 2.025MULTIPLE EFFECT EVAPORATOR

  • CONTOH SOAL-2 4 kg/s suatu cairan yang mengandung 10% solid dialirkan pada 294 K ke efek pertama dari unit evaporator tiga efek. Cairan dengan kandungan 50% solid akan dikeluarkan dari efek ketiga