Upload
aulia-rahmi
View
522
Download
66
Embed Size (px)
DESCRIPTION
laptap evaporator
Citation preview
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