SINGLE EFFECT EVAPORATOR STEAM condensat PRODUK feed

C,hC feed NERACA MASSA Total: F + S = L + V + C S = C Solut F.Xf = L.Xl NERACA PANAS: F.hf + S.HS = L.hl + V Hv + C,hc Konsumsi steam: S=L.hl + VHv - Fhf/λs Panas ditransfer q q = S.λs= U.A.ΔT Luas pemanas A A = q/U. ΔT V,Hv,Xv VAPOR STEAM S,TS Hs C,hC F,hF Xf Tf condensat L,hL Xl TL PRODUK feed

F = 10.000 lb/jam diketahui Xf = 0.01 diketahui Tf =100 oF diketahui Contoh perhitungan single effect. Suatu evaporator dipakai untuk memekatkan larutan gula 10.000 lb/jam dari 1 % menjadi 1,5 %.Evaporator bekerja pada tekanan 1 atmosfer di ruang uap.Feed masuk pada suhu 100 oF. Steam pemanas yang dipakai bertekanan 5 psig ( 227 oF).Overall heat transfer coeffision U dianggap 250 Btu/jam.oF.ft2. Pertanyaan: Berapa uap yang diproduksi dan berapa steam yang dibutuhkan. F = 10.000 lb/jam diketahui Xf = 0.01 diketahui Tf =100 oF diketahui hf=68 Btu/lb. (dari steam table) L = ? akan dicari XL=0.015 TL=212 oF ( sesuai 1 atm) hL =180 Btu/lb.(dari steam table) V = ? akan dicari Xv = 0 Tv = 212 ( 1 atm) HV=1150Btu/lb(dari steamtable) S = ? akan dicari TS = 227 oF ( sesuai 5 psig ) HS=1156 Btu/lb (steam table) F, Tf Xf hf S,Ts HS C,Tc hc L,TL XL hL V,Tv Xv HV

Xv = 0 karena V adalah uap ( air ) saja NERACA MASSA : F + S = L + V + C (1) S = C Steam = condensate Larutan saja : F = L + V 10.000 = L + V (2) Padatan (gula) saja F.Xf = L XL + V. Xv (3) Xv = 0 karena V adalah uap ( air ) saja 10.000 x 0.01 = L x 0.015 L = 6670 subsitusi ke (2) V = 10.000 – 6670 = 3330 lb/jam MENHITUNG KEBUTUHAN STEAM NERACA PANAS ( BERDASARKAN PERSAMAAN (1) ) F + S = L + V + C F hf + S.Hs = L. HL + V. Hv + C.hc (4) Atau F hf + S λs = L.HL + V Hv (5) Atau S λs = (L.HL + V.Hv) - F hf (6) Masukkan data data dgn S=C 10.000 x 68 + 1156 S = 3330 x 1150 + 6670 x 180 + 195 S S = 4530 lb/jam MENGHITUNG LUAS PEMANAS : . q = U A ∆ T U = 250 diketahui ∆ T = Ts-TL = 227 – 212 = 15 oF q = S x ( Hs-hc ) atau S λs λs = panas latent = Hs-hc maka A = 4530 ( 1156-195)/250 x 15 = 1160 ft2 Dari contoh diatas dapat dinyatakan pula bahwa kapasitas evaporator diatas adalah sama dengan jumlah V atau 3330 lb/jam,dan Ekonominya = 3330/4530 Atau = 0.74.

Pengaruh suhu feed masuk. Pada contoh diatas pengaruh suhu feed Tf akan menentukan harga hf. Bila suhu feed masuk pada suhu boiling mka harga hf = hL = 180 Btu/lb,dan harga pengurang dari persamaan (6) (F . hf), menjadi besar sehingga kebutuhan Steam akan mengecil dan tentu berlaku sebaliknya bila suhu feed sangat dingin. Bila kebutuhan Steam mengecil maka panas yang ditransfer q juga berkurang dan hal ini berpengaruh langsung pada design luas pemanas A. F, Tf Xf hf S,Ts HS C,Tc hc L,TL XL hL V,Tv Xv HV S λs = (L.HL + V.Hv) - F hf

Pengaruh tekanan ruang uap. Tekanan uap psia 14,7 3.73 Suhu larutan oF 212 150 ∆T oF 15 77 Luas A dibutuhkan ft2 1160 226 q = U A ∆T Hasil ini masih harus dikoreksi dengan harga entalpi larutan dan entalpi uap keluar yang akan sedikit mengecil karena turunnya suhu didih larutan seperti dinyatakan dengan persamaan (6) Atau S λs = (L.hL + V.Hv) - F hf dimana kebutuhan steam akan berkurang.

Pengaruh suhu steam. Steam yang dipakai bertekanan 5 psig atau 14,7 + 5 = 19 psia. Dan temperatur yang sesuai dengan tekanan ini adalah 227 oF. suhu larutan 212 oF, memberikan beda suhu 15oF . Misal suatu pabrik mempunyai boiler yang dapat menghasilkan steam bertekanan 5 atm ( 73 psia), maka suhu yang dapat dicapai oleh steam ini adalah 305 oF. Bisakah steam ini dipakai langsung untuk memanasi evaporator pada contoh diatas?

UNTUNG RUGI PEMAKAIAN STEAM TEKANAN TINGGI Dipandang dari beda suhu yang dihasilkan,steam ini akan memberikan 93 oF.Dan tentu bila dihitung akan memberikan luas yang lebih kecil.Jadi steam dengan tekanan tinggi mungkin menguntungkan. Dipandang dari energi yang dilepas maka bila kondensat uap ini mengembun pada suhu steam maka panas latent yang dilepas sebesar kurang lebih 806 Btu/lb bandingkan dengan steam 19.7 psia yang mempunyai panas latent 961 Btu/lb.Jadi makin tinggi tekanan steam maka panas latent nya semakin berkurang sehingga dipandang dari segi panas latent maka pemakaian steam dengan tekanan tinggi tidak menguntungkan. Dipandang dari segi bahan konstruksi, steam dengan tekanan tinggi akan mengakibatkan bahan yang digunakan adalah bahan bahan khusus dan mahal baik ditinjau dari segi mekanik maupun thermal. Pemakaian steam secara integral dipabrik harus diperhitungkan pula; mana steam yang harus dipakai sebagai steam premier untuk kebutuhan power atau steam sejunder untuk kebutuhan pemanas dll.

Pengaruh kenaikan titik didih larutan. Beberapa larutan mempunyai kenaikan titik didih yang cukup siknifikan. Kenaikan titih didih pada larutan NaOH ditunjukkan dengan garis Duhring.Sebagai contoh larutan NaOH dengan konsentrasi 40% akan mendidih pada suhu 260 oF,pada tekanan 1 atm.atau kenaikan titik didih sebesar 260-212 = 48 oF.Pemakaian steam dengan suhu 227 tentu saja tidak dapat dipakai pada contoh perhitungan diatas, karena akan memberikan ΔT yang negatif.dan arah panas akan membalik pula. Untuk mengatasi masalah seperti ini maka harus memakai steam dengan tekanan yang agak tinggi yang dapat memberikan ΔT yang cukup.. Cara kedua adalah melakukan operasi pada vacum misalnya pada operasi 3.72 psia dan suhu 150 oF NaOH akan mendidih pada 190 oF atau kenaikan titik didih sebesar 40 oF dan beda suhu yang ditimbulkan ( dengan steam yang sama ) sebesar 227 – 190 = 37 oF.Jadi masih memadai dibanding dengan beda suhu pada contoh diatas yang 15 oF. Kenaikan titik didih larutan gula lebih kecil bila dibanding dengan larutan NaOH sehingga effeknya dapat dikatakan sangat kecil sebagai contoh untuk larutan gula 50 oBrix dengan kemurnian 70% hanya memberikan kenaikan titih didih sebesar 2.5 oF.(lihat tabel)

Lanjutan ke Multifle Effect Evaporator