LAPORAN FFE Resmi [PDF]

Citation preview

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM PILOT PLAN FALLING FILM EVAPORATOR



KELOMPOK 4: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.



Ayu Mary Maulana Azah Roturoviah Firda Khoirunnisa’ Fitri Yani Irfan Febriansyah Puput Wulandari Rr. Dinda Aisyah



(16314100) (1631410055) (1631410006) (16314100) (16314100) (16314100) (1631410120)



POLITEKNIK NEGERI MALANG JURUSAN TEKNIK KIMIA D3 TEKNIK KIMIA 2018



BAB 1 PENDAHULUAN 1.1



Tujuan a. Dapat mengerti dan memahami proses evaporasi dalam Falling Film Evaporator (FFE) b. Dapat mengoperasikan peralatan FFE dengan benar c. Dapat melakukan perhitungan perpindahan massa dan panas pada proses



evaporasi dengan FFE. 1.2 Dasar Teori Evaporasi merupakan proses pengurangan kadar air suatu larutan. Alat yang digunakan untuk evaporasi disebut dengan evaporator. Terdapat berbagai macam jenis evaporator, salah satu jenis yang digunakan adalah Falling Film Evaporator (FFE). Evaporator jenis ini digunakan untuk larutan yang peka terhadap panas. Falling film evaporator menggunakan gaya gravitasi untuk mengalirkan liquida yang masuk melalui pipa. Liquida yang mengalir membentuk film tipis yang masuk pada bagian atas kolom dan melewati tube yang sudah dipanaskan. Falling Film Evaporator adalah suatu jenis alat untuk meningkatkan konsentrasi suatu larutan dengan mekanisme evaporasi. Alat ini telah lama digunakan misalnya pada produksi pupuk organik, proses desalinasi, industri kertas, dan bubur kertas, industry bahan pangan dan bahan biologi, dan lain-lain. Peningkatan konsentrasinya dilakukan dengan penguapan pelarutnya yang umumnya air. Proses ini sering digunakan untuk penguapan larutan kental, larutan sensitif terhadap panas, larutan yang mudah terdekomposisi, dan penguapan perbedaan temperatur rendah. Laju perpindahan panas pada falling film evaporator dapat dinaikkan dengan menurunkan suhu permukaan liquida yaitu dengan cara penghembusan udara panas sehingga tekanan parsial uap akan turun. Hal ini menggantikan prinsip evaporasi secara vakum yang memungkinkan penguapan pada suhu rendah. Prinsip falling film evaporator adalah mengatur agar seluruh permukaan evaporator terbasahi secara continue dan film yang dihasilkan mempunyai ketebalan yang seragam. Distributor umpan yang akan dipakai harus didesain secara tepat.



Berbagai cara distribusi umpan dibuat untuk menjamin keseragaman tebal film antara lain distributor tipe overflow weir, peletakan evaporator harus benar-benar tegak. FFE memiliki effektivitas yang baik untuk: a. Pengentalan larutan-larutan yang jernih b. Pengentalan larutan-larutan yang korosif c. Beban penguapan yang tinggi d. Temperatur operasi yang rendah Kinerja suatu suatu evaporator ditentukan oleh beberapa faktor lainnya: a. Konsumsi uap b. Steam ekonomi c. Kadar kepekatan d. Persentasi produk Proses penguapan berlangsung pada kalandria shell and tube. Di dalam kalandria tersebut terdapat tiga tabung. Umpan masuk didistribusi ke masing-masing tube kemudian membentuk lapisan tipis pada selimut bagian dalam tube sementara pemanas berada di luar tube. Bahan umpan yang turun secara gravitasi menyerap panas sehingga terjadi penguapan pelarut yang keluar dari kalandria terdiri dari dua fasa (fasa uap pelarut dan larutan pekat) kemudian dipisahakan di evaporator. Penguapan yang terjadi akan berada di bawah titik didih air atau pelarut lain dalam kondisi curah. Penguapan akan memerlukan kalor yang lebih sedikit untuk umpan yang memang sedikit karena umpan mengalir dalam bentuk lapisan tipis (film). Berikut ini skematik falling film evaporator secara umum.



Gambar 1.2.1 FFE Keuntungan yang lebih dari falling film evaporator ialah sangat terbatasnya waktu tinggal dari liquid. Waktu tinggal di dalam tube terhitung dalam satuan detik, membuatnya ideal juga untuk produk-produk yang sensitif akan poanas seperti susu, sari buah, obat-obatan dan lain sebagainya. Pada dasarnya evaporator adalah alat dimana pertukaran panas terjadi laju perpindahan panas dinyatakan dalam persamaan umum Q = U A dT dengan U = koefisien keseluruhan perpindahan panas dalam sistem.



BAB 2 METEDOLOGI DAN HASIL PERCOBAAN 2.1



Alat dan Bahan A. Alat Tabel 2.1 Alat Yang Digunakan Dalam Proses Leaching No. 1



Nama Alat Unit FFE



Jumlah 1 set



2



Stopwatch



1 buah



3



Seperangkat alat titrasi



1 buah



4



Gelas ukur



1



set



B. Bahan Tabel 2.2 Bahan Yang Digunakan Dalam Proses Leaching No. 1



MgCl2 teknis



Nama Bahan



2



Air bersih



3



Larutan EDTA 0.1N



4



Indikator EBT



5



Buffer pH 10



Jumlah 1L



2.2 Prosedur Percobaan 2.2.1



Persiapan Pengkodean alat, valve dan alat-alat lain mengacu pada Gambar 1. Keluarkan air dari aliran pipa, buka V5 dan V10 2. Buka V15 untuk aliran air pendingin ke W-3 3. Buka valve udara bertekanan (pengendali pneumatic) 4. Periksa kondisi valve sesuai konfigurasi yang diinginkan: CO-CURRENT: Buka valve: V3 dan V10 Tutup valve: V2, V4, V5, V6, V7, dan V8 5. Masukkan 550 g (atau sesuai arahan dosen pengampu) MgCl2 teknis ke dalam 1 L air, aduk sampai larut



6. Masukkan larutan tersebut ke T-7 dan tambahkan air hingga penuh (± 60 L). Buka valve V12 dan V14 2.2.2



Start – up Pengkodean alat, valve dan alat-alat lain mengacu pada Gambar I.2, sedang pengkodean panel pengendali mengacu pada Gambar 1.4.1 1. Pada panel pengendali, putar switch udara tekan (hitam) ke posisi I dan switch utama (merah) ke posisi I 2. Tekan tombol ON pompa P1 pada panel pengendali dan atur laju alir feed sesuai arahan dari Dosen Pembimbing. 3. Buka V18 saat produk memasuki T-2 4. Buka valve steam utama 5. Buka V19 dan V20 6. Setting bukaan V1 untuk aliran steam dari panel pengendali : a. Tekan tombol 8 sampai lampu hijau 9.1 (SP-W) aktif b. Tekan tombol 10 sampai lampu kuning 11 aktif (mode MANUAL : ON) c. Tekan tombol 12.1 dan 12.2 (SP-W) sampai angka di display 4 menunjukkan tekanan 1.00 (bar gauge). Display ini menunjukkan set point tekanan sebesar 1.00 (bar gauge) d. Tekan tombol 5.1 dan 5.2 (OUT-Y) sampai angka di display 6 menunjukkan angka 80% e. Tekan tombol 8 sampai lampu merah 9.2 (PV-X) aktif. Display 4 sekarang menunjukkan kondisi actual f. Amati tekanan pada display 4, apabila sudah mendekati nilai SP (1.00 bar gauge) maka tekan tombol 10 sampai lampu kuning 11 non-aktif (mode OTOMATIS: ON)



2.2.3



Operasi 1. Catat waktu t= 0 menit saat distilat pertama kali menetes pada T-4 2. Lakukan sampling pada titik yang telah ditentukan dan perekaman kondisi operasi setiap 10 menit (sesuai arahan dari Dosen Pembimbing). 3. Isikan data yang diperoleh pada tabel pengamatan.



2.2.4



Shut Down 1. Tutup valve steam utama 2. Setting pada panel pengendali : a. Tekan tombol 10 sampai lampu kuning 11 aktif (mode MANUAL : ON). b. Tekan tombol 5.1 (OUT-Y) sampai display 6 menunjukkan angka 0. 3. Tekan tombol OFF pompa P1 pada panel pengendali apabila suhu W-2 mendekati 40oC. 4. Putar switch utama (merah) ke posisi OFF dan switch udara tekan (hitam) ke posisi 0. 5. Tutup valve udara bertekanan (pengendali pneumatic).



2.3 Hasil Percobaan Tabel 2.3.1 Data Laju Alir dan Suhu Laju alir masuk (L/jam) 100 200 300 400



Waktu (menit) 10 5 10 5 10 5 10 5



T01 (°C) 113,2 112,6 111,3 112,8 155,7 144 130,6 107,7



T04 (°C) 122 121,4 120,3 121,7 165 154 146,3 132,3



W2 T06 (°C) 116,6 116,5 114,9 116,5 159,5 148,9 138,5 132,4



T07 (°C) 38,5 40,1 54,5 56,3 66,5 70,5 67,5 77,6



T11(°C) 70 71 71 72 80 88 76 81



Tabel 2.3.2 Data Titrasi Feed dan Produk Laju alir masuk (liter/jam) 100 200 300 400



Volme titrasi (ml) Feed 6,1 5,4 5,8 6,5 6,3 5 5,4 5,2



Produk 5,8 5,6 5,9 6,5 7 6,2 5,6 5,2



BAB 3 HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil Perhitungan Laju alir masuk



T01 rata-rata



100



116,55



200



115,7



300



154,2



400



135,45



Laju alir masuk



Rate steam keluar



100



2,4



200



3,3



300



2,35



400



1,3



∆T1



∆T2



∆LMTD



83,5 81,3 65,8 65,4 98,5 83,5 78,8 54,7



46,6 45,5 43,9 44,5 79,5 60,9 62,5 51,4



63,26660493 61,67801866 54,11342078 54,28105185 88,66095184 71,60657915 70,3354925 53,03288908



Konsentrasi Feed 0,061 0,054 0,058 0,065 0,063 0,05 0,054 0,052



Produk 0,058 0,056 0,059 0,065 0,07 0,062 0,056 0,052



Konsentrasi Ratarata Feed Produk



laju alir masuk ml/sec



0,0575



0,057



27,77777778



0,0615



0,062



55,55555556



0,0565



0,066



83,33333333



0,053



0,054



111,1111111



Laju alir Masuk (liter/jam) 100 200 300 400



Rata rata (T4,T6) 119.125 118.35 156.85 137.375



Hs



hs



λ



Hf



Hl



L=F+S



F.Hf



S.λ



L.Hl



Total 1+2 (nyata)



2705.0225 2703.891 2754.509 2730.435



499.9948 496.7041 661.8727 577.874



2205.028 2207.187 2092.636 2152.561



510.9452 507.966 673.379 586.1284



489.0613 485.4522 650.3776 569.5286



30.177778 58.855556 85.683333 112.41111



14192.92 28220.33 56114.92 65125.38



5292.066 7283.717 4917.695 2798.329



14758.78323 28571.55893 55726.52069 64021.34274



19484.9887 35504.0501 61032.61197 67923.70708



3.2 Pembahasan Nama : Azah Roviaturoviah Pada percobaan pilot plant kali ini dilakukan pemekatan padatan dalam air dengan menggunakan Falling Film Evaporator (FFE). FFE adalah suatu alat untuk meningkatkan konsentrasi dengan cara menguapkan pelarutnya. Falling film evaporator membuat larutan yang akan dipekatkan membentuk lapisan tipis. Tujuan dari dibentuknya lapisan tipis pada umpan saat dipanaskan adalah agar proses penguapan lebih efektif. Pada saat umpan dalam kondisi lapisan tipis, tekanan parsial dari larutan akan meningkat sehingga penguapan akan terjadi pada suhu rendah. Hal tersebut juga akan membuat kalor yang dibutuhkan untuk proses penguapan lebih sedikit, sehingga energy yang di butuhkan oleh steam juga lebih kecil. Pada praktikum kali ini menggunakan sistem co-current yang artinya selama proses terjadi perpindahan panas antara steam dan umpan secara langsung. Cara kerja dari falling film evaporator pada praktikum kali ini yaitu umpan masuk memenuhi tangki umpan kemudian dialirkan menggunakan pompa menuju bagian atas kolom FFE kemudian masuk kedalam tube membentuk lapisan tipis. Kemudian fluida pemanas (steam) masuk kedalam shell dari bagian atas kolom FFE sehingga antara umpan dan fluida pemanas alirannya secara langsung. Kemudian separator akan memisahkan antara uap pelarut dan larutan pekat. Uap pelarut akan masuk kedalam kondensor untuk didinginkan, sedangkan larutan pekat akan masuk ke kolom penampung produk. Pada praktikum kali ini larutan umpan berada pada konsentrasi 0,56 N. Dengan kondisi operasi dilakukan pada tekanan steam 1 bar dan perubahan laju alir umpan sebagai variabel sebesar 100 l/jam, 200 l/jam, 300 l/jam, 400 l/ jam. Laju alir yang berbeda ini akan berpengaruh terhadap kecepatan evaporasi dan konsentrasi senyawa yang dihasilkan. Laju alir ang besar akan menyebabkan kontak larutan dengan steam sedikit, sehingga jumlah air yang diuapkan belum maksimal. Sedangkan laju alir yang kecil kemungkinan akan menyebabkan overheating dan akhirnya akan menimbulkan kerak pada evaporator.



3.2 Pembahasan Nama : Ayu Mary Maulana Pada percobaan Falling Film Evaporator (FFE) bertujuan untuk meningkatkan konsentrasi dengan cara menguapkan pelarutnya dan umumnya pelarut berupa air. Falling film evaporator membuat larutan yang akan dipekatkan dapat membentuk lapisan tipis agar proses penguapan lebih efektif. Pada saat umpan dalam kondisi lapisan tipis, tekanan parsial dari larutan akan meningkat sehingga penguapan akan terjadi pada suhu rendah. Kalor yang dibutuhkan untuk proses penguapan akan lebih sedikit, sehingga energi yang di butuhkan oleh steam juga lebih kecil. Sistem co-current digunakan pada praktikum kali ini yang artinya selama proses terjadi perpindahan panas antara steam dan umpan secara langsung. Cara kerja dari falling film evaporator pada praktikum kali ini yaitu umpan masuk memenuhi tangki umpan kemudian dialirkan menggunakan pompa menuju bagian atas kolom FFE kemudian masuk kedalam tube membentuk lapisan tipis. Fluida pemanas (steam) masuk kedalam shell dari bagian atas kolom FFE sehingga antara umpan dan fluida pemanas alirannya secara langsung. Setelah itu masuk kedalam separator yang akan memisahkan antara uap pelarut dan larutan pekat. Uap pelarut akan mauk kedalam kondensor untuk didinginkan, sedangkan larutan pekat akan masuk ke kolom penampung produk. Larutan umpan pada praktikum kali ini mengandung konsentrasi 0,56 N. Kondisi operasi dilakukan pada tekanan steam 1 bar dan perubahan laju alir umpan sebagai variabel sebesar 100 l/jam, 200 l/jam, 300 l/jam, 400 l/ jam. Perbedaan laju alir ini akan berpengaruh terhadap kecepatan evaporasi dan konsentrasi senyawa yang dihasilkan. Laju alir yang besar akan menyebabkan kontak larutan dengan steam sedikit, sehingga jumlah air yang diuapkan belum maksimal. Sedangkan laju alir yang kecil kemungkinan akan menyebabkan overheating yang dapat menyebabkan timbulnya kerak pada evaporator.



3.3 Pembahasan Nama : Rr Dinda Aisyah Falling Film Evaporator merupakan salah satu judul praktikum dalam Pilot Plan. Falling Film Evaporator merupakan metode penguapan dengan cara menjatuhkan bahan umpan membentuk lapisan tipis, sementara itu pemanas dikontakkan terhadap umpan lapisan tipis tersebut dalam suatu kolom FFE. Pertimbangan dibuat lapisan tipis karena luas permukaan lebih luas sehingga memudahkan proses penguapan dan penguapan yang terjadi berada di bawah titik didi pelarut sehingga kalor yang dibutuhkan sedikit dan lebih efisien. Bahan yang digunakan dalam FFE ialah air dan MgCl2 dengan konsentrasi 0,056 N. Sistem yang digunakan pada praktikum FFE ialah cocurrent yang artinya selama proses terjadi perpindahan panas antara steam dan umpan secara langsung. Umpan masuk dalam tangki feed lalu pengaliran oleh pompa ke kolom atas FFE dan masuk dalam tube untuk pemekatan dan pembentukkan lapisan tipis. Steam masuk dalam shell dari bagian atas kolom FFE sehingga terjadi aliran langsung antara umpan dan fluida. Separator memisahkan antara uap pelarut yaitu air dan larutan pekat ialah MgCl2. Uap pelarut masuk dalam kondensor untuk didinginkan, sedangkan larutan pekat akan masuk ke kolom penampung. Kondisi operasi yang diterapkan ialah tekanan steam 1 bar dan variabel berupa lajua alir umpan sebesar 100 l/jam, 200 l/jam, 300 l/jam, 400 l/ jam. Perubahan laju alir mempengaruhi kecepatan evaporasi dan konsentrasi produk. Semakin besar laju alir, kontak yang terjadi lebih cepat dan nantinya jumlah pelarut yang diuapkan tidak bisa maksimal. Namun apabila laju alir kecil, terjadi overheating yaitu keadaan dimana steam yang dibutuhkan lebih banyak dan lebih lama proses yang terjadi sehingga tidak efisien, selain itu dimungkinkan pula timbul kerak pada sistem. Maka dari itu, perlu untuk menentukkan laju alir efisien dalam FFE agar produk maksimal dengan variabel perubahan laju alir. Didapatkan laju alir umpan efisien sebesar 300 l/jam dengan konsentrasi rata-rata feed sebesar 0, 056 M dan konsentrasi produk 0,066 M, suhu evaporasi rata-rata sebesar 156,85ᵒC.



3.4



Pembahasan Nama: Fitri Yani Praktikum Falling Film Evaporator (FFE) ini dilakukan pemekatan larutan MgCl2 dalam pelarut air. FFE sendiri merupakan alat yang digunakan untuk meningkatkan konsentrasi larutan dengan cara menguapkan pelarutnya. Pada praktikum ini digunakan umpan larutan MgCl2 konsentrasi 0,056N dengan kondisi operasi yang diterapkan ialah tekanan steam 1 bar dan variabel berupa lajua alir umpan sebesar 100 l/jam, 200 l/jam, 300 l/jam, 400 l/ jam dengan konfigurasi co-current. Pada konfigurasi co-current panas yang dialirkan kealat FFE berasal langsung dari steam pusat. Prinsip kerja dari FFE yaitu umpan masuk ke dalam tangka umpan dan disirkulasikan kebagian atas kolom FFE, untuk memanaskan umpan yang masuk dialirkan steam dibagian luar pipa atau dibagian shell. Umpan kemudian mengalir ke dinding tube FFE, membentuk lapisan tipis (film). Dengan adanya pemanasan oleh steam maka terjadilah proses penguapan pelarut yang memiliki volatilitas yang lebih besar dibandingkan dengan zat terlarutnya, sehingga komponen yang keluar dari FFE berupa larutan pekat sedangkan uap pelarut kemudian dipisahkan melalui separator. Dari separator ini dihasilkan produk bawah berupa larutan pekat MgCl2 dan produk atas berupa uap pelarut yang dikondensasi menjadi destilat. Perbedaan laju alir akan berpengaruh terhadap kecepatan evaporasi dan konsentrasi senyawa yang dihasilkan. Laju alir yang besar akan menyebabkan kontak larutan dengan steam sedikit, sehingga jumlah air yang diuapkan belum maksimal. Sedangkan laju alir yang kecil kemungkinan akan menyebabkan overheating yang dapat menyebabkan timbulnya kerak pada evaporator. Didapatkan laju alir umpan efisien sebesar 300 l/jam dengan konsentrasi rata-rata feed sebesar 0,056 M dan konsentrasi produk 0,066 M.



BAB IV KESIMPULAN



1. Berikut ini adalah data hasil evaporasi: Laju alir masuk 100 200 300 400



Konsentrasi Feed 0,061 0,054 0,058 0,065 0,063 0,05 0,054 0,052



Produk 0,058 0,056 0,059 0,065 0,07 0,062 0,056 0,052



Konsentrasi Ratarata Feed Produk 0,0575



0,057



0,0615



0,062



0,0565



0,066



0,053



0,054



2. Pada praktikum ini jumlah steam yang masuk tidak sama karena terjadi kebocoran pada sistem



DAFTAR PUSTAKA Nuraida, dkk. 2016. FFE dengan Pemanasan Langsung dan Tidak Langsung. (Online). (http://www.academia.edu/31984669/Falling_Film_Evaporator.docx). Diakses pada 19 Desember 2018.