STUDY PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA PADA EVAPORASI NIRA DI DALAM FALLING FILM EVAPORATOR DENGAN ADANYA ALIRAN UDARA

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010

STUDY PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA PADA EVAPORASI NIRA DI DALAM FALLING FILM EVAPORATOR DENGAN ADANYA ALIRAN UDARA Dosen Pembimbing : 1. Prof.Dr.Ir Kusno Budhikarjono, MT 2. Prof.Dr.Ir Ali Altway, MS Disampaikan oleh : Evi Lestari Putri (2308 100 506)

Winny Hardani (2308 100 508)

Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa

PENDAHULUAN PENDAHULUAN


Latar Belakang Meminimalkan biaya energi untuk operasi suatu pabrik dengan cara menggantikan tekanan vakum pada evaporator dengan menggunakan aliran udara. Kelebihan falling film evaporator: 1. Memiliki waktu tinggal yang pendek 2. Untuk fluida yang sensitif terhadap panas 3. Mempunyai koefisien transfer panas yang baik 4. Membutuhkan ruang instalasi yang kecil. Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa

Latar Belakang Pada penelitian ini digunakan sistem nira - udara dengan menggunakan falling film evaporator. Nira: - bahan baku utama dalam pabrik gula - larutan berwarna hitam mengandung air, sukrosa, gula reduksi, zat-zat selain gula, senyawa anorganik, dan bentuk senyawa nitrogen.


Penelitian Sebelumnya Peneliti

Tahun

Lingkup Penelitian

Lonkar, et al

1992

Mengembangkan aplikasi falling film evaporator di industri gula di india mengingat efektifnya kriteria perpindahan panas dan distribusi umpan.

Palen, et al

1994

mengadakan penelitian hubungan antara perpindahan panas dan perpindahan massa, untuk campuran biner ethylen glikol dan propilen glikol, pada tekanan atmosfer, Penelitian ini menggunakan distribusi film tipe plug flow melalui celah. Kesimpulan yang diperoleh adalah koefisien perpindahan panas untuk campuran tidak terlalu tergantung pada suatu dinding dan bilangan Reynolds tetapi sangat tergantung pada komposisi campuran



Tahun

Lingkup Penelitian

Lailatul, et al

2000

mengadakan penelitian tentang pengaruh laju alir, dan konsentrasi terhadap koefisien perpindahan panas untuk larutan gula. Penelitian ini dilakukan pada tekanan atmosferik. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa koefisien perpindahan panas tergantung pada laju alir dan konsentrasi larutan.

Kusno Budhikarjono, et al

2006

Meneliti Perpindahan Panas dan Massa Penguapan Falling Film untuk Campuran Uap – Gas. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa meningkatnya laju alir udara, perpindahan panasnya juga akan meningkat meskipun tidak signifikan



Tahun

Lingkup Penelitian

Aries Arthanto dan Ferry Yoga MT

2007

Meneliti Perpindahan Panas dan Massa Falling Film Evaporator untuk Sistem Larutan CMC (Carboxy Methyl Cellulose) – Udara. Laju liquida dan laju udara naik, maka Koefisien perpindahan panas ikut naik ; Konsentrasi liquida naik, perpindahan panas akan turun.

Subhanuel Bahri, dan Bambang Eddy Santoso

2007

Mengadakan pengamatan yang komprehensif tentang karakteristik dan operasional plate falling film evaporator (PFFE) dibandingkan turbular climbing evaporator (TCFE). Hasilnya adalah pada kecepatan penguapan dan koefisien perpindahan panas untuk PFFE lebih tinggi dibandingkan TCFE.

Laboratorium Perpindahan Panas dandan Massa Laboratorium Perpindahan Panas Massa

Penelitian Sebelumnya Peneliti Umar Sahid F. dan Arik Yulianto

Tahun 2007

Lingkup Penelitian Meneliti Perpindahan Panas dan Massa Falling Film Evaporator untuk Sistem Larutan nira – Udara (aliran udara searah). Laju liquida dan laju udara naik, maka Koefisien perpindahan panas ikut naik ; Konsentrasi liquida naik, perpindahan panas akan turun.


Batasan Masalah Penelitian falling film evaporator dengan berlawanan arah telah dilakukan

Untuk sistem nira-udara belum dilakukan penelitian

Dilakukan penelitian yang dibatasi dengan :

 Laju alir nira  Laju alir udara  Konsentrasi awal Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa

Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Mempelajari pengaruh laju alir udara dan laju alir nira terhadap koefisien perpindahan panas dan massa di dalam falling film evaporator 2. Menentukan persamaan empiris koefisien perpindahan panas dan massa secara eksperimen di dalam falling film evaporator untuk sistem larutan nira dengan aliran udara, pada bermacam-macam laju alir cairan, laju alir udara, dan konsentrasi.


TINJAUAN PUSTAKA METODOLOGI PENELITIAN


Tinjauan Pustaka Evaporator adalah alat untuk menguapkan zat pelarut pada suatu larutan, sedangkan Evaporasi adalah proses untuk memekatkan suatu larutan dengan menguapkan zat pelarutnya. Berdasarkan cara perpindahan panasnya dan uap yang bekerja evaporator dibedakan menjadi 3, yaitu : rising film, falling film, dan forced circulation flash


Tinjauan Pustaka Penggunaan falling film evaporator semakin meningkat dalam proses industri kimia untuk pemisahan campuran multikomponen yang memiliki sifat (Hewit, et.al.,1993) : – Sensitif terhadap panas. – Dibutuhkan driving force perbedaan temperatur yang rendah. – Dibutuhkan pressure drop yang rendah.


METODOLOGI PENELITIAN METODOLOGI PENELITIAN


Tahapan Penelitian Secara keseluruhan penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan yaitu :    

Penyusunan peralatan penelitian Melaksanakan penelitian Pengamatan data Perhitungan dan analisa data


Skema Peralatan Kerterangan :

6

14

15

18

26 32 8 31 9

10 1 21 11

12

13

16

22

7 28 Air Pendingin

17 2

19 29

24

30

35

Udara

25

27

3

4 33 34

20

5

23

1 : Evaporator 2 : tangki konsentrat 3 : tangki produk 4 : tangki kondensat 5 : tangki umpan 6 : tangki overflow 7 : kondensor 8-13 : pengukur suhu dinding 14 : pengukur suhu umpan 15 : pengukur suhu campuran uap–udara keluar 16 : pengukur suhu udara masuk 17 : pengukur suhu produk 18 : rotameter umpan 19 : rotameter udara 20 : alat pemanas tangki umpan 21 : alat pemanas evaporator 22 : alat pemanas udara 23 : pompa umpan 24 : sight glass 25 : kompresor 26 : distributor 27 : penunjuk level 28 : pengukur tekanan 29 : pipa pengambilan contoh produk 30 : by pass 31-35 : valve

Variabel Penelitian Laju alir umpan nira: 40 l/jam, 60 l/jam, 80 l/jam, 100 l/jam, 120 l/jam,

Laju alir Udara : 0 m3/jam, 1 m3/jam, 2 m3/jam, 3 m3/jam, 4 m3/jam, 5 m3/jam,


Konsentrasi umpan nira: 11% 12% 14% 22%

Tahap Perhitungan Buat kurva kalibrasi rotameter udara dan cairan

Hitung suhu dinding ratarata, ΔTw rata-rata

Hitung laju laju alir alirmassa massa umpan, F dan produk, P produk ,P

Hitung fluks panas, Q

Hitung koefisien perpindahan panas, h

Hitung bilangan tak berdimensi (NRe,L, NRe,G, NPr, NNu)

Hitung koefisien perpindahan massa, β Hitung bilangan tak berdimensi (NSc, NSh)

Hitung harga konstanta untuk korelasi perpindahan panas dan massa


HASIL PENELITIAN dan PEMBAHASAN METODOLOGI PENELITIAN


Pengaruh Laju Alir Udara Terhadap Penurunan Titik Didih Larutan 90

88

Nira 40 l/jam Nira 60 l/jam

Ts ( C)

86


84

Nira 120 l/jam

82

80

78

0

1

2 3 4 Laju Alir Udara (m3/jam)

5

6

Gambar Suhu jenuh (Ts) vs laju alir udara pada konsentrasi 11%


Pengaruh Laju Alir Nira Terhadap Koefisien Perpindahan Panas Koefisien perpindahan panas, hi (kW/m2.K)

5 4,5 4

udara 0 m3/jam udara 1 m3/jam udara 2 m3/jam udara 3 m3/jam udara 4 m3/jam udara 5 m3/jam

3,5 3 2,5

2 1,5 1

0

20

40

60 80 Laju Alir Nira (l/jam)

100

120

140

Gambar koefisien perpindahan panas (hi) vs laju alir nira pada konsentrasi 11%


Koefisien perpindahan panas, hi (kW/m2.K)

Pengaruh Laju Alir Udara Terhadap Koefisien Perpindahan Panas 4 3,5 3

Nira 40 l/jam

2,5

Nira 60 l/jam

2


1,5

Nira 120 l/jam

1 0,5 0

0

1

2

3

4

5

6

Laju Alir Udara (m3/jam)

Gambar koefisien perpindahan panas (hi) vs laju alir udara pada konsentrasi 11%


Koefisien perpindahan panas, hi (kW/m2.K)

Pengaruh Konsentrasi Terhadap Koefisien Perpindahan Panas 3,5

3

2,5

Nira 40 l/jam 2


1,5


1

0,5

0 10

12

14

16

18

20

22

24

Konsentrasi (%)

Gambar koefisien perpindahan panas (hi) vs konsentrasi pada laju alir udara 1 m3/jam


Korelasi Empiris A. Perpindahan Panas 1/ 3

2

h kL

L

L

G

g

0,000175N Re,l

0 , 66306

N Pr

3,81261

(1)

(tanpa udara)

Persamaan korelasi diatas mempunyai deviasi berkisar antara 3,0621% sampai dengan 14,1066%. h kL

1/ 3

2 L

L

G

g

0,000154N Re,l

0 , 66656

N Pr

2, 94818

N Re,G

0, 03061

(2)

(dengan udara)

Persamaan korelasi diatas mempunyai deviasi berkisar antara 12,3754% sampai dengan 23,2439%


Korelasi Empiris N Nu

0,00255NRe,l

0,99659

NPr

3,87653

(3)

(tanpa udara)


N Nu

0,00220NRe,l

1, 00094

NPr

2,99031

NRe,G

0, 03263

(4)

(dengan udara)



Korelasi Empiris B. Perpindahan Massa N Sh

7,46E 12NRe,l

0,96837

N Sc

(5)

4, 25447

(tanpa udara)


N Sh

2,04E 07NRe,l

1, 02996

N Sc

2, 02688

NRe,G

0,13710

(6)

(dengan udara)



KESIMPULAN METODOLOGI PENELITIAN


Kesimpulan 1. Adanya aliran udara berpengaruh pada penurunan suhu jenuh (Ts). Semakin besar laju alir udara, semakin kecil suhu jenuh larutan. 2. Semakin besar laju alir nira, semakin besar koefisien perpindahan panas dan massa. 3. Adanya aliran udara membuat koefisien perpindahan panas dan massa meningkat namun tidak begitu signifikan. 4. Semakin pekat konsentrasi larutan nira, semakin kecil koefisien perpindahan panas dan massa.


Penutup

STUDY PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA PADA EVAPORASI NIRA DI DALAM FALLING FILM EVAPORATOR DENGAN ADANYA ALIRAN UDARA

Recommend Documents