Pengertian Evaporasi Dan Alat Evaporator Beserta Prinsip Kerjanya

I. Evaporator

Evaporator yakni alat untuk mengevaporasi larutan. Evaporasi ialah sebuah proses penguapan sebagian dari pelarut sehingga ditemukan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Tujuan evaporasi adalah untuk memekatkan larutan yang berisikan zat terlarut yang tak gampang menguap dan pelarut yang gampang menguap. Dalam kebanyakan proses evaporasi , pelarutnya yakni air. Evaporasi tidak sama dengan pengeringan, dalam evaporasi sisa penguapan yaitu zat cair, kadang-kadang zat cair yang sungguh viskos, dan bukan zat padat. Begitu pula, evaporasi berlainan dengan distilasi, sebab disini uapnya lazimnya bagian tunggal, dan walaupun uap itu merupakan gabungan, dalam proses evaporasi ini tidak ada perjuangan untuk memisahkannya menjadi fraksi-fraksi. Biasanya dalam evaporasi, zat cair pekat itulah yang ialah produk yang berguna dan uapnya lazimnya dikondensasikan dan dibuang.
Video alat-alat kimia dapat di lihat di link berikut : https://www.youtube.com/watch?v=vhOpIrUjdw0

Proses evaporasi berisikan dua insiden yang berlangsung :

1. Interface evaporation, ialah transformasi air menjadi uap air di permukaan tanah. Nilai ini tergantung dari tenaga yang tersimpan.

2. Vertical vapour transfers, yakni perpindahan lapisan yang kenyang dengan uap air dari interface ke uap (atmosfer bebas).

Besar kecilnya penguapan dari permukaan air bebas dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu:

1. Kelembaban udara (kian lembab kian kecil penguapannya)

2. Tekanan udara

3. Kedalaman dan luas permukaan, kian luas kian besar penguapannya

4. Kualitas air, bertambah banyak unsur kimia, biologi dan fisika, penguapan semakin kecil.

5. Kecepatan angin

6. Topografi,

7. Sinar matahari

8. Temparatur

II. Fungsi Evaporator

Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan suatu pelarut dari suatu larutan dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator memiliki dua prinsip dasar, ialah untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Evaporator biasanya terdiri dari tiga bab, adalah penukar panas, bagian evaporasi (daerah di mana cairan mendidih kemudian menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari cairan lalu dimasukkan ke dalam kondensor (untuk diembunkan/kondensasi) atau ke peralatan yang lain. Hasil dari evaporator (produk yang dikehendaki) biasanya dapat berupa padatan atau larutan berkonsentrasi.

Larutan yang telah dievaporasi bisa saja berisikan beberapa bagian volatile (gampang menguap). Evaporator biasanya dipakai dalam industri kimia dan industri masakan. Pada industri kimia, contohnya garam diperoleh dari air asin jenuh (ialah acuan dari proses pemurnian) dalam evaporator. Evaporator mengubah air menjadi uap, menyisakan residu mineral di dalam evaporator. Uap dikondensasikan menjadi air yang telah dihilangkan garamnya. Pada sistem pendinginan, imbas pendinginan diperoleh dari perembesan panas oleh cairan pendingin yang menguap dengan segera (penguapan memerlukan energi panas). Evaporator juga dipakai untuk memproduksi air minum, memisahkannya dari air laut atau zat kontaminasi lain.

2.1 Prinsip Kerja

Evaporator ialah alat untuk mengevaporasi larutan. Prinsip kerjanya dengan penambahan kalor atau panas untuk memekatkan sebuah larutan yang berisikan zat terlarut yang mempunyai titik didih tinggi dan zat pelarut yang mempunyai titik didih lebih rendah sehingga dihasilkan larutan yang lebih pekat serta mempunyai fokus yang tinggi.

Proses evaporasi dengan skala komersial di dalam industri kimia dikerjakan dengan perlengkapan yang namanya evaporator. Ada empat unsur dasar yang diharapkan dalam evaporasi ialah : Evaporator, kondensor , injeksi uap, dan perangkap uap.

1. Evaporator.

2. Kondensor adalah salah satu jenis mesin penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida

3. Injeksi uap.

4. Perangkap uap

Evaporasi dikerjakan 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 cuma berisikan satu unsur, dan bila uapnya berupa campuran umumnya tidak diadakan usaha untuk memisahkan bagian-komponennya.

2.2 Tipe-tipe

A. Tipe evaporator menurut banyak proses

1. Evaporator imbas tunggal (single effect)

Yang dimaksud dengan single effect yaitu bahwa produk hanya melalui satu buah ruang penguapan dan panas diberikan oleh satu luas permukaan pindah panas.

2. Evaporator imbas ganda

Di dalam proses penguapan materi dapat digunakan dua, tiga, empat atau lebih dalam sekali proses, inilah yang disebut dengan evaporator efek beragam. Penggunaan evaporator efek majemuk berprinsip pada penggunaan uap yang dihasilkan dari evaporator sebelumnya.

Tujuan penggunaan evaporator efek majemuk yaitu untuk mengurangi panas secara keseluruhan, sampai karenanya dapat mengurangi ongkos produksi.

Keuntungan evaporator efek beragam yaitu ialah pengurangan yakni dengan memakai uap yang dihasilkan dari alat penguapan untuk menawarkan panas pada alat penguapan lain dan dengan memadatkan kembali uap tersebut.

Pada evaporator imbas majemuk ada 3 macam penguapan, yakni :

a. Evaporator Pengumpan Muka (Forward-feed)

b. Evaporator Pengumpan Belakang (Backward-feed)

c. Evaporator Pengumpan Sejajar (Parallel-feed)

B. Tipe evaporator menurut bentuknya

1. Evaporator Sirkulasi Alami/paksa

Evaporator sirkulasi alami bekerja dengan memanfaatkan sirkulasi yang terjadi akhir perbedaan densitas yang terjadi balasan pemanasan. Pada evaporator tabung, dikala air mulai mendidih, maka buih air akan naik ke permukaan dan mengawali sirkulasi yang menimbulkan pemisahan liquid dan uap air di bagian atas dari tabung penghangat.Jumlah evaporasi bergantung dari perbedaan temperatur uap dengan larutan. Sering kali pendidihan menjadikan metode kering, Untuk menghidari hal ini mampu digunakan sirkulasi paksa, yaitu dengan manambahkan pompa untuk memajukan tekanan dan sirkulasi sehingga pendidihan tidak terjadi.

2. Falling Film Evaporator

Evaporator ini berbentuk tabung panjang (4-8 meter) yang dilapisi dengan jaket uap (steam jacket). Distribusi larutan yang seragam sangat penting. Larutan masuk dan mendapatkan gaya gerak alasannya adalah arah larutan yang menurun. Kecepatan gerakan larutan akan mempengaruhi karakteristik medium pemanas yag juga mengalir menurun. Tipe ini cocok untuk mengatasi larutan kental sehingga sering dipakai untuk industri kimia, makanan, dan fermentasi.

3. Rising Film (Long Tube Vertical) Evaporator

Pada evaporator tipe ini, pendidihan berjalan di dalam tabung dengan sumber panas berasal dari luar tabung (lazimnya uap). Buih air akan muncul dan menimbulkan sirkulasi.

4. Plate Evaporator

Mempunyai luas permukaan yang besar, Plate lazimnya tidak rata dan ditopangoleh bingkai (frame). Uap mengalir lewat ruang-ruang di antara plate. Uap mengalir secara co-current dan counter current terhadap larutan. Larutan dan uap masuk ke separasi yang nantinya uap akan disalurkan ke condenser. Eveporator jenis ini sering dipakai pada industri susu dan fermntasi sebab kelonggaran ruangan. Tidak efektif untuk larutan kental dan padatan

5. Multi-effect Evaporator

Menggunakan uap pada tahap untuk dipakai pada tahap berikutnya. Semakin banyak tahap maka makin rendah konsumsi energinya. Biasanya maksimal terdiri dari tujuh tahap, bila lebih kadang-kadang dijumpai ongkos pengerjaan melebihi pengurangan energi. Ada dua tipe fatwa, pemikiran maju dimana larutan masuk dari tahap paling panas ke yang lebih rendah, dan pedoman mundur yang merupakan kebalikan dari ajaran maju.

6. Horizontal-tabung Evaporator

Evaporator horisontal-tabung ialah pengembangan dari panci terbuka, di mana panci tertutup dalam, biasanya dalam silinder vertikal. Tabung pemanas disusun dalam bundel horisontal direndam dalam cairan di bagian bawah silinder. Sirkulasi cairan agak miskin dalam jenis evaporator.

7. Vertikal-tabung Evaporator

Dengan menggunakan tabung vertikal, bukan horizontal, sirkulasi alami dari cairan dipanaskan dapat dibentuk untuk menawarkan transfer panas yang bagus.

C. Tipe evaporator berdasarkan sistem pemanasan:

1. Submerged combustion evaporator yaitu evaporator yang dipanaskan oleh api yang menyala di bawah permukaan cairan, dimana gas yang panas bergelembung melewati cairan.

2. Direct fired evaporator adalah evaporator dengan pengapian langsung dimana api dan pembakaran gas dipisahkan dari cairan mendidih lewat dinding besi atau permukaan untuk memanaskan.

3. Steam heated evaporator ialah evaporator dengan pemanasan stem dimana uap atau uap lain yang dapat dikondensasi yakni sumber panas dimana uap terkondensasi di satu sisi dari permukaan penghangat dan panas ditranmisi lewat dinding ke cairan yang mendidih.

2.3 Aplikasi

Pengaplikasian evaporator di aneka macam industri antrara lain: pada pabrik gula, pabrik garam, industri materi kimia, industri masakan dan minuman, dan kilang minyak. Proses evaporasi sudah dikenal sejak dahulu, ialah untuk menciptakan garam dengan cara menguapkan air dengan pertolongan energi matahari dan angin. Kegunaan utama dari evaporator ialah menguapkan air pada larutan sehingga larutan memiliki konsentrasi tertentu. Pada industri makanan dan minuman, supaya mempunyai kualitas yang sama pada jangka waktu yang usang, diperlukan evaporasi. Misalnya untuk pengawetan adalah pembuatan susu kental manis.

Evaporasi merupakan satu unit operasi yang penting dan biasa dipakai dalam industri kimia dan mineral, contohnya industri aluminium dan gula. Evaporator juga dipakai untuk mengolah limbah radioaktif cair. Kegunaan lainnya ialah mendaur ulang pelarut mahal mirip hexane ataupun sodium hydroxide pada kraft pulping bisa juga untuk menguapkan limbah biar proses penanganan limbah lebih hemat biaya. Contoh-teladan Operasi Evaporasi dalam Industri Kimia lainnya yakni : Pemekatan larutan NaOH, Pemekatan larutan KNO3, Pemekatan larutan NaCL, Pemekatan larutan nitrat dan lain-lain.

2.4 Jenis-Jenis Alat Penguap (Evaporator).

A. Jenis-Jenis Evaporator (Bagian 1)

Gambar 1: Jenis-Jenis Evaporator (Bagian 1)

1. Horizontal Tube Evaporator

Jenis ini ialah evaporator yang paling klasik dan banyak diaplikasikan pada berbagai bidang industri. Umumnya, jenis ini digunakan untuk kebutuhan-kebutuhan skala kecil dengan penggunaan teknologi sederhana.

2. Standard Vertical-Tube Evaporator

Prinsip kerja pada standard vertical-tube evaporator yaitu, cairan akan mengalir di dalam pipa sementara uap (steam) mengalir di dalam shell. Di dalam tabung, cairan akan mendidih dan uap yang muncul bergerak menjinjing cairan ke atas. Pada tahap ini, akan terjadi sirkulasi cairan yang disebabkan oleh perbedaan fasa antara fluida yang terdiri dari gabungan uap-cair dengan cairan yang berada di bagian luar pipa. Pada bagian atas pipa terdapat ruang (baskom uap) yang berperan memisahkan cairan dengan uap. Proses pemisahan antar uap dengan cairan dalam ruang uap dimana uap akan keluar lewat susukan atas sementara cairan akan keluar melalui kanal di bagian bawah ember, berikutnya akan bersirkulasi kembali melalui pipa-pipa.

3. Basket Evaporator

Sirkulasi cairan berjalan natural (natural circulation) dan terjadi dengan baik sehingga transfer panas secara konveksi akan berlangsung secara efektif dalam jumlah banyak. Natural circulation disebabkan oleh adanya perbedaan rapat massa sebab pebedaan fasa antara cairan yang terdapat di dalam pipa dengan cairan yang berada di luar pipa. Selain itu, kerak yang terbentuk di bagian luar pipa mempersulit proses pembersihan, jenis ini hampir mirip dengan horizontal tube evaporator.

4. Vertical Tube Evaporator With Forced Circulation

Evaporator jenis ini memakai pompa untuk menolong proses sirkulasi sehingga menambahkoefisien perpindahan panas. Perpindahan panas dijalankan secara paksa atau konveksi paksa, tujuannya untuk mempercepat laju perpindahan panas antar fluida. Selain itu, penggunaan pompa juga bertujuan untuk mencegah terjadinya penyumbatan di dalam pipa, mengapa demikian? alasannya dengan menggunakan pompa maka tentu arus aliran akan tinggi sehingga mengurangi timbulnya endapan penyebab kerak. Selain itu, pemikiran yang cepat akan menciptakan larutan lerutan menjadi/lebih homogen. Jenis evaporator ini masih digolongkan dalam dua jenis sesuai dengan jenis tube yang dipakai, yaitu submerged tube type dan boiling tube type. Cara kerja dari submerged tube tipe yaitu, keseluruhan pipa pemanas berada di bawah cairan (tercelub), cairan akan masuk melalui sebuah terusan ke dalam baskom pemisah uap-cair.

5. Long Tube Vertical Evaporator

Long tube vertical evaporator memiliki ukuran tube transfer panas yang lebih panjang kalau ketimbang ukuran tube pada jenis evaporator yang lain. Tujuannya adalah untuk memperbesar serta mempercepat sirkulasi cairan agar proses perpindahan panas lebih besar. Setelah aliran memasuki ruang uap untuk dipisahkan dari uap yang telah terbentuk, selanjutnya akan mengalir ke bawah lewat pipa luar evaporator.

B. Jenis-Jenis Evaporator (Bagian 2)

Gamabar 2: Jenis-Jenis Evaporator (Bagian 2)

1. Forced Circulation Evaporator With External Heater

Jenis evaporator ini merupakan hasil rangkaian untuk keperluan tertentu, dimana heat exchanger, pompa dan unit pemisah cairan-uap merupakan unit yang terpisah.

2. Falling Film Evaporator

Cara kerja falling film evaporator ialah cairan akan mengalir ke bawah kemudian membentuk film pada sekeliling dinding dalam pipa. Aliran yang terjadi disebabkan oleh adanya gaya berat serta tabrakan uap. Uap yang sudah terbentuk akan turun ke bawah, walaupun ΔT kecil namun siklus fatwa tetap berjalan baik alasannya adalah adanya gaya gravitasi. Luas permanasan jauh lebih besar dari volume cairan di dalamnya.

3. Climbing Film, Long Tube Vertical Evaporator With External Heater

Prinsip kerja jenis evaporator ini sebetulnya hampir mirip dengan Long Tube Vertical Evaporator. hanya dibedakan dari alat penghangat dan pemisah uap yang letaknya terpisah.

4. Agitated Film Evaporator

Jenis evaporator ini berupa tabung vertikal dan ada juga yang berbentuk horizontal, dengan metode pemanas berada di luar tabung. Pada sumbu tabung terdapat suatu alat berbentuk batangan yang mampu diputar serta dilengkapi sirip-sirip. Fungsi dari batangan tadi yakni untuk mengalirkan cairan, dimana saat batangan tersebut berputar maka cairan akan bergerak ke bawah dan lalu terlempar ke bagian tepi tabung yang panas.

5. Direct Contact Evaporator

Pada jenis evaporator ini akan terjadi kontak langsung antara cairan dengan gas penghangat sehingga koefisien perpindahan panas sungguh besar. Di dalam bab tengah tabung terdapat ruang yang berfumgsi sebagai ruang pembakaran (lihat gambar di atas). Secara biasa , penggunaan evaporator ini ditujukan untuk larutan kental, atau bahkan sluriy.

6. Stirred, Discontinuous Evaporator

Jenis dari evaporator ini dipakai memadatkan larutan atau dengan kata lain ialah untuk menemukan produk bersifat padat. pemanasannya berisikan dua jenis, yaitu internal heating dan external heating. Untuk pemanasan internal, penghangat akan dialirkan lewat koil, sementara untuk pemanasan extenal, penghangat akan melalui jaket pada shell.