EVAPORASI

EVAPORASI

Oleh; Anto Susanto

Disadur dari; Anonim, Google.com

Pendahuluan

Evaporasi merupakan suatu proses penguapan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Tujuan dari evaporasi itu sendiri yaitu untuk memekatkan larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dan pelarut yang mudah menguap. Dalam kebanyakan proses evaporasi , pelarutnya adalah air. Evaporasi tidak sama dengan pengeringan, dalam evaporasi sisa penguapan adalah zat cair, kadang-kadang zat cair yang sangat viskos, dan bukan zat padat. Begitu pula, evaporasi berbeda dengan distilasi, karena disini uapnya biasanya komponen tunggal, dan walaupun uap itu merupakan campuran, dalam proses evaporasi ini tidak ada usaha untuk memisahkannya menjadi fraksi-fraksi. Biasanya dalam evaporasi, zat cair pekat itulah yang merupakan produk yang berharga dan uapnya biasanya dikondensasikan dan dibuang.

Evaporator merupakan alat yang berfungsi untuk mengekstrak suatu bahan dengan pelarut polar maupun non polar sehingga dihasilkan ekstrak murni dari bahan tersebut. Prinsip alat ini yaitu menguapkan pelarut polar atau non polar yang diletakkan dalam labu sehingga menyisakan ekstrak.

Evaporator terdiri dari rangkaian alat-alat yaitu :

· Labu ekstrak : tempat untuk hasil ekstraksi

· Labu Pelarut : tempat untuk pelarut

· Pompa Vacum : untuk menarik udara

· Water Bath : untuk memanaskan air

· Kondensor : untuk mendinginkan uap pelarut

Evaporasi atau penguapan merupakan pengambilan sebagian uap air yang bertujuan utuk meningkatkan konsentrasi padatan dari suatu bahan makanan cair. Salah satu tujuan lain dari operasi ini adalah untuk mengurangi volume dari suatu produk sampai batas-batas tertentu tanpa menyebabkan kehilangan zat-zat yang mengandung gizi. Pengurangan volume produk, akan mengakibatkan turunnya biaya pengangkutan. Disamping itu, juga akan meningkatkan efisiensi penyimpanan dan dapat membantu pengawetan, atas dasar berkurangnya jumlah air bebas yang dapat digunakan oleh microorganisma untuk kehidupannya. Salah satu contoh untuk pengawetan adalah susu kental manis.

Operasi penguapan yang mungkin digunakan untuk suatu produk sangat bervariasi, hal ini tergantung pada karakteristik bahan produk. Dalam banyak kasus, karakteristik bahan ini berpengaruh pada design evaporator (alat penguap). Adapun contoh dari karakteristik bahan adalah kekentalan bahan dan kepekatan bahan terhadap suhu serta kemampuan bahan untuk membuat alat mengalami korosi.

Menaikkan konsentrasi dari fraksi padatan di dalam produk bahan makanan cair adalah dengan menguapkan air bebas yang ada didalam produk. Proses penguapan ini dilakukan dengan menaikkan temperatur produk sampai titik didih dan menjaganya untuk beberapa waktu sampai konsentrasi yang diinginkan.

Jadi jelas bahwa bahwa pada setiap evaporator yang akan digunakan untuk produk bahan makanan cair, terdiri dari : a) sebuah tabung penguapan, b) suatu alat pindah panas, c) sebuah kondensor, serta d) sebuah metode untuk menjaga tekanan vakum. Keempat komponen ini harus diperhatikan dalam merencanakan suatu evaporator.

Sistem tekanan vakumnya harus dapat mengalirkan gas yang tidak terkondensasi agar bisa menjaga tekanan vakum yang diinginkan didalam tabung penguapan. Panas yang cukup harus dialirkan/ diberikan ke produk untuk penguapan sejumlah air yang diinginkan, serta sebuah kondensor yang berguna untuk mengembangkan dan memindahkan uap air yang diproduksi melalui penguapan.

Keseimbangan massa dapat digunakan untuk menentukan laju penguapan untuk mendapatkan derajad konsentrasi yang diinginkan. Hubungan ini akan membawa kita untuk dapat menentukan jumlah medium pemanas yang dibutuhkan untuk mencapai penguapan yang diinginkan. Kunci penting lainnya yang perlu mendapat perhatian dalam perencanaan adalah pindah panas yang terjadi dari medium pemanas ke produk, dengan memperhatikan bahwa kebutuhan luas permukaan pindah panas tidak akan dapat dihitung tanpa terlebih dahulu menduga koefisien pindah panas keseluruhan bagi permukaan pemanas.

Walaupun parameter-parameter untuk design sudah dapat diduga secara tepat, akan tetapi masih ada faktor-faktor khusus yang ada pada produk yang berpengaruh pada design evaporator. Faktor-faktor ini akan mengakibatkan perhitungan menjadi lebih kompleks. Sebagai contoh adalah banyaknya padatan yang ada pada produk bahan makanan cair akan mengakibatkan titik didih yang lebih tinggi apabila dibandingkan dengan titik didih dari air pada tekanan yang sama. Perbedaan titik didih ini menjadi lebih besar dengan bertambah tingginya konsentrasi bahan makanan cair. Kerumitan ditambah lagi dengan tidak konstannya koefisien pindah panas konveksi, karena koefisien pindah panas ini merupakan fungsi dari kekentalan. Padahal telah diketahui bahwa selama proses penguapan, kekentalan produk selalu berubah karena terjadinya penguapan. Keadaan ini mengakibatkan koefisien pindah panas konveksi juga selalu berubah sesuai dengan kekentalan produk. Akhirnya, persoalan menjadi lebih kompleks dengan adanya sifat panas produk yang berubah menurut temperatur dan kadar air produk. Tentunya , hal ini semua akan memberikan pengaruh tersendiri terhadap design operator.

Prinsip Kerja Evaporasi ( Penguapan )

Prinsip kerja peralatan evaporator vakum ini berdasarkan pada kenyataan bahwa penurunan tekanan akan menyebabkan turunnya titik didih cairan. Pada Anhydro laboratory Vacum Evaporator, keadaan vakum tersebut terutama dihasilkan dari pompa air yang memindahkan uap terkondensasi dan mendinginkan air dari kondensor.

Kevakuman yang sebenarnya dalam evaporator ditentukan oleh efisiensi pompa, yang mana hal itu tergantung pada derajat kondensi uap dalam kondensor. Pada kondensi itu sendiri mengambil tempat (berlangsung) sesuai dengan banyaknya semprotan air yang didinginkan ke bagian puncak dari kondensornya. Inilah apa yang dimaksud dengan : kita bisa mengatur suhu didih yang sebenarnya pada alat tersebut.

Panas yang dibutuhkan untuk penguapan cairan adalah berasal dari steam yang sudah jenuh. Steam tersebut mengalami pengembunan (dikondensikan) pada tabung, dan bersamaan dengan itu memberikan panasnya untuk penguapan. Steam yang telah diambil panasnya itu disebut juga kondensat, kemudian dipindahkan dari dasar calandria dan ditarik melalui kondensor menuju pompa. Calandria adalah tabung dimana terjadi pergerakan bahan pangan.

Bahan cair yang akan ditingkatkan konsentrasinya itu bersirkulasi terus menerus pada alat dalam upaya untuk memperoleh perpindahan/pergerakan yang maksimal didalam calandria. Sirkulasi yang cepat akan mengurangi resiko terjadinya pengendapan pada permukaan tabung, dan dengan cepat membebaskan gelembung-gelembung uap dari bahan cair selama dalam perjalanan melalui evaporator.

Pindah Panas Di Dalam Evaporator

Beberapa peralatan penguapan dapat langsung dipanasi dengan api. Api memanasi dinding ketel dan secara konduksi akan memanasi bahan yang terletak di dalam alat penguap. Akan tetapi umumnya evaporator mempergunakan panas tidak langsung dalam proses penguapannya.

Pindah panas didalam alat penguapan diatur oleh persamaan pindah panas untuk pendidihan bahan cair dan dengan persamaan konveksi serta konduksi. Panas yang dihasilkan dari sumber harus dapat mencapai suhu yang sesuai untuk menguapkan bahan. Umumnya medium pembawa panasnya adalah uap yang diperoleh dari boiler atau dari suatu tahapan penguapan dalam alat penguapan lain. Perputaran bahan cair didalam alat penguapan merupakan hal yang penting, sebab perputaran mempengaruhi laju pindah panas dan dengan perputaran bahan yang baik akan meningkatkan laju penguapan.

Evaporator Efek Tunggal

Yang dimaksud dengan single effect adalah bahwa produk hanya melalui satu buah ruang penguapan dan panas diberikan oleh satu luas permukaan pindah panas. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2 berikut ini.

Jika F adalah kecepatan aliran bahan yang masuk dan XF adalah fraksi padatan bahan yang masuk. Sementara P adalah kecepatan aliran produk yang keluar dan XP adalah fraksi padatan produk yang keluar. Sedangkan V adalah kecepatan aliran uap, maka berdasarkan prinsip keseimbangan massa, dapatlah ditulis :

F = P + V 1)

Dan

XF.F = XP.P 2)

Apabila suhu dari bahan yang masuk adalah Tf dengan kapasitas panas bahan yang masuk ialah CPF dan S adalah alira Steam dengan suhu Ts, sementara C adalah aliran kondensat. Sedangkan suhu uap hasil penguapan adalah T dan kapasitas panas produk yang keluar adalah CPP, maka neraca keseimbangan energi pada alat tersebut adalah :

F . CPF . (Tf – 0) + S (hg Ts – hf T) = P . CPP . (T – 0) + V . hg T 3)

Untuk menentukan Nilai Ekonomi Uap didasarkan pada definisinya yaitu perbandingan antara air yang menguap dari produk dengan massa steam yang digunakan, atau :

Nilai Ekonomi Uap (NEU) = 4)

Besarnya nilai kapasitas panas bahan yang masuk (CPF) dan nilai kapasitas panas produk yang keluar ditentukan dengan persamaan SEIBEL, yaitu :

CPF = 0,837 + 0,034 . KAF % 5)

CPP = 0,837 + 0,034 . KAP % 6)

Dimana :

KAF = kadar air bahan yang masuk

KAP = kadar air produk yang keluar

Evaporator Efek Majemuk

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

Tujuan penggunaan evaporator efek majemuk adalah untuk menghemat panas secara keseluruhan, hingga akhirnya dapat mengurangi ongkos produksi. Keuntungan evaporator efek majemuk adalah merupakan penghematan yaitu dengan menggunakan uap yang dihasilkan dari alat penguapan untuk memberikan panas pada alat penguapan lain dan dengan memadatkan kembali uap tersebut. Apabila dibandingkan antara alat penguapan n-efek, kebutuhan uap diperkirakan 1/n kali, dan permukaan pindah panas berukuran n-kali dari pada yang dibutuhkan untuk alat penguapan berefek tunggal, untuk pekerjaan yang sama.

Pada evaporator efek majemuk ada 3 macam penguapan, yaitu :

a. Evaporator Pengumpan Muka

b. Evaporator Pengumpan Belakang

c. Evaporator Pengumpan Sejajar

Macam Peralatan Pemanas / Penukar Panas : Tabung Pemanas, Ketel Uap (Boiler), Penukar Panas Spiral Melingkar, Penukar Panas Tipe Permukaan, Penukar Panas Dengan Tabung Dibagian Dalam, Pembangkit Ulang, Penukar Panas Tipe Tong, Penyemprot Air Panas, Pemasukan Uap Panas dan Penukar Panas Tipe Skrup

Macam Peralatan Penguapan / Evaporator : Evaporator Kancah Terbuka, Evaporator dengan Tabung Pendek yang Melintang, Evaporator dengan Tabung Pendek yang Tegak, Evaporator yang Mempunyai Sirkulasi Alamiah dengan Kalandria dibagian Luar, Evaporator dengan Sirkulasi yang Dipaksa, Evaporator Bertabung Panjang, Evaporator Piring, Evaporator Sentrifugal dan Evaporator Pengaruh Berganda

Macam Peralatan Pengering : Pengeringan dengan udara panas terdiri Pembakaran (kiln dyer), Pengering lemari, Pengering terowongan, Pengering konveyor, Pengering kotak, Pengering tumpukan bahan butiran/tepung, Pengering pneumatic, Pengering berputar, Pengering semprot, Pengering menara. Pengering dengan persentuhan dengan permukaan yang dipanasi terdiri Pengering tong (pengering lapisan, pengering rol), Papan pengering hampa udara, Pengering dengan roda dalam hampa udara.

SIFAT DARI UAP AIR JENUH

Suhu (˚C)	Tekanan uap air (k Pa)	Volume Spesific (m3/kg)		Enthalphy (kj/kg)		Entrophy (kj/kg˚K)
		Cair	Jenuh	Cair (hf)	Jenuh (hg)	Cair	Jenuh
0.01	0.6113	0.0010002	206.136	0.00	2501.4	0.0000	9.1562
3				12.57	2506.9
6				25.20	2512.4
9				37.80	2517.9
12				50.41	2523.4
15				62.99	2528.9
18				75.58	2534.4
21				88.14	2539.9
24				100.70	2524.4
27				113.25	2550.8
30				125.79	2556.3
33				138.33	2561.7
36				150.86	2567.1
40				167.57	2574.3
45				188.45	2583.2
50				209.33	2592.1
55				230.23	2600.9
60				251.13	2609.6
65				272.06	2618.3
70				292.98	2626.8
75				313.93	2635.3
80				334.91	2643.7
85				355.90	2651.9
90				376.92	2660.1
95				397.96	2668.1
100				419.04	2676.1
105				440.15	2683.8
110				461.30	2691.5
115				482.48	2699.0
120				503.71	2706.3
125				524.99	2713.5
130				546.31	2720.5
135				567.69	2727.3
140				589.13	2733.9
145				610.63	2740.3
150				632.20	2746.5
155				653.84	2752.4
160				675.55	2758.1
165				697.34	2763.5
170				719.21	2768.7
175				741.17	2773.6
180				763.22	2778.2
190				807.62	2786.4
200				852.45	2793.2
225				966.78	2803.3
250				1085.36	2801.5
275				1210.07	2785.0
300				1344.0	2749.0

Cara Kerja :

Mula-mula periksa air yang ada dalam styroform, masukkan aerator dan es batu ke dalamnya, setelah itu isi air dalam water bath. Pasang labu ekstrak dan labu pelarut dan tekan alat sehingga labu pelarut menyentuh air dalam water bath. Nyalakan aerator dalam styroform, labu pelarut, water bath dan pompa vacum dengan menancapkan masing-masing kabel ke stop kontak. Setelah semua kabel terpasang proses ekstraksi dapat berlangsung.

Proses ekstraksi akan selesai jika semua pelarut menguap dan diperoleh ekstrak murni dalam labu ekstrak. Kemudian matikan tombol speed, dan cabut kabel aerator, labu pelarut, water bath, dan pompa vacum yang berhubungan dengan evaporator. Setelah itu, ekstrak yang terdapat di dalam labu diambil dengan cara dikerik dan hasilnya dimasukkan ke dalam botol ekstrak. Untuk selanjutnya labu ekstrak yang telah digunakan tersebut dibersihkan dengan dicuci sampai bersih dan disimpan di tempat yang aman untuk menhindari kerusakan alat. Untuk pemeliharaannya, setelah mengekstrak suatu bahan maka alat dibersihkan dengan cara mengevaporasi akuades agar kondisi evaporator bersih kembali.

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. Disinilah letak perbedaan antara evaporasi dan distilasi.

Salah satu jenis alat yang digunakan dalam proses evaporasi adalah Falling Film Evaporator (FFE) dimana alat ini diklasifikasikan ke dalam kelas `long tube vertikal evaporator`. LTVE, bersama-sama dengan climbing film evaporator (CFE). Sedangkan berdasarkan tipe pemanasan dapat diklasifikasikan ke dalam sistem pemanasan dipisah oleh dinding pertukaran panas, yaitu antara lain jenis kolom kalandria dan shell and tube.

Pelaporan Proses Evaporasi

Proses evaporasi dengan skala komersial di dalam industri kimia dilakukan dengan peralatan yang namanya evaporator. Perlengkapan peralatan : Evaporator, kondensor, Injeksi uap, perangkap uap, perangkap tetes Proses evaporasi didokumentasikan dalam lembar pelaporan sesuai data :

1. Kerja kondensor

2. Kerja injeksi uap

3. Kerja perangkap uap

4. Kerja perangkap tetes

Contoh-contoh Operasi Evaporasi dalam Industri Kimia;

1. Pemekatan larutan NaOH

2. Pemekatan larutan KNO3

3. Pemekatan larutan NaCL

4. Pemekatan larutan nira dan lain-lain.

DAFTAR PUSTAKA

Buku Panduan Praktikum Operasi Teknik Kimia II.

Geankoplis, Christi J. Transport Processes and Unit Operations : third edition. 1993, 1983, 1978. Prentice-Hall,Inc.