PEMBAHASAN RISING FILM EVAPORATOR

Evaporasi merupakan proses pemisahan termal yang dipakai secara luas untuk memekatkan cairan dalam bentuk larutan, susupensi maupun emulsi dengan cara menguapakan pelarutnya, umumnya air dari cairan. Evaporasi atau penguapan bertujuan untuk memisahkan pelarut dari larutan, sehingga menghasilkan larutan yang lebih pekat. Proses evaporasi adalah proses perubahan fase suatu zat yaitu dari fase cair menjadi fase uap. Perubahan fase ini melibatkan sejumlah energi panas dalam prosesnya. Selama evaporasi terjadi dua peristiwa penting, yaitu transfer massa dan heat transfer. Transfer massa yang dimaksud adalah perpindahan massa air dalam bahan menuju lingkungannya. Sedangkan heat transfer adalah perpindahan panas berupa panas dari lingkungan menuju bahan.

Adapun tujuan dari percobaan ini yaitu untuk menentukan konsentrasi dari larutan hasil evaporasi dengan konsentrasi awal 2%, menentukan volume kodensat sebagai hasil samping dari proses evaporasi, dan untuk menentuka laju alir massa steam yang dibutuhkan untuk menghasilkan larutan pekat.

Alat yang digunakan untuk memekatkan suatu larutan dengan cara menguapkan pelarutnya disebut evaporator. Evaporator memiliki dua prinsip dasar yaitu untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari caiaran. Perkembangan teknologi evaporasi telah melahirkan banyak jenis evaporator. Secara umum dibedakan atas sirkulasi alami dan sirkulasi paksa. Sirkulasi alami adalah evaporator yang gerakan cairannya berlangsung secara alami oleh adanya perbedaan massa jenis atau konveksi alami. Berbeda dengan sirkulasi paksa yang cairannya digerakan oleh pompa. Dari sisi perpindahan panas, sirkulasi paksa lebih baik, tetapi lebih mahal dan rumit.

Pada percobaan ini digunakan evaporator sirkulasi alami jenis rising film evaporator ( evaporator lapis naik ) dengan metode sirkulasi alami. Peralatan ini banyak dipakai untuk memekatkan larutan dalam industri bahan makanan. Prinsip kerja evaporasi lapis naik ( rising film evaporator ) adalah dengan cara menguapkan cairan dalam pipa hingga dihasilkan gelembung–gelembung uap yang bergerak ke atas dan membawa sejumlah cairan. Gerakan gelembung ke atas yang cepat akan menggerakan cairan dengan cepat pula sehingga waktu tinggal dalam daerah pemanasan cukup singkat. Hal ini penting terutama jika cairan yang diuapkan peka terhadap panas. Campuran uap dan cairan akan dipisahkan dalam siklon. Uap dapat dianggap tidak mengandung padatan terlarut. Meskipun pada kenyataannya kadang–kadang mengandung padatan terlarut akibat percikan atau butiran cairan yang terbawa aliran uap.

Larutan gula 2% sebagai umpan dibuat dengan cara melarutkan gula sebanyak 80 gram dalam 4 liter air suling, lalu diaduk sampai homogen. Gula bertindak sebagai zat terlarut, sedangkan air suling bertindak sebagai pelarut. Kemudian umpan dengan konsentrasi 2% dimasukkan melalui bagian bawah evaporator, sedangkan steam dimasukkan melalui bagian atas evaporator. Steam berasal dari boiler dan digunakan untuk memanaskan larutan dengan suhu tertentu. Suhu pemanasan tergantung dari tekanan uap. Dengan adanya pemanasan oleh steam, maka larutan umpan akan menguap. Uap yang terbentuk kemudian naik membawa lapisan tipis cairan pekat dan masuk ke dalam cyclone separator, dimana uap dan cairan dipisahkan. Uap yang memiliki suhu T₆ kemudian diteruskan ke atas sehingga memiliki suhu T₃ dan masuk ke kondensor. Di dalam kondensor, dialirkan air pendingin dengan suhu T₁ untuk mengubah fase uap menjadi cair untuk memudahkan penampungan. Fase cair ini memiliki suhu T₄, dan ditampung pada penampung gelas yang memiliki kapasitas 5 L. Penampung gelas ini dilengkapi dengan sistem vakum Sedangkan air pendingin suhunya naik menjadi T₂ karena adanya perpindahan panas dari uap yang memiliki suhu T₃ ke air pendingin. Lalu larutan pekat diputar balik ke sistem pemanas di evaporator. Menaikkan konsentrasi dari fraksi padatan di dalam produk bahan makanan cair adalah dengan menguapkan air bebas yang ada di dalam produk. Proses penguapan ini dilakukan dengan menaikkan suhu produk sampai titik didih dan menjaganya untuk beberapa waktu sampai konsentrasi yang diinginkan.

Dalam bidang Teknik Kimia, untuk menyelesaikan suatu masalah selain konsep-konsep kimia  diperlukan juga konsep-konsep matematika  sebagai sarana penyelesaiannya. Konsep matematika yang digunakan dalam penyelesaiannya adalah konsep neraca massa dan konsep neraca panas. Dalam hal ini adalah konsep neraca massa dan neraca panas untuk proses steady state. Neraca massa diturunkan dari hukum kekekalan massa, yang menyatakan bahwa untuk proses yang steady state dan tidak terjadi reaksi kimia  maka massa bahan- bahan (zat) yang masuk  ke dalam suatu alat proses sama dengan massa bahan- bahan yang keluar dari alat proses tersebut.  Demikian juga konsep neraca panas menyatakan bahwa  untuk proses yang steady state, maka jumlah panas yang masuk sama dengan  jumlah panas yang kelaur dari  alat proses tersebut. Untuk menentukan konsentrasi larutan pekat hasil evaporasi dan volume kondensat di gunakan konsep neraca massa, sedangkan untuk menentukan lajua alir massa staem digunakan konsep neraca panas.

Berdasarkan perhitungan neraca massa konsentrasi larutan gula yang didapat setelah dievaporasi adalah sebesar 6,81%. Akan tetapi, konsentrasi larutan gula pekat secara teori seharusnya sebesar 7,59%. Serta diperoleh volume kondensat berdasarkan hasil percobaan sebesar 2,21 liter, sedangkan volume kondensat berdasarkan toeri sebesar 2,03 liter. Adanya penyimpangan tersebut dapat dikarenakan proses penguapan yang kurang sempurna dimana pada saat menguap larutan gula sempat terbentuk suatu kerak di bagian bawah sehingga berpengaruh terhadap transfer panas. Selain itu, bisa juga dikarenakan pengadukan yang kurang merata pada tiap-tiap larutan gula. Hal tersebut karena pelarutan yang tidak sempurna pada saat pembuatan larutan gula yang menyebabka terbentuknya kerak.

Dalam neraca panas dapat dihitung massa uap air yang dibutuhkan dalam proses evaporasi ini.  Selama proses evaporasi, besarnya suhu dan tekanan sangat berpengaruh. Suhu evaporasi mempengaruhi kecepatan penguapan. Makin tinggi suhu evaporasi maka penguapan akan semakin cepat. Namun, penggunaan suhu tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada komponen bahan yang peka terhadap panas. Untuk mengurangi terjadinya perubahan-perubahan tersebut dapat dilakukan dengan evaporasi pada suhu rendah yaitu dengan tekanan vakum. Pada percobaan ini massa steam yang diperlukan untuk membuat larutan pekat dengan konsentrasi yaitu sebesar 2,56 kg/jam.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses evaporasi yaitu:

1. Suhu steam, disesuaikan dengan bahan yang akan dievaporasi karena bahan yang tidak tahan suhu yang tinggi tentunya akan membentuk kerak pada kolom evaporator sehingga akan mempengaruhi perpindahan panas dari steam ke bahan tersebut. 
2. Tekanan operasi, mempengaruhi proses penguapan pelarut disamping suhu. 
3. Laju alir umpan, bila laju alir umpan terlalu kecil proses kurang effisien dan juga bila terlalu besar, sehingga untuk suatu proses laju alir umpan diusahakan adalah laju yang dapat menghasilkan proses yang optimal. 
4. Sifat fisik dan kimia umpan. 
5. Luas permukaan kontak antara umpan dan media pemanas (panjang dan jumlah tube). 
6. Laju alir steam. 
7. Laju air pendingin pada kondensor