I.
Tujuan
1. Mengetahui cara simulasi proses evaporasi gula
menggunakan software COFE64
2. Mengetahui hasil proses evaporasi pada berbagai kondisi
proses
3. Memperkirakan pengaruh perbedaan kondisi feed terhadap hasil proses evaporasi.
II.
Landasan Teori
a. Penjelasan dan prinsip proses evaporasi dan perbedaannya
dengan distilasi
Evaporasi adalah proses pengentalan larutan dengan cara
mendidihkan atau menguapkan pelarut. Di dalam pengolahan hasil pertanian proses
evaporasi bertujuan untuk, meningkatkan larutan sebelum proses lebih lanjut,
memperkecil volume larutan, menurunkan aktivitas air aw (Praptiningsih 1999).
Di dalam pengolahan hasil pertanian proses evaporasi bertujuan untuk:
§
Meningkatkan konsentrasi atau
viskositas larutan sebelum diproses lebih lanjut. Sebagai contoh pada
pengolahan gula diperlukan proses pengentalan nira tebu sebelum proses
kristalisasi, spray drying, drum drying dan lainnya
§
Memperkecil volume larutan sehingga
dapat menghemat biaya pengepakan, penyimpanan dan transportasi
§
Menurunkan aktivitas air dengan cara
meningkatkan konsentrasi solid terlarut sehingga bahan menjadi awet misalnya
pada pembuatan susu kental manis
(Wirakartakusumah,
1989)
Cara
kerjanya ialah dengan menambahkan kalor atau panas yang bertujuan untuk
memekatkan suatu larutan yang terdiri dari zat pelarut yang memiliki titik
didih yang rendah dengan pelarut yang memiliki titik didih yang tinggi sehingga
pelarut yang memiliki titik didih yang rendah akan menguap dan hanya
menyisahkan larutan yang lebih pekat dan memiliki konsentrasi yang tinggi.
Proses evaporasi memiliki ketentuan, yaitu:
1.
Pemekatan larutan didasarkan pada perbedaan titik
didih antar zat-zatnya.
2.
titik didih cairan dipengaruhi oleh tekanan.
3.
dijalankan pada suhu yang lebih rendah dari titik
didih normal.
4.
titik didih cairan yang mengandung zat yang tidak
menguap akn tergantung tekanan dan kadar zat tersebut.
5.
Beda titik didih larutan dengan titik didih cairan
murni disebut kenaikan titik didih (boiling range).
(Admin, 2015)
Evaporasi berbeda dari distilasi, karena
uapnya biasa dalam komponen tunggal, dan walaupun uap itu dalam bentuk
campuran, dalam proses evaporasi ini tidak ada usaha untuk memisahkannya
menjadi fraksi-fraksi. Selain itu, evaporasi biasanya digunakan untuk
menghilangkan pelarut-pelarut volatil, seperti air, dari pengotor nonvolatil.
Contoh pengotor nonvolatil seperti lumpur dan limbah radioaktif. Sedangkan
distilasi digunakan untuk pemisahan bahan-bahan nonvolatil. Dalam evaporasi, 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. (Admin, 2015)
b. Jenis-jenis bahan (bahan makanan) yang dapat dievaporasi
Jenis-jenis bahan (bahan makanan) yang
dapat dievaporasi biasanya bahan makanan yang memiliki kandungan air yang
tinggi. Misalnya nira tebu sebagai bahan baku gula pasir, susu sebagai bahan
baku susu kental manis, buah yang diolah menjadi selai, air laut sebagai bahan
baku pembuatan garam, tomat dalam industri pembuatan pasta tomat, dan
sebagainya. (Kumara, 2011)
c. Proses pengolahan gula dengan diagram alir kualitatif
(Anonim,
2013)
Diagram
alir proses pembuatan gula:
(Tony,
2013)
III.
Hasil dan
Pembahasan
a. Proses
evaporasi gula, tujuan; jalan masuk bahan,
apa yang dialami bahan, bagaimana hasil yang diharapkan
Nira
yang telah mengalami proses pemurnian masih mengandung air, air ini harus
dipisahkan dengan menggunakan alat penguap. Penguapan adalah suatu proses
menghilangkan zat pelarut dari dalam larutan dengan menggunakan panas. Zat
pelarut dalam proses penguapan nira adalah air. Bila nira dipanaskan terjadi
penguapan molekul air. Akibat penguapan, nia akan menjadi kental. Sumber panas
yang digunakan adalah uap panas. Pada pemakaian uap panas terjadilah peristiwa
pengembunan. Sistem penguapan yang dipakai perusahaan gula adalah penguapan
efek banyak. (Soejardi, 1975)
Tujuan dari
penguapan ini adalah untuk mengurangi kadar air yang terdapat pada nira encer (12,50brik) agar diperoleh nira yang lebih
kental, dengan kekentalan 60 – 650 brik.
Penguapan ini dilakukan pada temperatur 65 – 110 0C. Setiap
evaporator dilengkapi dengan separator atau penyangga (sap vanger) yang berguna untuk menangkap
percikan nira yang terbawa oleh uap.
Proses penguapan (evaporasi) dilakukan dalam kondisi vakum. Tujuan penguapan
dalam keadaan vakum adalah menghindari kerusakan sukrosa akibat suhu yang
tinggi, menghemat penggunaan uap bahan bakar karena memasukkan satu satuan uap
dapat menguapkan air sebanyak 5 kali, menurunkan titik didih nira sehingga
tidak terbentuk karamel hal ini dilakukan agar sukrosa yang terkandung dalam
nira tidak rusak. Proses evaporasi dilakukan beberapa kali dengan menggunakan
perbedaan suhu dan tekanan. Pada evaporasi tahap awal menggunakan suhu tinggi
dengan tekanan rendah. Memasuki tahap evaporasi selanjutnya, suhu bertahap
diturunkan dan tekanan bertahap dinaikkan. (Santoso, 2012)
Pembuatan gula dari tebu adalah proses pemisahan
sakharosa yang terdapat dalam batang tebu dari zat-zat lain seperti air, zat
organic, sabut. Pemisahan dilakukan secara bertingkat dengan jalan tebu
digiling dalam beberapa mesin penggiling sehingga diperoleh cairan yang disebut
nira. Nira yang diperoleh dari mesin penggiling dibersihkan dari zat-zat bukan
gula dengan pemanasan dan penambahan zat kimia. Sedangkan ampas digunakan bahan
ketel uap. Kemudian dilakukan pemurnian nira menggunakan zat kimia lalu
dilakukan proses penguapan. Nira yang telah mengalami proses pemurnian masih
mengandung air, air ini harus dipisahkan dengan menggunakan alat penguap.
Penguapan adalah suatu proses menghilangkan zat pelarut dari dalam larutan
dengan menggunakan panas. Zat pelarut dalam proses penguapan nira adalah air.
Selanjutnya dilakukan pengkristalan. Proses pengkristalan adalah salah satu
langkah dalam rangkaian proses di pabrik gula dimana akan dikerjakan
pengkristalan gula dari larutan yang mengandung gula. Kemudian dilakukan
pengeringan. Pengeringan ini menggunakan udara yang dihembuskan dari bawah, hal
ini dimaksudkan untuk mengurangi kadar air dalam gula. Setelah pengeringan gula
dimasukkan dalam karung dan disimpan digudang. (Hugot, 1960)
Hasil yang diharapkan dari proses evaporasi ini adalah
kadar
air yang terdapat pada nira encer (12,50brik) menjadi nira yang lebih kental,
dengan kekentalan 60 – 650
brik. (Santoso, 2012)
b. Kondisi
proses evaporasi gula yang disimulasikan (suhu dan tekanan tiap satuan operasi à
berupa skema)
Keterangan:
1.
Heater
Suhu = 373 K
Tekanan =
0
Fraksi mol glukosa= 0.1
Fraksi mol air = 0.9
2.
Evaporator 1
Suhu = 363 K
Tekanan =
60000 Pa
Fraksi mol glukosa= 0,2959973
Fraksi mol air = 0.7040026
3.
Evaporator 2
Suhu = 363 K
Tekanan =
20000 Pa
Fraksi mol glukosa= 0,7297833
Fraksi mol air =
0.2702167
4.
Evaporator 3
Suhu = 350 K
Tekanan = 15000 Pa
Fraksi mol glukosa= 0,8822419
Fraksi mol air =
0.1177581
5.
Evaporator 4
Suhu = 345 K
Tekanan = 10000 Pa
Fraksi mol glukosa= 0,8879713
Fraksi mol air = 0.1120287
c. Tabel
hasil simulasi
Evaporasi 4 Tangki
Fraksi air
|
Fraksi glukosa
|
Suhu (K)
|
Pressure drop (Pascal)
|
Heat duty (J/s)
|
|
Heater
|
0.9
|
0.1
|
373
|
0
|
15485652.8963
|
Tangki 1
|
0.7040026
|
0,2959973
|
363
|
60000
|
68769844.9467
|
Tangki 2
|
0.2702167
|
0,7297833
|
353
|
20000
|
7473317.84748
|
Tangki 3
|
0.1177581
|
0,8822419
|
350
|
15000
|
2456216.71612
|
Tangki 4
|
0.1120287
|
0,8879713
|
345
|
10000
|
1959846.16084
|
d.
Kondisi stream
Evaporasi
4 Tangki
Tekanan (Pa)
|
Suhu (K)
|
Flow rate (kg/h)
|
Mol fraksi gula
|
Mol fraksi air
|
Ket
|
|
Stream 1
|
100000
|
298
|
300000
|
0.1
|
0.9
|
Liquid (feed)
|
Stream 2
|
100000
|
373
|
300000
|
0.1
|
0.9
|
Liquid
|
Stream 3
|
40000
|
363
|
111156
|
1.68446e-19
|
1
|
Vapor
|
Stream 4
|
40000
|
363
|
188844
|
0.337841
|
0.662159
|
Liquid (at phase boundary)
|
Stream 5
|
20000
|
353
|
12628.7
|
3.7072e-20
|
1
|
Vapor
|
Stream 6
|
20000
|
353
|
176215
|
0,46293
|
0.537067
|
Liquid (at phase boundary)
|
Steam 7
|
15000
|
350
|
4016.36
|
2.548e-20
|
1
|
Vapor
|
Steam 8
|
15000
|
350
|
172199
|
0.524742
|
0.475276
|
Liquid (at phase boundary)
|
Steam 9
|
10000
|
345
|
3371
|
1.07218e-20
|
1
|
Vapor
|
Steam 10
|
10000
|
345
|
168828
|
0.590924
|
0.409076
|
Liquid (at phase boundary)
|
e. Pembahasan
hasil praktikum
Proses evaporasi
pada pembuatan gula memiliki tujuan untuk mengurangi kadar air yang terdapat
dalam nira encer agar diperoleh nira yang lebih kental. Hal ini dapat dilihat
dari hasil praktikum yang mana fraksi mol gula terus meningkat dalam evaporator
dan fraksi air yang menurun setelah diuapkan.
Sebelum proses evaporasi, nira tebu yang masih encer
dipanaskan terlebih dahulu agar suhunya naik mendekati suhu evaporator. Setelah itu nira masuk dalam evaporator akan
dipanaskan dengan uap dan bersirkulasi. Air dalam nira akan terbawa oleh uap ke
atas dan keluar evaporator sedangkan nira yang telah mencapai kepekatan
tertentu akan dialirkan ke evaporator selanjutnya. Tutup valve akan otomatis terbuka dan nira mengalir ke badan berikutnya.
Demikian seterusnya hingga sampai pada badan terakhir kepekatan nira yang
diinginkan.
Pada percobaan ini dipilih optimasi proses dengan
menggunakan evaporator empat tingkat. Pada evaporasi bertingkat, digunakan
perbedaan suhu evaporator yang mana suhu dari evaporator satu lebih tinggi
dibandingkan evaporator dua dan pressure
dropnya juga lebih tinggi. Hal ini disebabkan karena pada evaporator I nira
yang masuk masih memiliki kandungan air yang banyak sehingga jumlah air yang
harus diuapkan juga banyak. Sedangkan pada evaporator selanjutnya, jumlah air
sudah berkurang dan suhu turun, namun tekanannya rendah sehingga sisa air masih
dapat diuapkan dan tidak merusak bahan. Alasan lain yaitu jika hanya digunakan
satu buah evaporator untuk menguapkan air dari nira maka diperlukan suhu yang
sangat tinggi dan pressure drop yang
sangat rendah. Hal ini tidak mungkin dilakukan karena selain mahal, resiko
kerusakan bahan akibat suhu terlalu tinggi sangatlah besar.
Perbedaan
single evaporator dan multiple effect evaporator dilihat dari penggunaan
energinya adalah, pada multiple effect energinya
akan semakin turun. Hal ini karena semakin sedikit air yang tersisa pada bahan
kebutuhan energi juga turun. Energi yang turun ini karena energi yang berupa
panas sensibel diserap bahan di satu evaporator kemudian dialirkan ke
evaporator selanjutnya. Uap yang digunakan pada multiple effect merupakan uap yang berasal dari evaporator
sebelumnya sehingga suhu akan terus turun karena uap melepas panas (energi
panas diserap bahan). Uap yang melepaskan panas pada evaporator selanjutnya
akan terkondensasi sehingga akan menurunkan tekanan dan nira dari evaporator
satu dapat mengalir ke evaporator selanjutnya.
Pengaruh
perbedaan suhu dan tekanan yaitu semakin tinggi suhu dan tekanan yang digunakan
maka akan semakin tinggi pula jumlah air yang diuapkan. Proses evaporasi
dilakukan beberapa kali dengan menggunakan perbedaan suhu dan tekanan. Selama proses berlangsung temperatur dari masing – masing evaporator
berbeda –beda. Untuk menghemat panas yang diperlukan maka media panas untuk
evaporator I digunakan uap bekas yang berasal dari pressure vessel, sedangkan media pemanas
evaporator yang lain memanfaatkan
kembali uap yang terbentuk dari evaporator sebelumnya, hal ini disebut vapour temperature pada evaporator I
sebesar 1100C dan berangsur – angsur turun sampai temperatur 50 – 550C
pada evaporator IV. Hal ini dapat dilakukan dengan jalan menurunkan tekanan
yang berbeda - beda dari evaporator I sampai dengan evaporator IV.
Uap yang mengalir dari evaporator I ke evaporator II disebabkan pada
evaporator I setelah masuk kedalam bagian shell
pada evaporator II akan melepaskan panas sehingga mengembun. Terkondensasinya
uap menyebabkan terjadinya penurunan tekanan dalam shell sehingga uap air nira
evaporator I dapat mengalir ke evaporator II dan seterusnya. Uap nira
evaporator IV masuk kedalam kondesor untuk diembunkan (dikondensasikan) dan
dijatuhkan bersama air injeksi, sedangkan uap – uap yang tidak terkondesasikan
dibiarkan keluar ke udara. Peristiwa mengalirnya nira dari evaporator I ke
evaporator II dan seterusnya disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan vakum
pada masing – masing evaporator. Nira encer yang masuk pada setiap evaporator
akan bersikulasi sampai mencapai titik tertentu dan secara otomatis valve akan terbuka sehingga nira
mengalir menuju evaporator selanjutnya, begitu seterusnya hingga evaporator IV.
Perbedaan tekanan pada masing – masing evaporator akan mengakibatkan nira
mengalir secara otomatis dari badan I ke badan berikutnya. Nira yang masuk pada
tiap – tiap badan evaporator akan bersirkulasi hingga mencapai kepekatan tertentu. Kemudian secara otomatis kutup (valve) akan terbuka dan nira mengalir ke badan berikutnya. Demikian seterusnya sampai pada badan evaporator terakhir
dengan kepekatan 65%.
IV.
Kesimpulan
1. Praktikan dapat melakukan simulasi proses evaporasi
menggunakan software Cofe64.
2. Hasil proses evaporasi pada tiap evaporator dengan
tekanan dan suhu yang berbeda yaitu:
Fraksi mol glukosa
|
Suhu (K)
|
Pressure (Pascal)
|
|
Tangki 1
|
0,2959973
|
363
|
40000
|
Tangki 2
|
0,7297833
|
353
|
20000
|
Tangki 3
|
0,8822419
|
350
|
15000
|
Tangki 4
|
0,8879713
|
345
|
10000
|
3. pengaruh perbedaan kondisi feed terhadap hasil proses evaporasi adalah semakin tinggi suhu dan
pressure drop yang digunakan maka
semakin banyak pula jumlah air yang diuapkan.
V.
Daftar Pustaka
Hugot, E. 1960. Hand Book of Cane Sugar Engineering. Amsterdam:
Elsevier Publising Company.
Kumara, Danang. 2011. Evaporasi.
Jember: FTP UNEJ.
Praptiningsih, Yulia. 1999. Buku Ajar Teknologi Pengolahan.
Jember:
FTP UNEJ.
Santoso. 2012. Proses
Pembuatan Gula Dari Tebu Pada Pg X. Depok:
Fakultas
Teknik Industri Universitas Gunadarma.
Soerjadi. 1975. Peranan
Komponen Batang Tebu
dalam Pabrikasi Gula.
Yogyakarta: LPP.
Wirakartakusumah.
1989. Prinsip Teknik Pangan. Bogor:
PAU Pangan
dan Gizi IPB.
Admin.
2015. Evaporasi. http://www.prosesindustri.com/.
Diakses pada
tanggal 14 November 2016 pukul 18.00 WIB.
Anonim.
2013. Proses Produksi Gula Super High
Sugardi Pg. Madukismo
Bantul.
http://repository.unika.ac.id.
Diakses pada tanggal 14 November 2016 pukul 17.50 WIB.
Tony. 2013. Flow Sheet PT. PG.
Candi Baru - Sidoarjo 2013.
http://pgcandibaru.blogspot.co.id/. Diakses pada
tanggal 14 November 2016 pukul 18.10 WIB.
VI.
Lembar Pengesahan
Mengetahui, Yogyakarta, 13 November 2016
Asisten Praktikan
Uyun Nurul A’ini Jauzia Sita
VII.
Lampiran
a. Print
screenshot Flowsheet pekerjaan
No comments:
Post a Comment