ABSTRAK

Proses evaporasi adalah proses pemisahan pelarut larutan induknya dengan cara penguapan. Proses evaporasi dilakukan untuk mendapatkan larutan yang lebih pekat dari larutan encernya. Umumnya proses evaporasi didasarkan pada proses pemanasan, dimana suhulah yang menjadi patokannya. Pada percobaan zat yang akan dipekatkan adalah larutan alkohol dengan variasi konsentrasi yang secara berturut-turut yaitu 4%, 6% dan 7%. Waktu yang dibutuhkan untuk destilat pertama kali menetes tiap variasi larutan umpan diatas secara berturut-turut ialah 2.47 s, 2.21 s dan 1.52 s. Banyaknya komponen yang masuk (input) untuk konsentrasi umpan 4%, 6% dan 7% secara berturut-turut adalah 10.66 liter, 10.665 liter dan 10.67 liter sedangkan untuk komponen yang keluar secara berturut-turut adalah 10.083 liter, 9.91 liter dan 9.745 liter. Efisiensi kerja dari alat untuk setiap konsentrasi alkohol dari 4%, 6% dan 7% secara berturut-turut adalah 94.6%, 92.9% dan 91.33%.

Kata kunci: evaporasi, konsentrasi, input, output dan efisiensi kerja BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Tinjauan pustaka

Proses Evaporasi adalah proses untuk memisahkan pelarut dengan proses penguapan dari padatan ( zat terlarut ) yang tidak volatil ( tidak mudah menguap ). Inti dari proses ini adalah terjadinya perubahan fasa dari fasa cair menjadi fasa uap, suatu proses yang membutuhkan energi yang relatif besar. 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.

1.2. Dasar Teori

Penyelesaian praktis terhadap masalah evaporasi sangat ditentukan oleh karakteristik cairan yang akan dikonsentrasikan. Beberapa sifat penting dari zat cair yang dievaporasikan :

1. Konsentrasi

Walaupun cairan encer diumpankan ke dalam evaporator mungkin cukup encer sehingga beberapa sifat fisiknya sama dengan air, tetapi jika konsentrasinya meningkat, larutan itu akan makin bersifat individual. Densitas dan viskositasnya meningkat bersamaan dengan kandungan zat padatnya, hingga larutan itu menjadi jenuh, atau jika tidak, menjadi terlalu lamban sehingga tidak dapat melakukan perpindahan kalor yang memadai. Jika zat cair jenuh dididihkan terus, maka akan terjadi pembentukan kristal, dan kristal ini harus dipisahakan karena bisa menyebabkan tabung evaporator tersumbat. Titik didih larutanpun dapat meningkat dengan sangat bila kandungan zat padatnya bertambah, sehingga suhu didih larutan jenuh mungkin jauh lebih tinggi dari titik didih air pada tekanan yang sama.2. Pembentukan Busa

Beberapa bahan tertentu, lebih-lebih zat-zat organik, membusa ( foam ) pada waktu diuapkan. Busa yang stabil akan ikut keluar evaporator bersama uap, dan menyebabkan banyaknya bahan yang terbawa-ikut. Dalam hal-hal yang ekstrem, keseluruhan massa zat cair itu mungkin meluap ke dalam saluran uap keluar dan terbuang.

3. Kepekaan Terhadap SuhuBeberapa bahan kimia berharga, bahan kimia farmasi dan bahan makanan dapat rusak bila dipanaskan pada suhu sedang selama waktu yang singkat saja. Dalam mengkonsentrasikan bahan-bahan seperti itu diperlukan teknik khusus untuk mengurangi suhu zat cair dan menurunkan waktu pemanasan.

4. KerakBeberapa larutan tertentu menyebabkan kerak pada permukaan pemanasan. Hal ini menyebabkan koefisien menyeluruh makin lama makin berkurang, sampai akhirnya operasi evaporator terpaksa dihentikan untuk membersihkannya. Bila kerak itu keras dan tak dapat larut, pembersihan itu tidak mudah dan memakan biaya.

5. Bahan Konstruksi

Bilamana mungkin, evaporator itu dibuat dari baja. Akan tetapi, banyak larutan yang merusak bahan-bahan besi, atau menjadi terkontaminasi oleh bahan itu. Karena itu digunakan juga bahan-bahan kondtruksi khusus, seperti tembaga, nikel, baja tahan karat, aluminium, grafit tak tembus dan timbal. Oleh karena bahan-bahan ini relatif mahal, maka laju perpindahan kalor harus harus tinggi agar dapat menurunkan biaya pokok peralatan.

Oleh karena adanya variasi dalam sifat-sifat zat cair, maka dikembangkanlah berbagai jenis rancang evaporator. Evaporator mana yang dipilih untuk suatu masalah tertentu bergantung terutama pada karakteristik zat cair itu.

Ada dua metode pada evaporator yaitu :1. Operasi efek Tunggal ( single-effect evaporation )Hanya menggunakan satu evaporator dimana uap dari zat cair yang mendidih dikondensasikan dan dibuang. Walaupun sederhana, nemun proses ini tidak efektif dalam penggunaan uap.

2. Operasi Efek Berganda ( multiple-effect evaporation )Metode yang umum digunakan untuk meningkatkan evaporasi perpon uap dengan menggunakan sederetan evaporator antara penyediaan uap dan kondensor. Jika uap dari satu evaporator dimasukkan ke dalam rongga uap ( steam chest ) evaporator kedua, dan uap dari evaporator kedua dimasukkan ke dalam kondensor, maka operasi itu akan menjadi efek dua kali atau efek dua ( doubble-effect ). Kalor dari uap yang semula digunakan lagi dalm efek yang kedua dan evaporasi yang didapatkan oleh satu satuan massa uap yang diumpankan ke

dalam efek pertama menjadi hampir lipat dua. Efek ini dapat ditambah lagi dengan cara yang sama.

Untuk bisa memahami proses evaporasi ini, maka diperlukan pengetahuan dasar tentang neraca massa dan neraca energi untuk proses dengan perubahan fasa. Salah satu alat yang menggunakan prinsip ini adalah alat pembuat aquades ( auto still ). Pada pembuatan aquades ini, air ( pelarut ) dipisahkan dengan dari padatan pengotornya ( Padatan pengotor tidak volatil ) dengan proses penguapan. Pada praktikum ini penekanannya pada pengguaan neraca massa dan neraca energi untuk mengetahui performance dari suatu unit operasi, dan mendapatkan kondisi optimal proses.

Neraca Massa ( keadaan steady ) adalah

Kecepatan massa masuk Kecepatan massa keluar = 0

Neraca Energi ( keadaan steady ) adalah

Kecepatan panas masuk Kecepatan panas keluar = 0

Entalpi ( H )Isi panas dari satu satuan massa bahan dibandingkan dengan isi panas dari bahan tersebut pada suhu referensinya.Entalpi Cair pada suhu T ( hl pada T )

Hl = Panas Sensibel

= Cp1( T TR )

Entalpi Uap pada suhu T ( HV pada T )

HV = Panas Sensibel Cair Panas Laten (Panas Penguapan) + Panas Sensibel uap

= Cp1 ( Tb TR ) . CpV ( T Tb )

hl = entalpi spesifik keadaan cair

HV = entalpi spesifik keadan uap

Cp1= kapasitas panas bahan dalam keadan cair , untuk air =

CpV = kapasitas panas bahan dalam keadan uap , untuk uap air

suhu menengah =

T= suhu bahan dalam ( C )

TR= suhu referensi, pada steam table digunakan 0 C

Tb= titik didih bahan ( C )

= panas laten / panas penguapan bahan, untuk air pada suhu 100 C = 2260,16

Neraca Massa Total Keadaan Steady State

Kecepatan Massa Masuk = Kecepatan Massa Keluar

FT = O + D ( 1 )

Neraca Energi Total Keadaan Steady State

Kecepatan Panas Masuk = Kecepatan Panas Keluar

Panas dibawa pendingin + Panas dari Heater = Panas dibawa Over Flow + Panas dibawa Distilat Panas hilang ke lingkungan.

FT . Cp1 ( TFT TR ) + Q = O . Cp1 ( TO TR ) + D . Cp1 ( TD TR ) + Qloss ( 2 )Neraca Energi di Pendingin

Panas dibawa air pendingin masuk + Panas dibawa uap masuk = Panas dibawa Distilat keluar + Panas dibawa air pendingin keluar.

FT . Cp1 ( TFT TR ) + V. HV = D . Cp1 ( TD TR ) + ( O + FB ) . Cp1 . ( TO TR )

Karena FB = V = D

O + FB = O + D = FT

FT . Cp1 ( TFT TR ) + V. HV = D . Cp1 ( TD TR ) + FT. Cp1 . ( TO TR ) ..( 3 ) Neraca Energi di Boiler

Panas dari Heater = Panas dibawa Uap + Panas hilang ke lingkungan

Q = V . HV + Qloss, karena V = D, maka

Q = D . HV + Qloss ..( 4 )

HV = Cp1 . ( Tb TR ) + + CpV . ( T Tb ), karena T = Tb = 100 C

HV = Cp1 . ( 100 TR ) + .( 5 )

Faktor-faktor yang mempercepat proses evaporasi :

Suhu; walaupun cairan bisa evaporasi di bawah suhu titik didihnya, namun prosesnya akan cepat terjadi ketika suhu di sekeliling lebih tinggi. Hal ini terjadi karena evaporasi menyerap kalor laten dari sekelilingnya. Dengan demikian, semakin hangat

1. suhu sekeliling semakin banyak jumlah kalor yang terserap untuk mempercepat evaporasi.

2. Kelembapan udara; jika kelembapan udara kurang, berarti udara sekitar kering. Semakin kering udara (sedikitnya kandungan uap air di dalam udara) semakin cepat evaporasi terjadi. Contohnya, tetesan air yang berada di kepingan gelas di ruang terbuka lebih cepat terevaporasi lebih cepat daripada tetesan air di dalam botol gelas. Hal ini menjelaskan mengapa pakaian lebih cepat kering di daerah kelembapan udaranya rendah.

3. Tekanan; semakin besar tekanan yang dialami semakin lambat evaporasi terjadi. Pada tetesan air yang berada di gelas botol yang udaranya telah dikosongkan (tekanan udara berkurang), maka akan cepat terevaporasi.

4. Gerakan udara; pakaian akan lebih cepat kering ketika berada di ruang yang sirkulasi udara atau angin lancar karena membantu pergerakan molekul air. Hal ini sama saja dengan mengurangi kelembapan udara.

5. Sifat cairan; cairan dengan titik didih yang rendah terevaporasi lebih cepat daripada cairan yang titik didihnya besar. Contoh, raksa dengan titik didih 357C lebih susah terevapporasi daripada eter yang titik didihnya 35C.1.3. Tujuan Percobaan Menyusun neraca massa pada unit evaporator. Menghitung rugi panas ( heat loss ). Menyusun neraca massa perbagian dari unit pembuatan aquadest,dan dapat menghitung dan menentukan debit dan suhu setiap arus masuk dan keluar unit dari variable operasi yang diketahui.

Menentukan kondisi optimal proses.

BAB IIMETODOLOGI PERCOBAAN2.1. Bahan

Air keran, aquadest, 500 ml alkohol 4%,6% dan7%.2.2. Alat

Alkoholmeter, beaker gelas 500 ml, gelas ukur 100 ml, pipet tetes, dan alat rotary vacuum evaporator.Skema alat :

Gambar 1. Rotary vacuum Evaporator

Keterangan Gambar :

1. Selang air masuk

5. Kondensor2. Selang air keluar

6. Labu destilat3. Selang vakum

7. Labu sampel4. Pompa Vakum

8. Heater (pemanas) 2.3 Prosedur Percobaan Adapun prosedur percobaan neraca massa pada unit evaporasi ini adalah :

a. Alat dirangkai sesuai dengan gambar skema alat.

b. Kecepatan alir air pendingin diatur dengan memutar kran sehingga didapatkan debit alir air pendinginnya 500 ml/menit.

c. Alkohol 4% sebanyak 500 ml dibuat dengan menggunakan alcohol yang tersedia di laboratorium.

d. Alkohol 6% sebanyak 500 ml dibuat dengan menggunakan alcohol yang tersedia di laboratorium.

e. Alkohol 7% sebanyak 500 ml dibuat dengan menggunakan alcohol yang tersedia di laboratorium.

f. Alkohol 4% sebanyak 500 ml tersebut dimasukkan kedalam boiler.

g. Suhu diatur sebesar 80oC dari boiler.h. Waktu dicatat saat pertama kali destilat menetes dan saat tidak ada lagi destilat yang menetes. Perhitungan waktu dimulai saat pemanas mulai dihidupkan.i. Debit dari air pendingin yang keluar juga dicatat tiap 5 menit dalam proses dimulai dari waktu pertama kali destilat menetes. j. Prosedur percobaan diatas diulangi untuk konsentrasi alcohol 6% dan 7% ke dalam boiler.5

1

7

2

4

3

6

8