Alat Evaporasi : Standard Vertical Tube Evaporator

Evaporasi adalah metode yang digunakan secara luas untuk memekatkan cairan encer, yang melibatkan penghilangan sejumlah air dari larutan dengan memanaskan cairan dalam suatu tangki, sebuah evaporator, dan membangkitkan uap dari pelarut ( Richardson et.al, 2002).

Dengan kata lain, evaporasi merupakan proses pemekatan larutan yang mengandung zat nonvolatile dengan cara mengusir solvent (biasanya air). Produk  berupa larutan pekat yang disebut liquor. Alat yang berfungsi untuk melakukan proses evaporasi disebut evaporator, terdiri atas bagian-bagian berikut:

1.     Heat exchanger (HE). Berfungsi memberikan panas laten penguapan kepada cairan yang masuk.

2.     Vapor space( Vapor head/ vapor disengagement). Berfungsi sebagai ruang dimana uap dan larutan terpisah.

3.     Liquid mover. Berfungsi sebagai pemindah atau penggerak cairan, biasanya berupa pompa atau secara alami dengan memanfaatkan gravitasi. (Prieve, 2001).

Secara umum, tipe evaporator berdasarkan susunannya dikategorikan dalam 3 tipe. Ketika evaporator tunggal digunakan, uap dari cairan yang dipanaskan akan dikondensasikan lalu dibuang. Metode ini disebut Single-effect evaporation, dan meskipun sederhana, metode ini kurang efektif dalam penggnuaan steam. Jika uap dari satu evaporator dimasukkan ke dalam ruang steam pada evaporator lain, dan uap dari evaporator kedua ini dikirim ke condenser, maka metode disebut Double-effect evaporation. Dengan  penambahan sejumlah evaporator, maka metode menjadi Multiple-effect evaporation. (McCabe et.al, 1993).

Berbagai alat evaporator antara lain Horizontal tube evaporator, Vertical tube evapotaor, dan Falling film evaporator. Alat evaporator yang paling banyak digunakan adalah Muliple-effect vertical tube evaporator.

Multiple-effect vertical tube evaporator adalah evaporator dengan system atau metode multiple-effect evaporation, yang berupa tangki dengan posisi heat exchanger shell and tube vertical

Bagian-bagian vertical tube evaporator (sumber: Richardson et.al, 2002)

Multiple-effect vertical tube evaporator bekerja dengan prinsip transfer panas secara konduksi. Larutan encer yang akan dipekatkan (feed) dialirkan ke dalam tube, sedangkan steam sebagai media pemanas dialirkan didalam shell. Ketika memasuki heat exchanger, larutan akan mendapatkan transfer panas laten dari steam yang mengalir di dalam tube. Sebagian pelarut akan menguap, menimbulkan gelembung (bubbles), yang pada proses ini masih tercampur didalam larutan.

Gelembung uap yang tercampur dengan larutan ini kemudian menuju vapor space, dimana terdapat baffle plate atau pelat yang berfungsi memisahkan uap dari larutan yang telah pekat (liquor). Dari sini, vapor (uap) yang terbentuk akan dikeluarkan. Pada multi-effect evaporator, uap ini akan digunakan sebagai media pemanas pengganti steam pada evaporator berikutnya. Sedangkan pada single-effect evaporator, uap akan diembunkan dan dibuang.

Sementara itu liquor kembali memasuki tube (apabila menggunakan metode sirkulasi), atau keluar sebagai larutan pekat (apabila menggunakan metode once-trough).

Cara kerja vertical tube evaporator (sumber: Prieve, 2001)

Kelebihan vertical tube dibandingkan dengan evaporator jenis lain, antara lain sebagi berikut:

1.     Pada dasarnya semua multiple-effect evaporator memiliki keuntungan termodinamik yang besar, karena pada metode ini suhu larutan tidak berubah, atau dengan kata lain perbedaan suhu antara steam dengan larutan adalah konstan di selmua tempat.

2.     Koefisien transfer panas yang lebih besar.

3.     Proses ini mampu memproduksi lebih banyak dan lebih cepat, yang berarti lebih menguntungkan dalam hal biaya.

4.     Vertical tube evaporator biasanya bekerja dengan metode once-trough tanpa sirkulasi, sehingga lebih sederhana.

5.     Dengan metode once-trough dan forward feed,  kecenderungan untuk membentuk kerusakan dalam permukaan transfer panas, yang mana merupakan fungsi dari konsentrasi dan suhu, dapat diminimalisasi.

6.     Keunikan vertical tube evaporator adalah kemampuannya untuk menggunakan tube bergalur. Inovasi ini membawa keuntungan terkait permukaan transfer panas dan shell yang melingkupinya. ( Hammond dan Sephton, 2010).

Aplikasi Multiple-effect vertical tube evaporator pada industri kimia antara lain pada industri gula. Evaporator digunakan pada proses evaporasi setelah proses liming, untuk mendapatkan larutan gula yang lebih pekat, baru kemudian memasuki crystallizer untuk dikristalkan.

Secara umum, tahap dalam proses produksi gula meliputi:

1.     Ekstraksi. Pada tahap ini tebu dihancurkan dalam penggiling putar, kemudian cairan tebu dan serat tebu dipisahkan.

2.     Pengendapan (liming). Terjadi proses pembersihan jus hasil ekstraksi dengan semacam kapur (slanked lime), untuk mengendapakan pengotor yang terkandung dalam hasil ekstraksi.

3.     Penguapan (evaporasi). Jus dikentalkan menjadi sirup dengan cara evaporasi. Pada tahap inilah vertical tube evaporator digunakan.

4.     Pendidihan (kristalisasi). Sirup kental hasil evaporasi masuk ke tangki kristalisasi untuk memperoleh kristal gula.

5.     Penyimpanan. Gula kasar disimpan dan bisa langsung digunakan, tetapi biasanya akan dilakukan proses pemurnian lebih lanjut, hingga didapat gula yang benar-benar murni. Proses pemurnian meliputi afinasi, karbonatasi, decolorization, dan pendidihan (kristalisasi).

Selain pada industri gula, alat ini juga digunakan pada pabrik garam, industri bahan kimia, industri makanan dan minuman, dan kilang minyak.