paper baru fix

SIMULASI PROSES EVAPORASI BLACK LIQUOR DALAM FALLING FILM
EVAPORATOR DENGAN ADANYA ALIRAN UDARA
Kurniasri P. Dewi (2309105031)
Lina Kurnia Putri (2309105036)
Pembimbing:
Prof.Dr.Ir.Ali Altway,MS dan Dr.Ir.Susianto,DEA
Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa
Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS
Kata kunci : simulasi, falling film, evaporator, black liquor
ABSTRAK
Falling film evaporator merupakan salah satu jenis evaporator di industri kertas untuk memekatkan black
liquor. Satu cara untuk meningkatkan kemampuan falling film evaporator adalah dengan penghembusan udara yang
bertujuan untuk menurunkan tekanan uap air, sehingga akan terjadi penurunan titik didih larutan.
Penelitian ini bertujuan melakukan analisa secara teoritis tentang fenomena perpindahan panas dan massa
pada falling film evaporator dengan sistem black liquor-udara dan menentukan model matematis serta penyelesaian
numerik untuk memprediksikan kinerja falling film evaporator dengan panjang kolom 2 m dan diameter kolom 2,54 cm.
Distribusi temperatur dan konsentrasi akhir produk didapatkan dengan melakukan pengembangan model matematis
perhitungan neraca massa dan neraca panas yang menghasilkan sistem persamaan differensial diselesaikan secara
numerik dengan metode Runge-Kutta orde 4 dan finite difference dengan menggunakan program software MATLAB.
Dalam penelitian ini dilakukan fitting parameter model yaitu koefisien perpindahan panas dan massa untuk
meminimasi error antara prediksi dan hasil eksperimen Irawan dan Kurniawan (2010) menggunakan metoda
HookeJeeves. Variabel dari penelitian ini adalah laju alir liquida yang divariasi 100 l/jam; 130 l/jam; 150 l/jam, laju
alir udara yang divariasi 4 m3/jam; 6 m3/jam dengan konsentrasi awal black liquor 5,92%.
Penelitian ini menghasilkan prediksi distribusi temperatur liquida (TL), distribusi temperatur gas (TG),
distribusi konsentrasi (%), dan konsentrasi larutan black liquor dalam aliran keluar untuk berbagai kondisi operasi.
Pada hasil penelitian konsentrasi black liquor keluar tertinggi ketika laju alir larutan 100 l/jam dan laju alir gas 6
m3/jam diperoleh 15,697 %. Dari penelitian ini diperoleh error sebesar 12,993 % antara prediksi koefisien
perpindahan panas dari literatur dengan eksperimen dan error sebesar 8,096% antara prediksi koefisien perpindahan
panas dari penelitian ini dengan eksperimen.
1. PENDAHULUAN
Falling film evaporator memiliki waktu tinggal
yang pendek, dan menggunakan gaya gravitasi untuk
mengalirkan liquida yang masuk melalui pipa. Pada
umumnya umpan masuk pada bagian atas dari kolom
melewati tube yang sudah dipanaskan dengan steam.
Selanjutnya umpan mengalir dengan membentuk pola
film yang tipis.
Beberapa peneliti telah mengkaji model teoritis
falling film dan juga mengembangkan persamaan
korelasi untuk mendapatkan koefisien perpindahan
panas dan massa,antara lain : Budhikarjono dkk (2005)
mengadakan penelitian tentang perpindahan panas dan
massa penguapan falling film campuran uap-gas
metanol-air arah berlawanan. Kurniawan dan Irawan
(2010) mengadakan eksperimen penelitian falling film
evaporator untuk campuran black liquor -udara. Chen
dan Gao (2003) mengadakan simulasi untuk
menganalisa fenomenena perpindahan sistem black
liquor dalam falling film evaporator dengan menitik
beratkan pada pembentukan kerak. Chien dkk (2005)
mengadakan penelitian tentang membandingkan data
eksperimen dengan prediksi model falling film
evaporator pada literature. Tanjung dan Arif (2009)
mengadakan penelitian tentang simulasi falling film
evaporator dengan sistem larutan black liquor – udara
dengan data koefisien perpindahan panas dan massa dari
literatur.
Pada penelitian ini digunakan sistem black
liquor-udara dalam falling film evaporator. Kajian
teoritis dilaksanakan dengan melakukkan fitting
parameter model yaitu koefisien perpindahan panas dan
massa. Hasil dari prediksi divalidasi dengan data
experimen Irawan dan Kurniawan (2010).
2. METODOLOGI PENELITIAN
Studi Literatur
Pengembangan model matematis
Pembuatan program
Fitting parameter
Simulasi dengan variabel
Interpretasi hasil
Kesimpulan
373
Qlarutan=100 L/jam
Qlarutan=130 L/jam
Qlarutan=150 L/jam
372
Temperatur liquid,Tl
3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Variabel input yang digunakan yaitu laju alir
larutan, laju alir gas (udara). Sedangkan output yang
akan dibahas yaitu distribusi temperatur larutan dan
distribusi temperatur gas, konsentrasi liquida dalam
aliran laminar dan konsentrasi akhir solut larutan black
liquor. Pada penelitian ini konstanta dari koefisien
perpindahan panas dan massa pada penguapan black
liquor dalam Falling Film Evaporator diestimasi
dengan fitting parameter model sehingga mendapatkan:
koefisien transfer panas dan massa yang
digunakan pada penelitian ini adalah :
371
370
369
368
367
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Posisi aksial,z
1.4
1.6
1.8
2
Gambar 3. Profil distribusi temperatur liquida terhadap
laju alir larutan bagian interface dengan laju alir gas
4 m3/jam pada posisi aksial.
395
Temperatur liquid,Tl
390
Gambar 1. Perbandingan antara Prediksi Simulasi
dengan Data Eksperimen.
385
380
Qlarutan=100 L/jam
Qlarutan=130 L/jam
Qlarutan=150 L/jam
375
Menunjukkan konsentrasi hasil prediksi dengan
hg dan ky dari penelitian lebih dekat dengan hasil
eksperimen denga error 8,096%.dibandingkan dengan
hg dan ky literature dengan error 12,993 %.
370
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Posisi aksial,z
1.4
1.6
1.8
Gambar 4. Profil distribusi temperatur liquida bagian
dinding terhadap laju alir larutan dengan laju alir gas
4 m3/jam pada posisi aksial.
388
386
384
Temperatur liquid,Tl
382
380
378
376
374
372
Qlarutan=100 L/jam
Qlarutan=130 L/jam
Qlarutan=150 L/jam
370
368
0.965
0.97
0.975
0.98
0.985
Posisi radial,r/R
0.99
0.995
1
Gambar 2. Profil temperatur liquida terhadap laju alir
larutan dengan laju alir gas 4 m3/jam pada posisi radial
DAFTAR PUSTAKA
Budhikarjono, Kusno. (2005). “Perpindahan Panas dan
Massa Penguapan Falling Film Campuran
Uap-Gas”, Laporan Disertasi Jurusan Teknik
Kimia, ITS. Surabaya.
Chen, F.C., & Zhiming, G. (2003). “An Analysis of
Black Liquor Falling Film Evaporation”. Oak
Ridge National Laboratory, USA.
Geankoplis, C. J. (2003). “Transport Processes and
Unit Operation”, 4th edition, Allyn and Bacon,
Inc., Boston
Hewit, G.F., Shires, G.L., & Bott, T.R. (1993) “Process
Heat Transfer”, CRC Pres, London.
Kuniawan & Irawan,. (2010). “Perpindahan Panas dan
Massa di dalam Falling Film Evaporator
Campuran Black Liquor – Udara”. Laporan
Skripsi Jurusan Teknik Kimia, ITS. Surabaya
2