Evap kel 10

Data dan Pengolahan Data Sirkulasi PaksaData:

mmHgMenitmmmoCoCoCoClb/in2mL/2menitl/hrl/hrl/hr

P1 (mmHg)waktu (t)L1L2L3T3T5T6T7T8P2 (P. gauge) - barQcF2F3

13.33223900.0260.0970977383979092201020

20.0260.130.065967385989395101020

40.0250.1370.079977486989398201020

60.0240.150.0969773859893911001020

80.0240.1580.1039872869894913801020

26.66447800.0230.1880.135947585939162001024

20.02250.2040.144947484948865001024

40.0220.2130.16947384948867801024

60.02180.2250.1719470829489610801022

80.02160.2350.1849368829489613001022

39.99671700.020.2550.20488748289863.52001022

20.01990.2680.21587738189863.54801024

40.01960.260.224877281898538001024

60.0190.2920.2358865788985310801022

80.01840.3050.2458871818985311601022

Pengolahan DataPercobaan 1 : Variasi Laju Evaporasi dengan Tekanan SistemTujuan: Mengamati dan mengukur variasi laju evaporasi air dengan perubahan tekanan.Diketahui:F2 = 15 lt/hr, F1 = 600 lt/hrLangkah Perhitungan:1) Ubah satuan tekanan menjadi kPa, ini dilakukan untuk mempermudah penglihatan steam table. Contoh: P = 0,7 bar x 100 (kPa/bar) = 70 kPa2) Ubah satuan panjang dari millimeter menjadi meter3) Menghitung tekanan steam rata-rata (P2) dan setelah itu mencari temperature steam (Ts, Celcius) pada tekanan tersebut dengan menggunakan steam table4) Menghitung titik didih (T7) rata-rata5) Menghitung perbedaan tekanan temperature (Ts = Ts T7rata-rata)6) Membuat plot level tangki kondensat dan waktu dan menentukan slope (S2).7) Menghitung laju penguapan rata-rata (E) dengan rumus: E = 9 x S2 x C2 dimana C2 adalah factor kalibrasi untuk tangki kondensat sebesar 17.6 kg/m8) Melakukan penghitungan untuk variasi tekanan 0 mmHg, 100 mmHg, dan 200 mmHg untuk sirkulasi alamiah dan sirkulasi paksa.

Hasil Perhitungan1. P1 = 100 mmHgP1tP2P2T7L2L2TsTs

mmHgMenitlb/in2kPaoCmmmoCoC

100096297970,09780,4712,73

2962981080,10880,4712,73

4962981200,1280,1113,09

6962981300,1380,1113,09

8962981450,14580,4712,73

Avg96297.880,32612,874

S2C2E

Slopekg/mkg/menit

0,00717,61,109

2. P1 = 200 mmHg

P1tP2P2T7L2L2TsTs


2000641971300,1392,137,07

2641981450,14590,598,61

4641981550,15590,598,61

6641981650,16590,089,12

8641981700,1790,089,12

Avg64197.890,6948,506

S2C2E

Slopekg/mkg/menit

0,00517,60,792

3. P1 = 300 mmHgP1tP2P2T7L2L2TsTs


30003.524971300,1392,137,07

23.524981450,14590,598,61

4321981550,15590,598,61

6321981650,16590,089,12

8321981700,1790,089,12

Avg3.22297.890,6948,506

S2C2E

Slopekg/mkg/menit

0,00517,60,792

4. Grafik Perbandingan P1 =100 mmHg, 200 mmHg dan 300 mmHg

5. Membuat Plot log E vs log Te dari tiga data diatasELog EdTLog dT

0,9504-0,022096,8340,834675

0,792-0,101278,5060,929725

0,792-0,1012712,8741,109714

6. Membuat Plot E vs P1 untuk Sirkulasi PaksaEP1

0,9504100

0,792200

0,792300

Percobaan 2 : Variasi Laju Sirkulasi dan Evaporasi dgn Perbedaan TemperaturDiketahui: F2 = 15 lt/hr, F1 = 600 lt/hrLangkah Perhitungan:1) Ubah satuan tekanan menjadi kPa, ini dilakukan untuk mempermudah penglihatan steam table. Contoh: P = 1.55 bar x 100 (kPa/bar) = 155 kPa2) Ubah satuan panjang dari millimeter menjadi meter3) Menghitung tekanan steam rata-rata (P2) dan setelah itu mencari temperature steam (Ts, Celcius) pada tekanan tersebut dengan menggunakan steam table4) Menghitung titik didih (T7) rata-rata5) Menghitung perbedaan tekanan temperature (Ts = Ts T7rata-rata)6) Menghitung feed rata-rata dan laju sirkulasi (F3)7) Menghitung rasio sirkulasi R dengan rumus:

8) Membuat plot antara level kondensat (L2) dan waktu (t) dan menemukan slope S29) Menghitung laju penguapan rata-rata (E) dengan rumus: E = 9 x S2 x C2 dimana C2 adalah factor kalibrasi untuk tangki kondensat sebesar 17.6 kg/m10) Melakukan langkah penghitungan diatas untuk variasi tekanan 0 mmHg, 100 mmHg, dan 200 mmHg pada sirkulasi alamiah dan paksa.

Hasil Perhitungan1. P1 = 100 mmHgP1tP2P2F2F3T7L2L2TsTsR

mmHgMenitlb/in2kPal/hrl/hroCmmmoCoC

1000962155991300,1385.17,070,333333

2962155991450,14585.18,610,333333

49621551001550,15585.18,610,333333

6962155991650,16585.19,120,333333

8962155991700,1785.19,120,333333

Average96299,2858,506

S2C2E

Slopekg/mkg/menit

0,00617,60,9504

2. P1 = 200 mmHgP1tP2P2F2F3T7L2L2TsTsR


20003.524155991300,1392,137,070,333333

23.524155991450,14590,598,610,333333

43211551001550,15590,598,610,333333

6321155991650,16590,089,120,333333

8321155991700,1790,089,120,333333

Average3.22299,290,6948,506

S2C2E

Slopekg/mkg/menit

0,00517,60,792

3. P1 = 300 mmHgP1tP2P2F2F3T7L2L2TsTsR


300064115590970,09780,4712,730,333333

2641155941080,10880,4712,730,333333

4641155941200,1280,1113,090,333333

6641155941300,1380,1113,090,333333

8641155941450,14580,4712,730,333333

Average6,96479,89293,280,32612,874

4. Membuat Plot log E vs log Te dari tiga data diatasELog EdTLog dT

0,9504-0,022096,8340,834675

0,792-0,101278,5060,929725

0,792-0,1012712,8741,109714

5. Menghitung nilai UUntuk menghitung nilai U dapat menggunakan persamaan:

Dari grafk log E vs log Te didapatkan slope (yaitu = n+1) -0,25. Maka, n = -1,25

Percobaan 3 Evaporator : Membandingkan Keekonomisan untuk Sirkulasi Alamiah dan Sirkulasi PaksaTujuan percobaan adalah untuk menentukan dan membandingkan keekonomisan (massa air yang terevaporasi/ massa air yang terkondensasi) pada operasi sirkulasi alamiah dan paksa.Diketahui:F2 = 15 lt/hr, F1 = 60 lt/hrLangkah perhitungan:1. Menghitung tekanan rata-rata steam dan system (P2, P1), titik didih rata-rata (T7), laju alir rata-rata masukan dan sirkulasi (F2, F3).2. Menghitung rasio sirkulasi rata-rata (R) , yaitu:

3. Menghitung jumlah air yang terevaporasi dari perubahan level pada tangki kondensat L2. , dengan nilai C2 = 17.6 kg/m.4. Menghitung Q (jumlah total kondensat yang terkumpul) dengan menggunakan persamaan volume yang ditempati air dalam tangki kondensat dikalikan massa jenisnya.

dimana dL2 adalah selisih antara ketinggian awal tangki dan ketinggian akhir tangki di kondensat. Nilai Q (kg/menit) yang diambil adalah pada saat t =12 menit.5. Menghitung keekonomisan, Ec yaitu:

Hasil Perhitungan1. P1 = 0 mmHgP1tL2L2delta T7TsQcQF2F3

mmHgMenitmmmL2oCoCmL/menitkg/menitl/hrl/hr

001000,10,04810093,7300155

21100,1110193,271500,15155

41250,12510194,432800,28155

61350,13510194,434000,4155

81480,14810193,975000,5155

2. P1 = 100 mmHgP1tL2L2delta T7TsQcQF2F3


10001300,130,049992,13750,075155

21450,1459990,592150,215155

41550,15510090,593450,345155

61650,1659990,084900,49155

81700,179990,085950,595155

3. P1 = 200 mmHgP1tL2L2delta T7TsQcQF2F3


2000970,0970,0489080,4700155

21080,1089480,471850,185155

41200,129480,113150,315155

61300,139480,114450,445155

81450,1459480,476250,625155

4. Membuat Plot Ec vs PP1Qdelta WEc

mmHgkg/menitL2kg/menit

00,50,0480,84481,6896

1000,5950,040,7041,183193

2000,6250,0480,84481,35168

Percobaan 4 Evaporator : Menghitung Neraca Energi untuk Sirkulasi Alamiah dan PaksaDiketahui:F2 = 15 lt/hr, F1 = 600 lt/hrLangkah perhitungan:1) Mencari entalpi (kJ/kg) masukan dari steam table. hf pada fungsi temperatur (T5), Hs pada fungsi tekanan (P2), He pada fungsi temperatur (T3), hc pada fungsi temperatur (T8), dan hs pada fungsi tekanan (P2).2) Menghitung perubahan level pada tangki masukan, kondensat, dan konsentrat (L1, L2, L3). Q = jumlah total kondensat yang terkumpul3) Menghitung massa air umpan, air yang terevaporasi dan konsentrat (WF, WE, WC) dengan rumus:

, , dan Dengan: C1 = 110; C2 = 17.6, dan C3 = 17.6Dimana C1, C2, C3 adalah konstanta kalibrasi masing-masing tangki.4)

Menghitung neraca massa dan neraca energi dimana :WF = massa air masukan ke evaporator (kg)WE = massa air terevaporasi (kg)WC= massa air konsentrat (kg)Q = massa steam terkondensasi (kg)hF = entalpi umpan pada T5 (kJ/kg)hC= entalpi konsentrat pada T8 (kJ/kg) HS = entalpi steam masuk jaket evaporator pada P2 (kJ/kg)hS = entalpi kondensat keluar dari jaket evaporator (kJ/kg) hE = entalpi uap air keluar evaporator pada T3, P1 (kJ/kg)5) Menghitung kesalahan relatifKesalahan Relatif Mass Balance:

Kesalahan Relatif Energy Balance:

Hasil Perhitungan1. P1 = 0 mmHgP1tT3T5T7T8P2

mmHgMenitoCoCoCoClb/in2

0099741008111,7

295751018811,5

4101751019112

699661019012

899711019011,8

Average98,672,2100,88811,8

2. P1 = 100 mmHgP1tT3T5T7T8P2


10009866999011

29871999010,4

499761009010,4

69875999010,2

89872999010,2

Average98,27299,29010,44

3. P1 = 200 mmHgP1tT3T5T7T8P2


2000927490907

2921394867

4936694846,9

6937494846,9

8937494837

Average92,660,293,285,46,96

4. Menghitung Entalpi dari Steam Table Sumber: Introduction to Chemical Engineering, 6th Edition J.Smith et alP1T3T5T8P2LiquidSteamSteamLiquidLiquid

mmHgoCoCoCkPaHf T5Hs P2he T3hc T8hs P2

098,672,28881,361302,222666,552673,8368,5393,67

10098,2729071,9838301,42661,22673,2376,9379,8

20092,660,285,447,9892251,942644,332664,36357,58336,29

P1delta delta delta WFWEWC

mmHgL1L2L3kgkgkg

00,00180,0480,0770,1980,84481,3552

1000,00280,020,0780,3080,3521,3728

2000,0030,020,0750,330,3521,32

P1WFWEWCLiquidSteamSteamLiquidLiquidQ

mmHgkgkgkgHf T5Hs P2he T3hc T8hs P2kg/menit

00,1980,84481,3552302,222666,552673,8368,5393,670,5

1000,3080,3521,3728301,42661,22673,2376,9379,80,595

2000,330,3521,32251,942644,332664,36357,58336,290,625

5. Menghitung Kesalahan RelatifP1KR KR % KR% KR

mmHgMassaEnergiMassaEnergi

010,111111390,9931011,111139099,3

1004,61675,24460167524

2004,0666671734,913406,6667173491,3

Analisa Hasil Sirkulasi PaksaPercobaan 1 : Variasi Laju Evaporasi dengan Tekanan SistemBerdasarkan grafik hubungan antara laju evaporasi dengan tekanan sistem, dapat diamati bahwa terdapat kecenderungan penurunan laju evaporasi ketika dilakukan peningkatan tekanan. Hal ini disebabkan semakin tinggi tekanan system, maka konsentrasi air dalam fasa gas semakin semakin besar, mendekati kondisi kesetimbangan uap-cair. Akibatnya semakin sulit air akan terevaporasi. Penurunan tekanan akan menurunkan kerja steam untuk mentransfer panas. Hal ini dapat diamati dari suhu keluar steam (TS) akan lebih tinggi pada tekanan system (P1) yang rendah dibanding TS pada P1 yang lebih tinggi. Suhu keluar steam yang tinggi menunjukkan bahwa steam hanya mentransfer sedikit energi pada tube evaporator.Percobaan 2 : Variasi Laju Sirkulasi dan Evaporasi dgn Perbedaan TemperaturBerdasarkan grafik hubungan antara laju evaporasi (E) dengan perbedaan suhu system dengan steam (TE). Grafik tersebut menunjukkan bahwa semakin besar perbedaan suhu maka semakin besar pula laju evaporasi. Semakin besar perbedaan suhu, maka semakin besar energi panas yang ditransfer oleh steam. Tentunya ini akan berdampak pada peningkatan laju evaporasi. Hal ini sesuai dengan teori yang dicerminkan oleh persamaan berikut:

Secara teoritis, laju evaporasi pada sirkulasi paksa akan lebih besar karena sirkulasi paksa memberikan asupan kalor tambahan pada sistem melalui sirkulasi cairan jenuh (konsentrat) yang merupakan hasil pemisahan dari uap dari kolom evaporasi. Sirkulasi ini memiliki suhu yang lebih tinggi daripada feed. Dengan kalor yang dibawa oleh sirkulasi tersebut, evaporasi akan semakin cepat.

Percobaan 3 Evaporator : Membandingkan Keekonomisan untuk Sirkulasi Alamiah dan Sirkulasi PaksaPercobaan ini digunakan untuk menentukan ekonomi evaporator sirkulasi alamiah dan sirkulasi paksa. Faktor utama yang mempengaruhi ekonomi sistem evaporator adalah banyaknya efek. Namun, dalam percobaan ini hanya digunakan evaporator satu efek, baik untuk sirkulasi alamiah maupun sirkulasi paksa. Ekonomi evaporator juga dipengaruhi suhu umpan (dalam percobaan ini T5). Jika suhu umpan lebih rendah dari titik didih di dalam efek pertama, maka entalpi penguapan pemanas sebagian akan digunakan untuk beban pemanasan tersebut, dan hanya sebagian yang tersisa untuk evaporasi. Dalam percobaan ini, suhu umpan lebih rendah dari titik didih, sehingga sebagian entalpi steam akan digunakan untuk beban pemanasan tersebut. Dari pengolahan data yang telah dilakukan, dapat dilihat bahwa ekonomi evaporator semakin lama semakin besar seiring denga pertambahan waktu, hal ini berlaku baik bagi sirkulasi alamiah maupun sirkulasi paksa. Hal ini disebabkan karena semakin lama suhu umpan semakin tinggi, sehingga entalpi penguapan semakin lama semakin banyak yang benar-benar digunakan untuk evaporasi. Secara teoritis aliran paksa akan memberikan nilai EC yang lebih besar. Untuk aliran paksa keekonomisan meningkat seiring kenaikan tekanan sistem. Pada data hasil percobaan kami tidak menemukan gejala ini. Hal ini akan dibahas pada bagian kesalahan.

Untuk kondisi ideal, dimana tidak ada kehilangan panas ke lingkungan, maka setiap kg steam yang tekondensasi akan meng-evaporasi 1 kg air, dengan nilai ekonomi evaporator = 1. Namun, dalam kenyataan, ada panas yang hilang, sehingga nilai ekonomi evaporator selalu pada evaporator satu efek ini.

Percobaan 4 Evaporator : Menghitung Neraca Energi untuk Sirkulasi Alamiah dan PaksaPercobaan ini didasari teori bahwa jumlah air di feed sama dengan jumlah air kondensat dan jumlah air di konsentrat. Hal ini ditunjukkan dengan neraca massa :

dan neraca energi :

Namun, hasil yang didapat dalam percobaan tidak sepenuhnya sesuai dengan neraca massa dan energi di atas, tetapi terjadi penyimpangan yang ditunjukkan dengan kesalahan relatif yang sangat besar. Untuk sirkulasi paksa nilai kesalahan relatif untuk neraca energi lebih besar dibandingkan dengan neraca massa. Dari hasil perhitungan didapatkan hasil sebagai berikut:

Sistem paksaP = 0

P = 100 mmHg

P = 200 mmHg

Dari keseluruhan hasil perhitungan dapat dilihat bahwa neraca massa dan neraca energi tidak berlaku. Hal ini disebabkan kondisi sistem yang tidak steady lagi. Sementara persamaan yang digunakan adalah persamaan untuk kondisi sistem yang steady. Oleh karena itu, persamaan tersebut tidak dapat dipakai untuk menentukan neraca massa dan energi dalam sistem.

Evap kel 10

Documents

Transcript of Evap kel 10