SIMULASI PROSES EVAPORASI BLACK LIQUORDALAM FALLING FILM EVAPORATOR
DENGAN ADANYA ALIRAN UDARA
Dosen Pembimbing :
JurusanJurusanJurusanJurusan TeknikTeknikTeknikTeknik KimiaKimiaKimiaKimiaFakultasFakultasFakultasFakultas TeknologiTeknologiTeknologiTeknologi IndustriIndustriIndustriIndustriInstitutInstitutInstitutInstitut TeknologiTeknologiTeknologiTeknologi SepuluhSepuluhSepuluhSepuluh NopemberNopemberNopemberNopemberSurabayaSurabayaSurabayaSurabaya2012012012011111
Dosen Pembimbing :
1. Prof. Dr. Ir. Ali Altway, MS2. Dr. Ir Susianto, DEA
Disampaikan oleh :
Kurniasri P. Dewi Lina Kurnia Putri
(2309 105 031) (2309 105 036)
Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa
Latar Belakang
Kandungannya terdiri :air, lignin, selulosa, Na2CO3, dan Na2SO4
Mengubah Na2CO3 menjadi NaOH
Black Liquor adalah produk samping dari proses industri kertas.
Mengubah Na2CO3 menjadi NaOH sehingga kembali terbentuk white liquor untuk digunakan kembali ke proses selanjutnya dengan cara pemekatan black liquor.
Pemekatan Black Liquor menimbulkan kerak dalam evaporator, sehingga digunakan Falling Film Evaporator.
Latar Belakang
Pada umumnya proses evaporasiberlangsung dalam kondisi vakum yang bertujuan untuk menurunkan suhu didih
Evaporator adalah alat yang digunakan industri kimia untuk
memekatkan suatu larutan
Falling Film Evaporator merupakan salah satu jenisevaporator dengan laju perpindahan panas yang
besar dan memiliki waktu tinggal yang relatif kecil
larutanSehingga untuk meminimalkan biaya
energi untuk operasi suatu pabrik, sebagai salah satu cara sebagai
pengganti kondisi vakum digunakanaliran gas inert (udara) Perlu adanya penelitian
(eksperimen dan simulasi) untukmemprediksi kinerjafalling film
evaporator secara tepat
Peneliti Terdahulu
Peneliti Tahun Lingkup Penelitian
Bhargava dkk 22008 Mengadakan simulasi tentang flat falling film evaporator untuk larutan black liquor.
Gallilea Tanjung danReino Arif
22009 Simulasi Falling Film Evaporator dengan Sistemlarutan Black liquor–Udara dengan menggunakankoefisien perpindahan panas dan massa dariliteratur.literatur.
Kurniawan dan Irawan 2010 Eksperimen tentang pengaruh laju alir udara dan lajualir black liquor serta arah aliran udara terhadapkoefisien perpindahan panas dan massa di dalamfalling film evaporator.
Rumusan Masalah
Permasalahan yang akanditelaah pada penelitian ini
adalah
1. Melakukan kajian teoritis kinerja fallingfilm evaporator aliran udara counter
Tujuan Penelitian
Bagaimana memprediksi
secara teoritis kinerja
falling film evaporator
dengan meninjau pengaruh
laju alir liquid (black
liquor) dan gas.
Serta melakukan fitting
parameter model yaitu
koefisien perpindahan
panas dan massa.
film evaporator aliran udara countercurrent untuk memekatkan black liquordengan pengembangan model matematis.
2. Menentukan konstanta parameter modelyaitu koefisien perpindahan massa danpanas dengan fitting parameter model.
Diagram Alir Langkah-Langkah Penelitian
Studi Literatur
Pengembangan model matematis
Pembuatan program
Fitting parameter
Simulasi dengan variabel
Interpretasi hasil
Kesimpulan
Kerterangan :
Skema Peralatan untukAliran Udara counter current
1 : Evaporator2 : tangki konsentrat3 : tangki produk4 : tangki kondensat5 : tangki umpan6 : tangkioverflow7 : kondensor8 : rotameter umpan9 : rotameter udara10 : alatpemanastangkiumpan10 : alatpemanastangkiumpan11 : alat pemanasevaporator12 : alat pemanas udara13 : pompa umpan14 : pompa produk15 : kompresor16 : distributor17 : penunjuk level18 : pipa pengambilan contoh produk19 : sight glass20 – 24 : valve* Diameter : 2,54 cm
Tinggi pipa : 2 m
Model Matematik Falling Film Evaporator
τrz r+Δr
R
r
z
1m&
R - δ
δT
W τrz r
0m&
ASUMSI • Aliran laminar, steady state.• Film liquid rata dan tebal film
seragam• Konveksi ke arah radial, konduksi ke
arah akxial pada liquid• Konduksi ke arah radial dan axial,
konveksi ke arah radial pada gas.• Properti-properti fisik dari fase
R
Skematik Falling Film EvaporatorEvaporator
• Properti-properti fisik dari fase larutan seperti densitas, kapasitas panas dan konduktivitas panas tidak bergantung temperatur
• Properti-properti fisik fase gas bergantung pada temperatur dan mengasumsikan gas ideal
Variabel Penelitian
INPUT• Laju alir larutan (100 , 130 ,
150 L/jam)
• Laju alir udara (4, 6 m3/jam)
• Pemanasan dinding (4,5 kW)
OUTPUT
• Distribusi temperatur larutan (liquid)
aksial dan radial
• Distribusi temperatur gas kearah aksial
• Distribusi konsentrasi di dalam film
liquid kearahaksialliquid kearahaksial
• Konsentrasi dalam aliran liquid keluar
Model Matematik Falling Film Evaporator
• Neraca Momentum(Laju momentum masuk) - (Laju momentum keluar) + gaya gravitasi = 0
0)()( =−+−
grdr
rdGL
rz ρρτ
Dimana τrz untuk fluida Newton maka :dr
dVzrz µτ −=
Boundary Conditions :r = R1 - δ → τrz = 0r = R1 Vz = 0
Sehinggadidapat:
-
Sehinggadidapat:
Vz= −−−
)(4
)( 22 rRgGL
µρρ
)ln)(2
)( 2
r
RR
gGL δµρρ
−−
• Neraca EnergiPada film liquida :
0=− OutputInput
∂∂
∂∂=
∂∂
r
Tr
rr
k
z
TCpV LL
LLz ρ
Boundary Conditionz = 0 TL = Tlinr = R –δ q = hG (TL - TG) + λ ky (YAS - YAG)r = R q = qwDengan menggunakan Metodefinite difference dan Metode runge kutta
Sistem Persamaan yang Harus Diselesaikan
• Neraca EnergiPada Udara
Boundary Conditionsz = L TG = TGin
Sehinggadidapat
( )0
4=
−+
∂∂
D
TTsh
z
TvCp GGG
GGGρ
• Neraca Massa Total
Boundary Conditionsz = 0 F = FinSehingga didapat
( )YYDkF −−=∂ π
Sehinggadidapat
)(4
.G
GGpG
GG TTsDVC
h
z
T −−=∂
∂ρ
( )AGASy YYDkz
F −−=∂∂ π
Hasil dan Pembahasan
Dari penelitian ini diperoleh koefisien transfer panas dan
massa sebagai berikut :
Perbandingan antara PrediksiSimulasi dengan Data Eksperimen
Pengaruh Laju Alir Larutan TerhadapDistribusi Temperatur Liquida dengan laju
alir gas 4 m3/jam
Pengaruh Laju Alir Larutan Terhadap DistribusiTemperatur Liquida bagian Interface dengan
laju alir gas 4 m3/jam
Pengaruh Laju Alir Larutan Terhadap DistribusiTemperatur liquida bagian dinding dengan laju
alir gas 4 m3/jam
Pengaruh Laju Alir Larutan Terhadap Distribusi Temperatur liquida bagian dinding denganlaju alir gas 4 m3/jam
Pengaruh Laju Alir Larutan dan Gas terhadap Distribusi Konsentrasi
dengan laju alir gas 4 m3/jam
Kesimpulan dan Saran
1. Kesimpulan
Penelitian ini mendapatkan persamaan koefisien transfer panas dan massa yaitu :
Padahasilpenelitiankonsentrasisolute keluartertinggidiperoleh15,49%ketikalajuPadahasilpenelitiankonsentrasisolute keluartertinggidiperoleh15,49%ketikalajualir larutan 100 l/jam dan laju alir gas 6 m3/jam pada konsentrasi masuk 5,92%.
Hasil prediksi dengan hg dan ky dari penelitian ini lebih dekat dengan data eksperimendengan kesalahan rata-rata 8,096%, dibandingkan dengan hasil prediksi dengan hg dankc dari literatur dengan kesalahan rata-rata sebesar 12,993%.
2. SaranMelakukan penelitian secara simulasi dengan aliran film liquid yang turbulen.
Top Related