Evaporasi

Evaporasi atau penguapan adalah penghilangan pelarut sebagai uap dari sebuah larutan atau slurry. Mayoritas sistem penguapan, pelarutnya berupa air. Tujuan evaporasi adalah untuk menghasilkan larutan berkonsentrasi maka uap bukanlah produk yang diinginkan. Oleh karena itu, penguapan biasanya diperoleh dari proses penguapan sebagian pelarut sebagai uap dan menghasilkan larutan berkonsentrasi atau kental.

Evaporator pada stasiun evaporasi yang digunakan di pabrik gula biasanya memiliki delapan evaporator bertipe short vertical tube atau calandria atau lebih sering disebut evaporator Robert, namun dioperasikan dengan sistem quintuple effect dimana lima vessel bekerja secara seri. Larutan yang akan diuapkan didalam evaporator Robert adalah nira jernih hasil proses pemurnian. Larutan ini mengandung sukrosa dan zat pengotor yang terlarut didalam air. Proses evaporasi disini bertujuan untuk menghilangkan kadar air sebanyak-banyaknya yang terdapat dalam nira. Setelah air dalam nira terevaporasi maka nira akan terkonsentrasi, kondisi ini kemudian akan mendekati titik jenuhnya dimana titik kristal akan mulai muncul dalam cairan.

Konsentrasi larutan hanya akan menyisakan larutan induk dan kristal gula yang mulai muncul. Campuran dari kristal padat dan larutan induk yang kental ini disebut massecuite. Proses konsentrasi dibagi menjadi dua fase, yaitu:

1. Evaporasi, dimana nira jernih (juice) diproses menjadi nira kental (syrup).
2. Sugar boiling, dimulai sebelum tahap dimana kristal gula mulai muncul.

Nira kental yang dihasilkan masih mengandung zat pengotor yang tersisa di larutan induk. Zat ini akan dipisahkan dari kristal gula beserta larutan induk yang tersisa dalam LGF (Low Grade Fugal) atau HGF (High Grade Fugal) sesuai dengan gula yang dihasilkan.

Pengertian Evaporator

Evaporator sangat umum digunakan dalam dunia industri. Evaporator merupakan suatu alat yang digunakan untuk proses evaporasi. Pada industri gula manfaat dari alat ini yaitu untuk mengentalkan nira sebelum diolah lebih lanjut dan untuk menurunkan aktivitas air. Evaporator memiliki dua prinsip dasar yaitu untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap air yang terlarut dalam cairan.

Pada umumnya evaporator terdiri dari tiga bagian yaitu:

• Tempat penukar panas
  • Bagian evaporasi (tempat dimana liquid mendidih lalu menguap)
  • Bagian pemisah untuk memisahkan uap dari cairan

Tipe evaporator berdasarkan cara pemanasan dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:

1. Direct Fired Evaporator

Direct fired evaporator merupkan jenis evaporator dengan cara pengapian langsung dimana api dan pembakar gas dipisahkan dari cairan mendidih dengan pembatas dinding besi atau permukaan untuk memanaskan.

• Submerged Combution Evaporator

Submerged combustion evaporator merupakan evaporator yang dipanaskan oleh api yang menyala dibawah permukaan cairan, dimana gas yang panas bergelembung melewati cairan.

• Steam Heated Evaporator

Steam heated evaporator merupakan evaporator yang menggunakan pemanas steam atau uap lain yang dapat dikondensasi, sumber panas dimana uap terkondensasai pada suatu sisi di permukaan pemanas dan kemudian panas ditransmisi lewat dinding ke cairan yang mendidih.

Pabrik gula menggunakan jenis steam heated evaporator untuk cara pemanasannya. Uap yang digunakan merupakan uap bekas dari turbin yang mengalir pada sisi shell. Uap tersebut akan memanaskan nira yang ada didalam tube sehingga kandungan air didalam nira akan teruapkan sedangkan uap bekas terkondensasi dan keluar sebagai kondensat.

Prinsip Kerja Evaporator

Prinsip kerja evaporator yaitu dengan menambahkan kalor atau panas yang bertujuan untuk memekatkan suatu larutan. Larutan tersebut terdiri dari pelarut yang memiliki titik didih rendah dan zat terlarut yang memiliki titik didih tinggi sehingga pelarut akan menguap dan hanya menyisakan larutan yang lebih pekat dan memiliki konsentrasi yang tinggi. Proses evaporasi memiliki ketentuan, yaitu:

• Pemekatan larutan didasarkan pada perbedaan titik didih antar zat-zatnya.
  • titik didih cairan dipengaruhi oleh tekanan.
  • dijalankan pada suhu yang lebih rendah dari titik didih normal.
  • titik didih cairan yang mengandung zat yang tidak menguap tergantung pada tekanan dan kadar zat tersebut.
  • Beda titik didih larutan dengan titik didih cairan murni disebut kenaikan titik didih atau boiling point elevation (BPE).

Evaporator Robert

Evaporator Robert seperti pada gambar termasuk short-tube vertical evaporator atau disebut juga evaporator calandria. Evaporator ini terdiri dari tube vertikal dan horizontal sheets melewati shell. Uap pemanas beredar mengelilingi keliling tube sedangkan nira yang akan menguap berada di dalam tube.

Nira dan uap masuk ke evaporator Robert melalui nozzle yang terdapat dibagian bawah dan melalui ruang dibawah lower tube sheet. Conical flange ditempatkan dibagian bawah untuk pendistribusian nira yang lebih baik ke sekeliling tube pemanas. Uap mengalir ke calandria melalui satu atau lebih inlet. Untuk memfasilitasi akses uap ke bagian-bagian calandria maka jalur uap biasanya dibagi diantara tube seperti pada gambar dibawah ini

Prinsip kerja evaporator ini berdasarkan sirkulasi natural dari nira dalam tube calandria yang terpasang dibagian bawah vertikal vessel. Jalur sirkulasi terdiri dari sebuah tube berdiameter besar yang terletak ditengah calandria dimana nira tidak terpanaskan, dan tube-tube berdiameter kecil dimana panas dipindahkan dari uap ke nira dan kemudian uap pemanas terkondensasi. Panas yang diberikan ke dinding tube akan mengakibatkan nira mulai mendidih, gelembung uap menurunkan densitasnya dibawah nira yang ada di tabung sirkulasi, hal ini menyebabkan adanya buoyancy force didalam kolom tube nira.

Campuran nira yang mendidih dan uap akan terangkat sampai diatas upper tube-sheet. Komponen dari campuran ini akan terpisahkan oleh gaya gravitasi dimana nira akan mengalir keluar melalui central tube yang berada di tengah calandria kemudian menuju tube sirkulasi dibawah lower tube sheet dan uap akan keluar dari bagian atas evaporator Robert. Siklus ini merupakan siklus sirkulasi secara lengkap yang terjadi didalam evaporator Robert. Pemanasan secara intensif akan meningkatkan sirkulasi dan perpindahan panas.

Single-effect evaporator, dalam bentuk yang paling sederhana akan menjadi bejana tekanan tertutup yang dibagi menjadi dua bagian. Satu bagian terhubung ke sumber uap dan yang lainnya sebagian diisi dengan cairan (nira).

Jika uap berada pada suhu yang lebih tinggi dari titik didih cairan (nira) di bagian dalam, maka dua hal akan terjadi:

1. Uap akan terkondensasi dan akan mentransfer panas ke nira.
2. Nira akan mendidih dan air kemudian akan menguap menjadi uap air.

Multiple Effect Evaporation

Kemajuan yang paling penting dalam sejarah pembuatan gula adalah penemuan multiple effect penguapan, dibuat sekitar tahun 1830 di Louisiana oleh Norbert Rillieux. Penemuan ini merupakan langkah penghematan energi dimana Rillieux menggunakan uap hasil penguapan badan pertama sebagai uap pemanas badan berikutnya.

Penguapan biasa dengan pemanasan oleh uap dalam vessel tunggal disebut evaporasi single effect. Jika uap dari nira pada wadah ini daimbil untuk pemanasan wadah kedua maka disebut double effect. Dengan cara yang sama dengan menggunakan tiga wadah maka disebut triple effect. Seterusnya disebut quadruple, quintuple dan sextuple.

Uap bekas turbin akan masuk ke shell calandria dan terkondensasi menjadi kondensat yang kemudian keluar melalui bagian bawah calandria. Pabrik Gula memanfaatkan kondensat dari badan satu dan dua untuk dijadikan air umpan ketel, sedangkan kondensat dari badan lain digunakan untuk air imbibisi perasan tebu.

Bleeding

Awalnya, untuk kesederhanaan, semua vessel dari multiple-effect dibuat dengan ukuran yang sama dan masing- masing uap yang dihasilkan hanya untuk uap pemanas vessel berikutnya. Namun, walaupun vessel memiliki ukuran yang sama, kuantitas uap tertentu mungkin diambil dari masing-masing vessel untuk digunakan pada heater. Operasi ini merupakan yang paling menguntungkan dari sudut heat economy. Jika pada heater atau vacuum pan, pemanasan dengan uap bekas diganti dengan uap dari nira yang diambil dari salah satu vessel multiple-effect, maka penghematan panas akan terealisasi.

Cleaning Evaporator

Larutan Nira hasil pemurnian akan dipekatkan pada badan evaporator. Maka akibat dari pemekatan larutan nira tersebut pada selongsong tube atau calandria evaporator akan timbul kerak/deposit yang melapisi dinding bagian dalam tube evaporator. Hal ini mengakibatkan terjadinya penurunan transfer panas pada tube dan membuat tube evaporator berpotensi tersumbat. Untuk memperkecil potensi kerusakan dan memperpanjang usia pakai badan evaporator biasanya dilakukan cleaning secara berkala.

Pembersihan evaporator pada pabrik gula sangat penting karena untuk efisiensi energi dan kekentalan nira yang diharapkan tercapai. Cleaning pada evaporator dengan metode kimia atau fisika (water jet, skrap) bertujuan untuk menghilangkan kerak/deposit dan organik.

Chemical cleaning dilanjutkan mechanical cleaning pada evaporator

Tahapan cleaning evaporator meliputi:

1. Persiapan over badan (memindahkan nira ke badan yg lain) agar evaporator kosong.
2. Pembilasan dengan air pada evaporator dengan cara dipanaskan untuk mengurangi kadar gula yang masih menempel dan sehingga pemberian bahan chemical lebih efektif.
3. Cleaning chemical dengan menggunakan TRES 200 liquid, TRES 200 powder. Diawali pemberian dosis yang tepat pada badan evaporator yang akan diskrap dilanjutkan tahap pemanasan hingga titik suhu optimum pemanasan yaitu di rentang 90 selama 10 jam.
4. Skrap menggunakan peralatan motor flexible shaft, dengan ukuran tool head dan grigi yang telah di sesuaikan sampai kerak terlepas pada tube evaporator.

Adapun penunjang keberhasilan Skrap evaporator yaitu

1. Dosis yang tepat
2. Siklus (lamanya proses skrap kembali)
3. Ablas (distribusi steam uap bekas)/panas
4. Sirkulasi (homogenitas larutan)
5. Suhu (suhu pada pemanasan evaporator stabil pada 90)
6. Lamanya waktu masak obat (pemanasan bahan obat kimia)
7. Pekerja sesuai SOP.

Teknis Cleaning Evaporator 

Pada saat pabrik gula yang masih berjalan proses giling tebu cleaning evaporator dilakukan secara bergantian tiap badan disesuaikan siklusnya agar tidak terlalu lama dalam proses skrap ulang sehingga sestiap badan evaporator dapat dibersihkan. Sedangkan pada akhir giling tebu dan sudah tidak ada nira yang dipanaskan pada evaporator maka semua badan dilakukan chemical cleaning serentak dan dilanjutkan mechanicals cleaning.