Evaporasi

Evaporasi dapat didefinisikan dalam dua kondisi, yaitu evaporasi yang berarti proses penguapan yang terjadi secara alami dan evaporasi yang dimaknai  proses penguapan yang timbul akibat diberikan uap panas (steam) dalam suatu peralatan.

Evaporasi dapat diartikan sebagai proses penguapan liquid (cairan) dengan penambahan panas (Robert B. Long, 1995). Panas dapat disuplai dengan berbagai cara, diantaranya secara alami dan penambahan steam. Evaporasi diadasarkan pada proses pendidihan secara intensif yaitu pemberian panas ke dalam cairan, pembentukan gelembung-gelembung (bubbles) akibat uap, pemisahan uap dari cairan, dan mengkondensasikan uapnya. Evaporasi atau penguapan juga dapat didefinisikan sebagai perpindahan kalor ke dalam zat cair mendidih (Warren L. Mc Cabe, 1999).

Evaporasi merupakan suatu proses penguapan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi. Tujuan dari evaporasi itu sendiri yaitu untuk memekatkan larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dan pelarut yang mudah menguap. Dalam kebanyakan proses evaporasi, pelarutnya adalah air. Evaporasi tidak sama dengan pengeringan, dalam evaporasi sisa penguapan adalah zat cair, kadang-kadang zat cair yang sangat viskos, dan bukan zat padat. Begitu pula, evaporasi berbeda dengan distilasi, karena disini uapnya biasanya komponen tunggal, dan walaupun uap itu merupakan campuran, dalam proses evaporasi ini tidak ada usaha untuk memisahkannya menjadi fraksi-fraksi. Biasanya dalam evaporasi, zat cair pekat itulah yang merupakan produk yang berharga dan uapnya biasanya dikondensasikan dan dibuang.

Prinsip-prinsip Evaporasi :

• Penguapan atau evaporasi merupakan perubahan wujud zat dari cair menjadi uap
• Penguapan betujuan memisahkan pelarut (solvent) dari larutan sehingga menghsilkan larutan yang lebih pekat
• Evaporasi merupakan proses pemisahan terroal, dipakani secara luas untukk merekatkan cairan dalam bentuk larutan, suspensi maupun emulsi dengan cara menguapkan pelarutnya, umumnya air dan cairan.
• Evaporasi menghasilkan cairan yang lebih pekat, tetapi masih berup cairan pekat yang dapat dipompa sebagai hasil utama, reaksi kadang-kadang ada pula cairan volatile sebagai hasil utama, misalnya selama pemulihan pelarut.

Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, yaitu untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Evaporator umumnya terdiri dari tiga bagian, yaitu penukar panas, bagian evaporasi (tempat di mana cairan mendidih lalu menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari cairan lalu dimasukkan ke dalam kondensor (untuk diembunkan/kondensasi) atau ke peralatan lainnya. Hasil dari evaporator (produk yang diinginkan) biasanya dapat berupa padatan atau larutan berkonsentrasi.
 

Larutan yang sudah dievaporasi bisa saja terdiri dari beberapa komponen volatil (mudah menguap). Evaporator biasanya digunakan dalam industri kimia dan industri makanan. Pada industri kimia, contohnya garam diperoleh dari air asin jenuh (merupakan contoh dari proses pemurnian) dalam evaporator. Evaporator mengubah air menjadi uap, menyisakan residu mineral di dalam evaporator. Uap dikondensasikan menjadi air yang sudah dihilangkan garamnya. Pada sistem pendinginan, efek pendinginan diperoleh dari penyerapan panas oleh cairan pendingin yang menguap dengan cepat (penguapan membutuhkan energi panas). Evaporator juga digunakan untuk memproduksi air minum, memisahkannya dari air laut atau zat kontaminasi lain.

JENIS-JENIS EVAPORATOR

Evaporator satu-lintas dan evaporator sirkulasi. Evaporator dapat dioperasikan sebagai unit satu lintas atau sebagai unit sirkulasi. Dalam operasi satu-lintas, cairan umpan dilewatkan melalui tabung hanya satu kali lewat saja, uapnya lepas dan keluar dari unit itu sebagai cairan pekat. Seluruh evaporasi dilaksanakan dalam satu-lintas (lewatan) saja. Rasio evaporasi terhadap umpan dalam unit satu-lintas itu terbatas; jadi, evaporator ini cocok untuk operasi efek-berganda, dimana pemekatan total terbagi-bagi dalam beberapa efek. Evaporator film-aduk (agitated-film evaporator) selalu dioperasikan dalam satu-lintas saja; tetapi evaporator film-jatuh (falling-film evaporator) dan evaporator film panjat (climbing-film evaporator) dapat pula dioperasikan dengan cara ini. Suhu zat cair dapat dijaga rendah dengan mengoperasikan unit ini dalam vakum tinggi. Dengan sekali lewatan cepat melalui tabung-tabung evaporator, cairan pekat itu hanya sebentar saja berada pada suhu didihnya, dan dapat didinginkan dengan cepat begitu keluar dari evaporator.

Jenis-jenis utama evaporator ada 2 yaitu:

1. Evaporator-vertikal tabung panjang
    a) Aliran ke atas (film-panjat)
    b) Aliran ke bawah (film-jatuh)
    c) Sirkulasi paksa

2. Evaporator film-aduk

Evaporator tabung-panjang dengan aliran naik, Bagian-bagian utama dari evaporator ini adalah :

• Sebuah penukar kalor jenis tabung dengan uap dalam selongsong, dan zat cair yang akan dipekatkan dalam tabung 
• Sebuah separator (pemisah) atau ruang uap (vapor space) untuk memisahkan zat cair yang terbawa ikut dari uap. 
• Bila alat ini dioperasikan sebagai unit sirkulasi, sebuah tangki pemulang (return leg) untuk mengembalikan zat cair dari separator ke bagian bawah penukar kalor. 
• Alat ini mempunyai lubang masuk masing-masing untuk zat cair umpan dan untuk uap, lubang keluar masing-masing untuk uap, cairan pekat, kondensat uap, dan gas tak-mampu-kondensasi yang terkandung dalam uap.
  

Evaporator vertikal tabung panjang sangat efektif untuk memekatkan zat cair yang mempunyai kecenderungan membentuk busa. Busa itu akan pecah bila campuran zat cair dan uap berkecepatan tinggi menumbuk sekat di bagian kepala uap.

Evaporator film jatuh 

Pemekatan bahan-bahan yang sangat peka terhadap panas, mengharuskan waktu kontak yang singkat sekali dengan permukaan panas. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan evaporator film jatuh sekali lintas, dimana zat cair masuk dari atas, lalu mengalir ke bawah di dalam tabung panas itu dalam bentuk film, kemudian keluar dari bawah. Tabung-tabungnya biasanya agak besar, diameternya antara 2 sampai 10 in. Uap yang keluar dari zat cair itu biasanya terbawa turun bersama zat cair, dan keluar dari bawah unit itu. Evaporator ini bentuknya menyerupai suatu penukar kalor jenis tabung, yang panjang, vertikal, dan dilengkapi dengan separator zat cair-uap di bawah, dan distributor (penyebar) zat cair di atas.

Masalah utama dengan evaporator film-jatuh ini ialah dalam mendistribusikan zat cair itu secara seragam menjadi film di bagian dalam tabung. Hal ini dilakukan dengan menggunakan seperangkat plat logam berlubang-lubang yang ditempatkan lebih tinggi di atas plat tabung yang dipasang dengan teliti agar benar-benar horisontal. Tabung-tabung itu diberi sisip pada ujungnya yang memungkinkan zat cair mengalir dengan teratur ke setiap tabung itu.

Evaporator film-jatuh, tanpa sirkulasi dan dengan waktu menetap yang sangat singkat dapat menangani produk-produk yang peka yang tidak dapat ditangani dengan cara lain. Alat ini juga cocok sekali untuk memekatkan zat cair viskos.

Evaporator sirkulasi-paksa

 
Pada evaporator sirkulasi alamiah (natural-circulation evaporator) zat cair masuk ke dalam tabung dengan kecepatan 1 sampai 4 ft/det. Kecepatan linearnya bertambah dengan cepat dengan terbentuknya uap di dalam tabung, sehingga pada umumnya laju perpindahan-kalor cukup memuaskan. Akan tetapi, dengan zat cair viskos, koefisien menyeluruh unit sirkulasi-alamiah mungkin sangat rendah sehingga tidak ekonomis. Koefisien yang tinggi dapat dicapai pada evaporator sirkulasi-paksa (forced-circulation evaporator). Kecepatan yang ada pada evaporator ini cukup tinggi dan waktu-menetap zat cair di dalam tabung juga cukup singkat, sehingga zat cair yang agak peka terhadap panas pun dapat dipekatkan dengan menggunakan alat ini. Alat ini juga efektif untuk evaporasi zat cair penggaram atau yang cenderung membentuk busa.

Evaporator film-aduk

 
Evaporator ini merupakan modifikasi daripada evaporator film-jatuh yang mempunyai tabung tunggal bermantel, dimana dalam tabung itu terdapat sebuah pengaduk. Umpan masuk dari puncak bagian bermantel dan disebarkan menjadi film tipis yang sangat turbulen dengan bantuan daun-daun vertikal agitator (pengaduk) itu.

Keunggulan utama dari evaporator film-aduk ini adalah kemampuannya menghasilkan laju perpindahan kalor yang tinggi pada zat cair viskos. Produk evaporasi bisa mencapai viskositas sampai setinggi 1000 P pada suhu evaporasi. Sebagaimana juga dalam evaporator jenis lain, koefisien menyeluruh turun dengan cepat bila viskositas naik, tetapi dalam rancang ini, penurunan itu cukup lambat. Dengan bahan-bahan yang sangat viskos, koefisien itu nyata lebih besar dari yang didapatkan pada evaporator sirkulasi-paksa, dan jauh lebih besar daripada unit sirkulasi alamiah. Evaporator film-aduk sangat efektif dengan produk viskos yang peka panas, seperti gelatin, lateks karet, antibiotika, dan sari buah. Kelemahanya ialah biayanya yang tinggi, adanya bagian-bagian dalam yang bergerak, yang mungkin memerlukan perawatan dan pemeliharaan dan kapasitas setiap unitnya kecil, jauh dibawah kapasitas evaporator bertabung banyak.