BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Proses pemisahanan dengan menggunakan spray dryer atau pengering hambur adalah suatu operasi yang banyak digunakan di industri proses untuk tujuan pengeringan atau membentuk partikel dengan cara mengkontakkan larutan tersuspensi dengan media pemanas yang kering. Pengering jenis ini sering digunakan untuk memproduksi bahan makanan, misal susu serbuk, kopi instan, sari buah kering serta bahan farmasi untuk tujuan pengawetan serta transportasi.

1.2 Tujuan Percobaan

0. Tujuan Pembelajaran Umum

1. Mahasiswa mengenal karakteristik pengeringan hambur

1. Mahasiswa mampu mengoperasikan rangkaian alat pengeringan hambur skala laboratorium yang dioperasikan secara batch sesuai prosedur operasi standar.

0. Tujuan Pembelajaran Khusus : Mahasiswa mampu

0. Memisahkan solut dalam larutan tersuspensi dari pelarutnya, hingga diperoleh produk serbuk susu yang memenuhi syarat preservasi

0. Menghitung laju penguapan air untuk konsentrasi padatan dalam umpan bervariasi dengan laju pemanasan tetap

0. Menghitung % perolehan produk untuk konsentrasi padatan dalam umpan bervariasi, dengan laju pemanasan tetap

0. Mengevaluasi kinerja alat spray dryer(jumlah air maksimum yang dapat diuapkan oleh sistem per jam) dengan memvariasikan konsentrasi padatan dalam umpan dengan laju pemanasan tetap.

0. Menghitung efisiensi pemanasan spray dryer

BAB II

LANDASAN TEORI

Spray dryer pada umumnya merupakan pengering untuk memisahkan zat padat dari pelarutnya (biasanya air), sehingga kandungan air yang tersisa di dalam zat padat mencapai suatu nilai rendah yang dapat diterima.Teknologi ini sangat ideal digunakan jika produk akhir harus memenuhi standar kualitas yang spesifik, seperti distribusi ukuran partikel (misalnya katalis), kandungan kelembaban residual, massa jenis curah (bulk density), serta morfologi partikel.

Proses pengeringan dengan spray dryer pada umumnya dilakukan terhadap produk pangan dan farmasi yang berupa larutan suspensi atau pasta yang memenuhi kriteria sebagai berikut:

1. Bahan sensitif terhadap panas atau akan mengalami kerusakan pada temperatur tinggi dan kontak dengan pemanas dalam waktu relatif panjang

1. Larutan mengandung partikel-partikel halus

Sebagai media pemanas biasanya digunakan udara panas, tetapi jika pelarut yang digunakan bersifat mudah terbakar, seperti alkohol, atau umpan berupa bahan yang sensitif terhadap oksigen, maka digunakan nitrogen sebagai pemanas.

Untuk memberikan kontak yang efektif antara larutan pekat dengan udara panas, larutan dikabutkan hingga membentuk butiran halus berukuran sekitar 50 mikron dengan luas permukaan 120 m2/liter. Operasi pengkabutan dilakukan melalui nozel (gambar 1.1) atau dibantu oleh alat cakram, yang pada umumnya berdiameter 50-350 mm, yang berputar dengan kecepatan tinggi disesuaikan dengan produk yang dihamburkan. Media pemanas mengalir searah (cocurrent) dengan cairan umpan, ataupun berlawanan arah. Aliran searah memberikan waktu tinggal partikel dalam drying chamber yang cukup singkat dan siklon beroperasi secara efisien, sedangkan aliran media pengering berlawanan arah akan memperpanjang waktu tinggal, dan biasanya sistem dilengkapi dengan unggun terfluidisasi.

Butiran halus yang berkontak dengan aliran media panas akan kehilangan kandungan pelarutnya (pada permukaan partikel) dengan cepat, menghasilkan butiran yang bersifat dapat mengalir bebas, tetapi tetap tersuspensi di dalam media pengering (dalam drying chamber).

Gambar 1 Nozel untuk pengkabutan umpan

Kemudian serbuk kering dipisahkan dari udara lembap di dalam siklon yang bekerja berdasarkan gaya sentrifugal. Gaya sentrifugal menyebabkan kenaikan kecepatan campuran udara/uap air-serbuk yang masuk ke sistem siklon.

Partikel serbuk yang lebih berat terkumpul di dinding siklon dan jatuh ke bejana penampung. Pengeringan dengan spray dryer terjadi pada tekanan atmosfer, dengan udara pengering yang dipanaskan pada temperatur tinggi, sekitar 150-175oC. Hal ini membutuhkan bahan bakar yang cukup besar, ditambah lagi tidak dimungkinkan adanya regenerasi energi dari fasa uap. Dengan demikian, biasanya operasi pengeringan dengan spray dryer dikombinasikan dengan evaporasi, untuk memekatkan larutan umpan, karena:

1. Ekonomi operasi (evaporasi lebih murah)

1. Meningkatkan kapasitas (jumlah air terevaporasi konstan)

1. Meningkatkan ukuran partikel ( setiap partikel mengandung lebih banyak padatan)

1. Meningkatkan massa jenis partikel (menurunkan ukuran vakuola)

1. Pemisahan serbuk lebih efisien (sebanding dengan peningkatan massa jenis)

1. Meningkatkan dispersibilitas produk (penurunan luas permukaan)

Karena evaporasi terjadi pada tekanan vakum dan temperatur rendah (sekitar 65o C pada efek pertama), maka kebutuhan energi relatif kecil. Kinerja spray dryer dinyatakan dalam jumlah air maksimum yang dapat diuapkan oleh sistem per jam.

Neraca massa padatan

Massa padatan dalam umpan masuk = Massa padatan dalam larutan tak teruapkan + massa produk (serbuk kering)

Persen perolehan produk

Persen perolehan produk adalah rasio antara massa produk kering terhadap padatan yang terkandung di dalam umpan, sesuai persamaan:

% perolehan = ( massa produk / massa padatan dalam umpan teruapkan ) x 100%

Massa produk : produk yang terkumpul di dalam siklon dan penampung

Massa padatan dalam umpan =

(vol umpan awal vol sisa umpan vol umpan dlm penampung vol umpan dlm perpipaan) x (massa padatan/vol lart. umpan awal)

Penukaran Panas (heat exchange)

Proses penukaran massa dan panas antara butiran umpan dengan udara pemanas ditunjukkan pada gambar 2 berikut:

Gambar 2. Mekanisme penukaran panas butiran dengan udara panas

Pelarut akan menguap dengan mengambil energi yang dilepaskan oleh udara panas (dan kering).

Evaluasi Data terukur

Massa air masuk ke dryerMW1 = VW1 * W1 / (kg/s)

Massa air keluar dari dryerMW2 = VW2 * W2 / (kg/s)

Massa air teruapkanMEW = MW1 MW2(kg/s)

Specific evaporative capacityEC = MEW * 3600 / VDC(kg EW/m3h)

Laju alir udaraMA = MEW / (x2 x1) (kg/s)

Konsumsi energi untuk pemanasan udaraQA = MA * (hA1 hA0) (kW)

Drying air specific consumption mA = 1 / (x2 x1) (kg d.a./kg EW) (kg d.a./kg EW)

Keterangan:

Massa cairan teruapkanM1 (kg/h)

Dried liquid concentration (dry mass) DM1 (%)

Kadar air dalam serbuk W2 (%)

Temperatur udara luar tA0 (C)

Kelembaban spesifik udara luar x0 = x1 (kg/kg dry air)

Temperatur udara pemanas masuk tA1

Temperatur udara keluar tA2 (C)

Kapasitas evaporatif spesifik nyata ECR (kg/m3h)

(Real value of the specific evaporative capacity)

Note: density air dan udara diambil dari tabel, enthalpy, specific moistures dan

wet bulb temperature diambil dari diagram Mollier h x udara basah

(psychrometrics chart).

Nilai T, E dan EC plot pada diagram tergantung pada tA1.

Gambar 3 Pembacaan Diagram Mollier