Laporan Spray Dryer Kelompok 3

(1)

LABORATORIUM TEKNIK KIMIA 2 LABORATORIUM TEKNIK KIMIA 2 SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2015/2016 SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2015/2016

MODUL

MODUL : : SPRAY SPRAY DRYERDRYER PEMBIMBING

PEMBIMBING : : Ir. Ir. Tri Tri Haryadi, Haryadi, M.TM.T

Oleh : Oleh : Kelompok

Kelompok : : IIIIII Nama

Nama : : Irinda Fitri Irinda Fitri (141411043)(141411043) Nabila Suri Oktaviani

Nabila Suri Oktaviani (141411048)(141411048) Rizal

Rizal Aprian Aprian (141411056)(141411056) Taofik

Taofik Tri Tri Sudrajat Sudrajat (141411059)(141411059) Kelas

Kelas : : 2B2B

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2016 2016

Tanggal

Tanggal Praktikum Praktikum : : 11 11 April April 20162016 Tanggal

(2)

BAB I BAB I

PENDAHULUAN PENDAHULUAN 1.1

1.1 Latar BelakangLatar Belakang

Proses pemisahanan dengan menggunakan “spray dryer” atau pengering hambur adalah Proses pemisahanan dengan menggunakan “spray dryer” atau pengering hambur adalah suatu operasi yang banyak digunakan di industri proses untuk tujuan pengeringan atau suatu operasi yang banyak digunakan di industri proses untuk tujuan pengeringan atau membentuk partikel dengan cara mengkontakkan larutan tersuspensi dengan media membentuk partikel dengan cara mengkontakkan larutan tersuspensi dengan media pemanas

pemanas yang yang kering. kering. Pengering Pengering jenis jenis ini ini sering sering digunakan digunakan untuk untuk memproduksi memproduksi bahanbahan makanan, misal susu serbuk, kopi instan, sari buah kering serta bahan far

makanan, misal susu serbuk, kopi instan, sari buah kering serta bahan far masi untuk tujuanmasi untuk tujuan pengawetan serta transportasi.

pengawetan serta transportasi. 1.2

1.2 TujuanTujuan 1.

1. Tujuan Pembelajaran UmumTujuan Pembelajaran Umum



 Mahasiswa mengenal karakteristik pengeringan hamburMahasiswa mengenal karakteristik pengeringan hambur



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

standar ..

2.

2. Tujuan Pembelajaran Khusus : Mahasiswa mampuTujuan Pembelajaran Khusus : Mahasiswa mampu



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

diperoleh produk serbuk susu yang memenuhi syarat preservasi



 Menghitung laju penguapan air untuk konsentrasi padatan dalam umpanMenghitung laju penguapan air untuk konsentrasi padatan dalam umpan bervariasi dengan laju pemanasan tetap

bervariasi dengan laju pemanasan tetap



 Menghitung % perolehan produk untuk konsentrasi padatan dalam umpanMenghitung % perolehan produk untuk konsentrasi padatan dalam umpan bervariasi, dengan laju pemanasan tetap

bervariasi, dengan laju pemanasan tetap



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

dalam umpan dengan laju pemanasan tetap.



(3)

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

2) 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

(4)

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:

 Ekonomi operasi (evaporasi lebih murah)

 Meningkatkan kapasitas (jumlah air terevaporasi konstan)

 Meningkatkan ukuran partikel ( setiap partikel mengandung lebih banyak padatan)  Meningkatkan massa jenis partikel (menurunkan ukuran vakuola)

 Pemisahan serbuk lebih efisien (sebanding dengan peningkatan massa jenis)  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

(5)

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 dryer MW1 = VW1 *W1 /  (kg/s)

Massa air keluar dari dryer MW2 = VW2 *W2 /  (kg/s)

Massa air teruapkan MEW = MW1 – MW2 (kg/s)

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

Laju alir udara MA = MEW / (x2 – x1) (kg/s)

Konsumsi energi untuk pemanasan udara QA = MA * (hA1 – hA0) (kW)

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

(6)

Keterangan:

Massa cairan teruapkan M1 (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.

(7)

BAB III PERCOBAAN 3.1 Alat & Bahan

1) Seperangkat alat pengering hambur (lihat gambar) 2) Pompa dosing 3) Neraca teknis 4) Neraca analitis 5) Stop watch 6) Anemometer 7) Gelas kimia 1000 ml 8) Gelas ukur 100 ml 9) Spatula 10) Cawan 11) Kaca arloji 12) Mikroskop 13) Oven

14) Susu bubuk yang dilarutkan dalam aquades atau susu mur

solution

(8)

3.2 Prosedur Kerja a. Persiapan Alat

b. Pembuatan Larutan

c. Pengeringan dengan spray dryer

Timbang susu bubuk masing 20 gr, dan 25 gram. Larutkan sampai 100 ml sehingga mempunyai konsentrasi 20% dan 25% (w/v) Hitung volume larutan susu yang mengalami pengeringan Ukur volume masing-masing, catat volume total larutan

tak teruapkan

Keluarkan larutan susu dari bejana umpan, perpipaan dan penampungan. Proses pengeringan dilakukan selama sekitar 20 menit. Ukur kecepatan udara keluar dari

fan (dengan anemometer) Catat perubahan

temperatur yang terjadi pada setiap

30 detik

Amati keluaran umpan, jika butiran umpan telah keluar catat waktu

sebagai awal proses pengeringan

Jika aliran telah mendekati nozel atur

laju alir umpan menjadi 6 ml/min

Timbang dan catat berat kosong drying

chamber, siklon, dan labu penampung produk. Masukkan larutan susuke dalam bejana umpan. Nyalakan pompa umpan dengan

laju alir besar. Atur suhu udara

keluar dari bejana pengering mencapai ±750_C. Rangkai alat spray drye Nyalakan pemanas udara, set temperatur 180o_C Set temperatur udara keluar dari bejana pengering

75 o_C

Buka valve laju alir blower pada

skala 2.

Buka valve udara tekan hingga tekanan 2 bar.

(9)

Proses pengeringan dilakukan selama sekitar 15 menit. Hitung laju penguapan air (pelarut) Setelah dingin, timbang drying chamber, siklon, dan labu penampung produk. Ulangi langkah tersebut dengan variabel konsentrasi padatan dalam umpan berbeda Hitung % perolehan produk Ambil dan panaskan

produk susu di dalam oven pada

temperatur 80o_C untuk analisa kandungan air Timbang produk susu kumpulkan produk susu bubuk di siklon dan labu penampung

produk Catat massa produk dalam masing-masing alat. Bandingkan kualitas produk

(10)

BAB IV

DATA PENGAMATAN 4.1 Data Percobaan

4.1.1 Data Percobaan Konsentrasi 20%

DATA 20%

Awal Akhir

Berat cyclone 705 gram 720 gram

Berat drying chamber 1616 gram 1620 gram

Labu penampung produk 200 gram 204.2 gram

Labu penampung yg tak teruapkan

176.93 gram 188.56 gram

Diameter penampang 4.7 cm (r = 2.35)

Luas penampang 17.34 cm2

berat susu 15 gram

Volume umpan 100 ml 38 ml

Piknometer kosong 33.75 gram

Piknometer + susu 52.98 gram

Piknometer + air 52.2 gram

Produk wadah sebelum pemanasan

26.36 gram

Produk setelah pemanasan 26,28 gram

berat cawan 25.62 gram

berat cawan + produk 26.36 gram

20% Waktu

(menit)

T cyclone T control v udara (km/h) 0 66 13.6 0.5 64 170 13.9 1 62 171 13.9 1.5 42 172 14.4 2 52 172 14.4 2.5 57 171 13.3 3 45 170 13.9 3.5 44 172 15.5 4 44 171 16.2 4.5 47 170 16 5 49 169 16.5 5.5 56 170 16.7

(11)

6 60 177 16.4 6.5 56 176 16.2 7 51 176 16.1 7.5 55 175 15.9 8 55 175 15.9 8.5 61 175 14.1 9 44 176 16.1 9.5 52 175 16.1 10 54 176 15.9 10.5 58 175 15.8 11 58 174 15.8 11.5 49 176 15.8 12 51 176 16.1 12.5 58 176 16.2 13 60 176 16.1 13.5 62 178 16.2 14 64 176 16.5 14.5 65 177 16.9 15 66 176 15.9 15.5 67 177 15.8 16 68 175 15.7 16.5 69 173 15.9 17 70 160 16 17.5 70 163 16.2 18 63 156 16.1 18.5 66 149 16.2 19 63 142 16 19.5 64 157 15.9 20 66 136 15.8 Konsentrasi 20% No Variable Satuan

1 Massa Susu 20 gram

2 Volume umpan (Susu + Air) 100 ml

3 Kec. Udara rata – rata 4.45 m/s

4 Suhu rata - rata udara 174.54 ⁰C

5 Suhu rata - rata bejana pegering 41.53⁰C

6 Massa jenis umpan 0.828 g/ml

7 Massa produk kering 0.66 gram

8 Massa susu dalam umpan teruapkan 12.4 gram

9 Laju alir udara 8.76 gram/s

(12)

11 Volume larutan susu teruapkan 62 ml 12 Massa umpan teruapkan 51.336 gram 13 Laju massa penguapan air 0,000324 kg/s

14 Kalor penguapan air 0.079 kJ/s

15 Kadar air (perolehan produk) 10.81%

16 Persentase perolehan 53,22%

4.1.2 Data Percobaan Konsentrasi 25%

DATA 25%

Awal Akhir

176.93 gram 182.16 gram

berat susu 25 gram

26.08 gram

25% Waktu

(menit)

T cyclone T control v udara (km/h) 0 64 169 15.1 0.5 57 170 15.1 1 63 171 14.2 1.5 66 172 17.5 2 68 171 16.5 2.5 59 170 15.6 3 54 171 16.2 3.5 50 173 16.4 4 46 174 17.2

(13)

4.5 43 173 14.5 5 41 172 13.6 5.5 49 172 15 6 52 175 17.6 6.5 55 176 17.8 7 57 176 15.3 7.5 59 174 16.7 8 61 174 16.2 8.5 63 176 16.4 9 64 176 17 9.5 66 176 16.7 10 67 175 18.4 10.5 67 172 16.2 11 68 169 17.8 11.5 69 167 18.9 12 69 166 18.2 12.5 69 166 16.7 13 69 166 14.7 13.5 68 164 14.2 14 68 164 15.6 14.5 67 160 14.2 15 67 154 15.5 15.5 59 148 16.5 16 57 151 16.7 16.5 53 155 16.4 17 55 156 16.2 17.5 57 157 16.1 18 58 159 15.9 18.5 59 160 15.9 19 59 162 14.1 19.5 61 161 16.5 20 59 160 16.9 Konsentrasi 25% No Variable Satuan

5 Suhu rata - rata bejana pegering 60⁰C

(14)

7 Massa produk kering 0.44 gram 8 Massa susu dalam umpan teruapkan 12 gram

10 Kalor pemanasan udara 0.95 kJ/s

16 Persentase perolehan 3.67%

4.2 Pembahasan

4.2.1 Pembahasan oleh Irinda Fitri (141411043)

Spray dryer merupakan alat yang berfungsi untuk mengubah zat cair tersuspensi menjadi bentuk bubuk atau granul dengna ukuran pertikel tertentu. Metode ini digunakan untuk memenuhi standar ukuran pada suatu produksi. Penggunaan spray dryer biasa digunakan pada industri makanan ataupun obat obatan seperti susu bubuk.

Prinsip kerja dari spray dryer ialah mengambil kandungan air dari larutan tersuspensi dengan menggunakan udara kering. Untuk mengefektifkan proses pengambilan air, zat cair harus dikabutkan dengan menggunakan nozel dan dibantu dengan alat cakram.

Adapun variasi konsentrasi padatan dalam umpan yang digunakan adalah 20% dan 25% (w/v) dengan waktu proses yaitu selama 20 menit. Spray dryer harus dipanaskan terlebih dahulu hingga suhu yang diinginkan (75oC) sebelum memulai percobaan. Setelah suhu dicapai, larutan susu dimasukkan kedalam penampung umpan dan dialirkan. Larutan yang telah mengalami pengkabutan akan masuk kedalam ruang pengering/drying chamber dan udara panas akan mengambil kandungan air yang terdapat dalam larutan susu tersebut.Udara panas

dan umpan susu mengalir searah (cocurrent) sehingga waktu tinggal partikel dalam drying chamber yang cukup singkat dan siklon beroperasi secara effisien. Kemudian serbuk kering dipisahkan dari udara lembap di dalam siklon yang bekerja berdasarkan gaya sentrifugal. Pengamatan suhu dan kecepatan udara dicatat setiap 30 detik. Suhu yang turun menandakan bahwa proses pengenringan sedang terjadi dan udara kering mengambil kandugan air dalam

larutan.

Dari percobaan yang telah dilakukan didapatkan hasil sebagai berikut:

Var i asi kon sent r asi Kon sentr asi 20 % Kon sentasi 25 %

(15)

Laju massa penguapan air 3.24 x 10-5kg/s 8.8 x 10-5kg/s

Q penguapan air 0.079 kJ/s 0.95 kJ/s

Kadar air produk 10.81 % 4.34 %

Persentase perolehan 5.322 % 3.67 %

Massa produk yang didapatkan cenderung sedikit, hal ini dikarenakan massa produk kering hanya dihitung dari labu penampung dan dari c yclone yang bisa jatuh ke labu penampung dan kemudian dipanaskan. Massa produk yang menempel pada cyclone tidak dianggap massa produk kering karena tidak dapat dilakukan proses pemanasan (pengurangan kadar air). Hanya dihitung sebagai massa teruapkan. Secara teori, apabila konsentrasi semakin besar, maka persentase perolehan produk, laju penguapan air, kalor penguapan air, dan kadar air produk kering pun akan semakin besar. Namun dari hasil percobaan yang sudah dilakukan, semakin besar konsentrasi, persentase perolehan produk, laju penguapan air, kalor penguapan air, dan kadar air produk kering semakin kecil. Hal tersebut disebabkan perbedaan tersebut adalah kecepatan udara yang naik turun (tidak stabil), suhu pada cyclone ( suhu udara keluar bejana pengering), dan suhu control yang terus naik (tidak konstan) serta tersumbatnya lubang-lubang

nozel pada saat proses.

4.2.2 Pembahasan oleh Nabila Suri Oktaviani (141411048)

Pengeringan adalah suatu metode untuk menghilangkan atau mengurangi kadar air dari suatu bahan dengan cara menguapkannya melalui proses perpindahan panas dan perpindahan massa. Kandungan air tersebut dikurangi sampai batas tertentu sehingga kadar air tidak mencukupi untuk pertumbuhan mikroorganisme. Salah satu metoda pengeringan yang sering digunakan adalah pengeringan hambur (spray drying).

Spray drying adalah suatu operasi pengeringan yang dilakukan dengan cara mengontakkan larutan tersuspensi dengan media pemanas kering (biasanya udara pemanas, apabila bahan mudah terbakar, digunakan gas inert panas) sehingga terjadi perpindahan massa dan perpindahan panas. Waktu kontak antara bahan yang akan dikeringkan dengan media pemanas sangat singkat dengan suhu tinggi, sehingga sesuai untuk pengeringan bahan yang mudah rusak apabila dikenai panas tinggi dan waktu kontak lama.

Proses spray drying yaitu mula-mula larutan susu dihamburkan (spray) ke dalam drying chamber melalui atomizer (nozzle) sehingga larutan menjadi butiran-butiran larutan sehingga luas permukaan bertambah lalu dikontakkan dengan media pemanas. Pada saat larutan memasuki nozzle, suhu drying chamber langsung turun, hal ini disebabkan karena terjadi perpindahan panas antara larutan dengan media pemanas.

Drying chamber terhubung dengan cyclone pada jarak tertentu sehingga produk akan terhisap ke dalam cyclone. Cyclone bekerja mengguakan cara sentrifugal, sehingga produk akan

(16)

terhisap dan masu ke cyclone, di dalam cyclone, produk yang lebih berat akan menempel di dinding cyclone dan akan turun ke dalam penampung produk. Media pemanas dan umpan pada alat yang praktikan gunakan mengalir secara searah (co-current).

Percobaan dilakukan dengan variasi konsentrasi susu 20% dan 25% sebanyak 100 ml, dengan waktu operasi 20 menit dan suhu dicatat setiap 30 detik. Suhu drying chamber diset pada 180oC dan suhu cyclone pada 75oC.

Massa produk yang didapatkan sedikit, karena massa produk hanya dihitung dari labu penampung dan dari cyclone yang bisa jatuh ke labu penampung produk dan kemudian dilakukan proses pemanasan untuk menghilangkan kadar airnya kembali. Massa produk yang menempel pada dinding cyclone dianggap massa teruapkan saja (bukan massa produk kering) karena tidak dapat dilakukan proses pemanasan. Hanya dihitung massa susu teruapkan.

Dari pengolahan data, diperoleh hubungan semakin besar kadar air (konsentrasi larutan semakin rendah) dalam suatu larutan maka akan semakin besar energi/kalor untuk menguapkannya, dan laju penguapan air akan semakin rendah seiring dengan kenaikan konsentrasi larutan (jumlah air semakin rendah). Dan nilai kadar air produk diperoleh hubungan bahwa semakin tinggi konsentrasi maka kadar air produk semakin rendah.

4.2.3 Pembahasan oleh Rizal Aprian (141411056)

Proses pemisahanan dengan menggunakan “spray dryer” atau pengering hambur adalah suatu operasi yang digunakan untuk proses pengeringan atau membentuk partikel dengan cara mengkontakkan larutan tersuspensi dengan media pemanas yang kering. Praktikum ini bertujuan untuk memisahkan solut dalam larutan tersuspensi dari pelarutnya, hingga diperoleh produk serbuk susu yang memenuhi syarat preservasi, menghitung laju penguapan air untuk konsentrasi padatan dalam umpan bervariasi, menghitung % perolehan produk untuk konsentrasi padatan dalam umpan bervariasi, mengevaluasi kinerja alat ‘spray dryer’(jumlah air maksimum yang dapat diuapkan oleh sistem per jam) dengan memvariasikan konsentrasi padatan dalam umpan..

Spray dryer terdiri dari lima bagian utama instrumen, yaitu atomizer (untuk menghasilkan droplet dari cairan yang akan dikeringkan), chamber (tempat terjadi kontak antara droplet cairan yang dihasilkan oleh atomizer dengan udara panas), heater (sebagai pemanas udara), cyclone (sebagai bak penampung hasil proses pengeringan), dan bag filter (untuk menyaring atau memisahkan udara setelah digunakan pengeringan dengan bubuk yang terbawa setelah proses).

Pada praktikum, variasi konsentrasi padatan dalam umpan yang digunakan adalah 20% dan 25% (w/v). proses pengeringan dilakukan selama 20 menit. Pertama, umpan dalam bentuk cair yang akan dikeringkan menjadi serbuk diubah ke dalam bentuk butiran-butiran halus air dengan cara diuapkan. Kemudian, umpan yang telah berbentuk butiran halus tersebut dikontakan dengan udara panas. Peristiwa pengontakan ini menyebabkan umpan yang berbentuk butiran tersebut mengering dan berubah menjadi serbuk. Proses pemisahan antara

(17)

uap panas dengan serbuk dilakukan dengan Cyclone atau penyaring berdasarkan gaya sentrifugal.

Faktor-faktor yang mempengaruhi dalam proses pengeringan dengan menggunakan spray dryer adalah suhu udara pengering, perbedaan suhu inlet dan outlet produk, berat produk, dan kandungan air dalam uadara pengering.

Hasil dari percobaan didapatkan massa produk kering pada konsentrasi 20% dan 25% adalah 0,66 gram dan 0,43 gram dengan % perolehan sebesar 5,322% dan 3,67%. Hasil yang diperoleh sedikit karena massa produk kering hanya dihitung dari labu penampung dan dari c yclone yang bisa jatuh ke labu penampung dan kemudian dipanaskan. Massa produk yang menempel pada cyclone tidak dianggap massa produk kering karena tidak dapat dilakukan proses pemanasan (pengurangan kadar air) dan hanya dihitung sebagai massa teruapkan. Berikut hasil percobaan yang lainnya :

Konsentrasi 20% Konsentrasi 25% Laju penguapan air

(kg/s)

6.6 x 10-5kg/s 4.4 x 10-5kg/s Kalor penguapan air

(kW)

0.079 kW 0.0566 kW

Kadar air Produk kering (%)

10.81 % 4.34 %

Jika konsentrasi semakin besar, % perolehan produk, laju penguapan air, kalor penguapan air, dan kadar air produk kering semakin besar. namun pada kenyataannya, jika dilihat dari hasil percobaan, semakin besar konsentrasi, % perolehan produk, laju penguapan air, kalor penguapan air, dan kadar air produk kering semakin kecil. Faktor yang menyebabkan hal tersebut adalah kecepatan udara yang naik turun (tidak stabil), dan suhu pada cyclone ( suhu udara keluar bejana pengering) serta suhu control yang terus naik turun (tidak konstan).

4.2.4 Pembahasan oleh Taofik Tri Sudrajat (141411059)

Praktikum kali ini yaitu pengeringan menggunakan spray dryer (pengeringan hambur). Spray dryer pada umumnya merupakan pengering untuk memisahkan zat padat dari pelarutnya sampai kadai air yang rendah. Pada spray dryer larutan yang akan dipisahkan dihamburkan membentuk butiran halus berukuran sekitar 50 mikron dengan luas 120 m2/L. Hal ini bertujuan untuk memberikan luas yang lebih efektif antara larutan yang di keringkan dengan udara panas. Larutan yang digunakan pada saat praktikum adalah larutan susu dengan variasi konsentrasi yaitu 20% dan 25% sebanyak 100 ml. Prinsip kerja dari spray dryer ini dengan cara mengkontakkan aliran umpan (larutan susu) dengan udara panas sehingga terjadi proses perpindahan panas dan perpindahan massa. Perpindahan panas yang dimaksud yaitu proses

(18)

pemberian panas pada umpan (larutan susu), dan perpindahan massa yang dimaksud adalah proses penguapan air dari larutan umpan dan terbawa oleh aliran udara panas. Udara panas akan mengalami penurunan suhu dan menjadi lebih lembap dari sebelumnya. Hal tersebut dapat teramati dari data pengamatan dimana suhu udara keluar (T cyclone) lebih rendah dari pada suhu aliran udara masuk (T control).

Pada saat praktikum udara panas dan umpan mengalir searah (co-current) sehingga waktu tinggal partikel dalam drying chamber menjadi singkat, dan siklon beroperasi secara efisien. Waktu proses drying dalam praktikum ini adalah selama 20 me nit, dan dilakukan pengamatan kecepatan udara keluar, suhu udara keluar (T cyclone) dan suhu aliran masuk udara ( T control) setiap 30 detik. Butiran halus yang berkontak dengan aliran udara panas pada permukaannya akan mengalami kehilangan kandungan airnya dengan cepat, sehingga butiran mengalir bebas tetapi tetap tersuspensi didalam drying chamber.

Kemudian serbuk kering dipisahkan dari udara lembap didalam siklon yang bekerja menggunakan gaya sentrifugal (molekul gas/udara yang berputar dalam siklon) sehingga kecepatan campuran udara/uap air-serbuk susu yang masuk kesistem siklon mengalami kenaikan. Partikel serbuk yang lebih berat kemudian terkumpul di dinding siklon dan jatuh ke bejana penampung produk. Dalam praktikum ini massa produk (serbuk susu kering) diperoleh hanya sedikit. Karena massa produk hanya dihitung dari labu penampung dan dari cyclone yang bisa jatuh ke labu penampung produk dan kemudian dilakukan proses pemanasan untuk menghilangkan kadar airnya kembali.

Berbeda konsentrasi umpan (20% dan 25%) tentu berbeda pula kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan airnya. Teoritisnya, semakin banyak kadar air dalam suatu larutan tentu akan semakin besar energi/kalor untuk menguapkannya. Kalor penguapan air pada konsentrasi umpan 25% harus lebih sedikit daripada kalor untuk menguapkan umpan konsentrasi 20% karena memiliki kadar air lebih sedikit (larutan lebih pekat). Untuk memudahkan perhitungan, karena data pengamatan suhu udara masuk, suhu udara keluar, dan kecepatan udara berubah-ubah maka digunakan T rata-rata dan v rata-rata. Berikut laju massa dan kalor penguapan air yang didapatkan pada praktikum ini :

Variabel Konsentrasi 20% Konsentrasi 25% Laju penguapan air

(kg/s)

0.324 x 10-3kg/s 0.2313 x 10-3kg/s Kalor penguapan air

(kJ/s)

0.079 kJ/s 0.0566 kJ/s

Secara teoritis, pada konsentrasi 20% air pada umpan lebih banyak (larutan lebih encer) berarti kandungan air diproduk umpan konsentrasi 20% akan lebih banyak. Karena peluang interaksi antara partikel susu dengan air pada umpan 20% lebih banyak kemungkinan serta jumlahnya

(19)

dalam mengikat molekul air. Pada praktikum ini didapatkan kadar air dari produk sebagai berikut :

Variabel Konsentrasi 20% Konsentrasi 25%

Kadar air Produk kering (%) 10.81 % 4.34 %

Untuk menghitung % Perolehan produk, digunakan persamaan :

Persentase perolehan

=

_{    }

  

×100%

Sehingga didapatkan %Perolehan sebagai berikut :

Variabel Konsentrasi 20% Konsentrasi 25% % Perolehan Produk 53.22 % 3.67 %

%Perolehan dipengaruhi oleh efisiensi proses. Dari data yang didapatkan dapat disimpulkan bahwa operasi pengeringan pada umpan konsentrasi 20% lebih efisien dari pada umpan konsentrasi 25%. Efisiensi proses ditentukan oleh kondisi operasi. Kondisi operasi yang sangat dominan dalam operasi dengan spray dryer pada praktikum ini adalah T udara masuk, T udara keluar, dan kecepatan udara. Dimana ketiganya seharusnya berada pada kondisi konstan tidak berubah-berubah. Hal tersebut juga berpengaruh pada perhitungan laju penguapan air dan kalor yang dikonsumsi. Jadi perbandingan produk spray dryer variasi konsentrasi dalam praktikum ini tidak terlalu signifikan karena tidak berada pada kondisi yang sama.

(20)

BAB V SIMPULAN Pada praktikum ini didapat hasil

Konsentrasi 20%

No Variable Satuan

5 Suhu rata - rata bejana pegering 41.53⁰C

8 Massa susu dalam umpan teruapkan 12.4 gram

16 Persentase perolehan 53,22%

Konsentrasi 25%

No Variable Satuan

5 Suhu rata - rata bejana pegering 60⁰C

8 Massa susu dalam umpan teruapkan 12 gram

(21)

DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis,C.J., Transport Processes and Unit Operation, 3rd ed, 1993, Prentice Hall

Jobsheet Praktikum Laboratorium Teknik Kimia 2 “Spray Dryer” Jurusan Teknik Kimia POLBAN

(22)

LAMPIRAN

A. Pengolahan Data Konsentrasi 20%

DATA 20%

Awal Akhir

176.93 gram 188.56 gram

berat susu 15 gram

26.36 gram

20% Waktu

(menit)

T cyclone T control v udara (km/h) 0 66 13.6 0.5 64 170 13.9 1 62 171 13.9 1.5 42 172 14.4 2 52 172 14.4 2.5 57 171 13.3 3 45 170 13.9 3.5 44 172 15.5 4 44 171 16.2 4.5 47 170 16 5 49 169 16.5 5.5 56 170 16.7 6 60 177 16.4 6.5 56 176 16.2

(23)

7 51 176 16.1 7.5 55 175 15.9 8 55 175 15.9 8.5 61 175 14.1 9 44 176 16.1 9.5 52 175 16.1 10 54 176 15.9 10.5 58 175 15.8 11 58 174 15.8 11.5 49 176 15.8 12 51 176 16.1 12.5 58 176 16.2 13 60 176 16.1 13.5 62 178 16.2 14 64 176 16.5 14.5 65 177 16.9 15 66 176 15.9 15.5 67 177 15.8 16 68 175 15.7 16.5 69 173 15.9 17 70 160 16 17.5 70 163 16.2 18 63 156 16.1 18.5 66 149 16.2 19 63 142 16 19.5 64 157 15.9 20 66 136 15.8 Massa susu = 20 g

Volume umpan (susu+air) = 100 ml

v udara keluar rata-rata = 15.56 km/h = 4.45 m/s T rata-rata pemanas udara = 174.54 o_C

T udara keluar bejana pengering rata2 = 41.53o_C

Massa jenis umpan =

+− 

(+− ) ∶D 

=

.−. 

(24)

Massa produk kering = (Massa produk +Cawan setelah pemanasan) – (Massa cawan)

= (26.28 – 25.62) gr = 0.66 gr

Massa susu dlm umpan teruapkan=Volume larutan teruapkan× massa susu umpan

_{volume pelarut}

= 10038 ml×

_{ }

 

= . 



Laju alir udara = v×A×ρ

.





dari literatur

=4.45 ms×3.14×0.047 m

4



×1134 grm



=. 

 Jumlah Kalor untuk pemanasan udara

Q=m×Cp×∆T

Dimana Cp pada Trata-rata dari T(174.54°C = 447.54K) dan

T(41.53°C = 314.53K)  (108.035oC= 381.035K) Cp= 1.01119



.

=0.00876 kgs×1.01119 kJkg.K×447.54314.53K

=.

 Volume larutan susu teruapkan

= Volume total umpanVolume larutan sisa

= 100 ml38 ml

=  

 Massa umpan (susu+ air) teruapkan

= Volume larutan susu teruapkan ×ρ



= 62 ml×0.828 gml

= . 

 Laju massa penguapan air

=

   –   

w 

=

.  – . 

_{ }

(25)

 Q penguapan air = m x λ λ didapat dari literatur pada tekanan atmosperic (760 mmHg)

=0.0324×10

−

kg

_{s ×44045}

_{kgmol ×}

kJ

kgmol

_{18 kg}

=. 

 Perhitungan kadar air dan persentase perolehan produk

Kadar air =

  b− cw−  

_{  b− cw}

×100%

= 26.3625.620.66

_{26.3625.62 ×100%}

= . %

Persentase perolehan

=

_{    }

  

×100%

= 0.66 g

_{12.4 g×100% = . %}

B. Pengolahan Data Konsentrasi 25%

DATA 25%

Awal Akhir

176.93 gram 182.16 gram

berat susu 25 gram

26.08 gram

(26)

25% Waktu

(menit)

T cyclone T control v udara (km/h) 0 64 169 15.1 0.5 57 170 15.1 1 63 171 14.2 1.5 66 172 17.5 2 68 171 16.5 2.5 59 170 15.6 3 54 171 16.2 3.5 50 173 16.4 4 46 174 17.2 4.5 43 173 14.5 5 41 172 13.6 5.5 49 172 15 6 52 175 17.6 6.5 55 176 17.8 7 57 176 15.3 7.5 59 174 16.7 8 61 174 16.2 8.5 63 176 16.4 9 64 176 17 9.5 66 176 16.7 10 67 175 18.4 10.5 67 172 16.2 11 68 169 17.8 11.5 69 167 18.9 12 69 166 18.2 12.5 69 166 16.7 13 69 166 14.7 13.5 68 164 14.2 14 68 164 15.6 14.5 67 160 14.2 15 67 154 15.5 15.5 59 148 16.5 16 57 151 16.7 16.5 53 155 16.4 17 55 156 16.2 17.5 57 157 16.1 18 58 159 15.9 18.5 59 160 15.9 19 59 162 14.1

(27)

19.5 61 161 16.5

20 59 160 16.9

Massa susu = 25 gr

Volume umpan (susu+air) = 100 ml

v udara keluar rata-rata = 16.15 km/h = 4.48 m/s T rata-rata pemanas udara = 167.14 o_C

T udara keluar bejana pengering rata2 = 60 o_C

Massa jenis umpan =

+− 

(+− ) ∶D 

=

.−. 

[(.−.) ∶ ]

= 0.828 g/ml

Massa produk kering = (Massa produk +Cawan setelah pemanasan) – (Massa cawan)

= (26,06 – 25.62) gr = 0.44 gr

Massa susu dlm umpan teruapkan=Volume larutan teruapkan× massa susu umpan

_{volume pelarut}

= 10052 ml×

_{ }

 

=  



Laju alir udara = v×A×ρ

.





dari literatur

=4.48 ms×3.14×0.047 m

4



×1134 grm



=. 

 Jumlah Kalor untuk pemanasan udara

Q=m×Cp×∆T

Dimana Cp pada Trata-rata dari T(167.14°C = 440.14K) dan

T(60°C = 333K)  (113.57oC= 386.57K) Cp= 1.012



.

=0.0088 kgs×1.012 kJkg.K×440.14333K

=.

(28)

 Volume larutan susu teruapkan

= Volume total umpanVolume larutan sisa

= 100 ml52 ml

=  

 Massa umpan (susu+ air) teruapkan

= Volume larutan susu teruapkan ×ρ



= 48 ml×0.828 gml

= . 

 Laju massa penguapan air

=

   –   

w 

=

.  –  

_{ }

=0.02312



_

=.×

_{− }

 Q penguapan air = m x λ λ didapat dari literatur pada tekanan atmosperic (760 mmHg)

=0.02312×10

−

kg

_{s ×44045}

_{kgmol ×}

kJ

kgmol

_{18 kg}

=. 

 Perhitungan kadar air dan persentase perolehan produk