Alat Pengeringan (Spray Dryer)

(1)

SATUAN OPERASI II

ALAT PENGERINGAN

“SP

“SPRAY

RAY DRYER”

DRYER”

Oleh :

REZA ZAMZAMI AMIN

J1A014103

PROGRAM STUDI ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN

FA

FAKULT

KULTAS TEKNOLOG

AS TEKNOLOGI PANGAN

I PANGAN DAN AGROINDUS

DAN AGROINDUSTRI

TRI

UNIVERSITAS MATARAM

01!

(2)

ALAT PENGERINGAN

“SPRAY DRYER”

A" PENGERINGAN

Teknologi pemprosesan bahan pangan terus berkembang dari waktu ke waktu. Perkembangan teknologi ini didorong oleh kebutuhan pangan manusia yang terus meningkat yang diakibatkan oleh semakin meningkatnya jumlah penduduk dunia. Pada saat yang sama, luas lahan penghasil bahan pangan makin menyempit. Hal tersebut menyebabkan dibutuhkannya teknologi-teknologi pemrosesan pangan yang mampu meningkatkan kualitas dan kuantitas produk makanan; salah satunya adalah teknologi pengeringan bahan makanan.

Pengeringan adalah suatu peristiwa perpindahan massa dan energi yang terjadi dalam pemisahan cairan atau kelembaban dari suatu bahan sampai batas kandungan air yang ditentukan dengan menggunakan gas sebagai fluida sumber panas dan penerima uap cairan (Sumber:

Treybal, 1980!

Pengeringan makanan memiliki dua tujuan utama. Tujuan pertama adalah sebagai sarana pengawetan makanan. Mikroorganisme yang mengakibatkan kerusakan makanan tidak dapat berkembang dan bertahan hidup pada lingkungan dengan kadar air yang rendah. Selain itu, banyak enzim yang mengakibatkan perubahan kimia pada makanan tidak dapat berungsi tanpa kehadiran air (Sumber : "eank#plis, 199$. Tujuan kedua adalah untuk meminimalkan biaya distribusi bahan makanan karena makanan yang telah dikeringkan akan memiliki berat yang lebih rendah dan ukuran yang lebih ke!il.

Pengeringan merupakan proses penghilangan sejumlah air dari material. "alam pengeringan, air dihilangkan dengan prinsip perbedaan kelembaban antara udara pengering dengan bahan makanan yang dikeringkan. Material biasanya dikontakkan dengan udara kering yang kemudian terjadi perpindahan massa air dari material ke udara pengering.

(3)

"alam beberapa kasus, air dihilangkan se!ara mekanik dari material padat dengan !ara di- press, sentriugasi dan lain sebagainya. #ara ini lebih murah dibandingkan pengeringan dengan menggunakan panas. $andungan air dari bahan yang sudah dikeringkan ber%ariasi bergantung dari produk yang ingin dihasilkan. &aram kering mengandung '.() air, batu bara mengandung *) air dan produk makanan mengandung sekitar () air. +iasanya pengeringan merupakan proses akhir sebelum pengemasan dan membuat beberapa benda lebih mudah untuk ditangani.

#" KONSEP DASAR PEGERINGAN

Pengeringan zat padat adalah pemisahan sejumlah ke!il air atau zat !air dari bahan sehingga mengurangi kandungan sisa zat !air di dalam zat padat itu sampai suatu nilai rendah yang dapat diterima. Pengeringan biasanya merupakan langkah terakhir dari sederetan operasi dan hasil pengeringan biasanya siap dikemas. Pemisahan air dari bahan padat dapat dilakukan dengan memeras zat tersebut se!ara mekanik sehingga air keluar, dengan pemisah sentriugal, atau dengan penguapan termal. Pemisahan air se!ara mekanik biasanya lebih murah biayanya, sehingga biasanya kandungan zat !air itu diturunkan terlebih dahulu sebanyak-banyaknya dengan !ara mekanik sebelum diumpankan ke dalam pengering termal. $andungan zat !air dalam bahan yang dikeringkan berbeda dari satu bahan ke bahan lain. da bahan yang tidak mempunyai kandungan zat !air sama sekali bone dry. Pada umumnya zat padat selalu mengandung sedikit raksi air sebagai air terikat. /at padat yang akan dikeringkan biasanya terdapat dalam bentuk serpih lake, bijian granule, kristal !rystal, serbuk powder, lempeng slab, atau lembaran sinambung !ontinous sheet dengan siat-siat yang berbeda satu sama lain. /at !air yang akan diuapkan mungkin terdapat pada permukaan zat padat seperti pada kristal; dapat pula seluruh zat !air terdapat di dalam zat padat seperti pada pemisahan pelarut dari lembaran polimer; atau dapat pula sebagian zat !air sebagian di

luar dan sebagian di dalam. 0mpan pengering mungkin berupa zat !air di mana zat padat melayang sebagai partikel, atau dapat pula berbentuk larutan.

(4)

$adar air ataum#isture c#ntent adalah jumlah air yang terkandung dalam suatu bahan. $adar air dari padatan bisa akan mengalami penurunan selama proses pengeringan berlangsung, yang kemudian akan menurunkan densitasnya. Pada beberapa kasus, bahan kering akan menyusut. $adar air yang terkandung dalam bahan bisa dihitung dengan beberapa !ara, diantaranya, susu kedelai bubuk bisa ditentukan dengan dua basis, yaitu basis basah dan basis kering.

Perhitungan basis basah 1

2 bb 3 kadar air basis basah ) 1 Perhitungan basis kering 1

2bk 3 kadar air basis kering) 1 Mw 3 berat bahan basah Md 3 berat bahan kering

$" KLASIFIKASI PENGERINGAN DAN MEKANISME PENGERINGAN • $lasiikasi Pengeringan

"itinjau dari pergerakan bahan padatnya, pengeringan dapat dibagi menjadi dua, yaitu pengeringan batch dan pengeringan kontinyu. Pengeringan batch adalah pengeringan dimana bahan yang dikeringakan dimasukan ke dalam alat pengering dan didiamkan selama waktu yang ditentukan. Pengeringan kontinyu adalah pengeringan dimana bahan basah masuk se!ara sinambung dan bahan kering keluar se!ara sinambung

dari alat pengering.

+erdasarkan kondisi isik yang digunakan untuk memberikan panas pada sistem dan memindahkan uap air, proses pengeringan dapat

dibagi menjadi tiga, yaitu1 (Sumber: "eank#plis, 199$ 1" Pe%&e'(%&)% *+%,)* l)%&-.%&

Menggunakan udara panas sebagai medium pengering pada tekanan atmoserik. Pada proses ini uap yang terbentuk terbawa oleh udara.

(5)

Menggunakan logam sebagai medium pengontak panas atau menggunakan eek radiasi. Pada proses ini penguapan air berlangsung lebih !epat pada tekanan rendah.

3" Pe%&e'(%&)% e*.

Pengeringan yang melibatkan proses sublimasi air dari suatu material beku

• Me*)%(-e Pe%&e'(%&)%

$etika benda basah dikeringkan se!ara termal, ada dua proses yang berlangsung se!ara simultan, yaitu 1

1" Pe'2(%)h)% e%e'&( )'( l(%&*.%&)% .%,.* e%&.)2*)% )(' )%& ,e')2), ( 2e'.*))% e%) 2)),

Perpindahan energi dari lingkungan ini dapat berlangsung se!ara konduksi, kon%eksi , radiasi, atau kombinasi dari ketiganya. Proses ini dipengaruhi oleh temperatur, kelembapan, laju dan arah aliran udara, bentuk isik padatan, luas permukaan kontak dengan udara dan tekanan. Proses ini merupakan proses penting selama tahap awal pengeringan ketika air tidak terikat dihilangkan. Penguapan yang terjadi pada permukaan padatan dikendalikan oleh peristiwa diusi uap dari permukaan padatan ke lingkungan melalui lapisan ilm tipis udara " Pe'2(%)h)% )--) )(' )%& ,e')2), ( )l) e%) *e

2e'.*))%

$etika terjadi penguapan pada permukaan padatan, terjadi perbedaan temperatur sehingga air mengalir dari bagian dalam benda padat menuju ke permukaan benda padat. Struktur benda padat tersebut akan menentukan mekanisme aliran inter nal air.

D" S2') D'(%&

Spray drying merupakan suatu proses pengeringan untuk mengurangi kadar air suatu bahan sehingga dihasil kan produk berupa bubuk melalui penguapan !airan. Spray drying menggunakan atomisasi !airan untuk

membentuk droplet, selanjutnya droplet yang terbentuk dikeringkan menggunakan udara kering dengan suhu dan tekanan yang tinggi. +ahan yang digunakan dalam pengeringan spry drying dapat berupa suspensi, dispersi maupun emulsi. Sementara produk akhir yang dihasilkan dapat

(6)

berupa bubuk, granula maupun aglomerat tergantung siat isik-kimia bahan yang akan dikeringkan, desain alat pengering dan hasil akhir produk yang diinginkan.

De-)(% S2') D'e'

 to m iz e r

tomizer merupakan bagian terpenting pada spray drier dimana memili ki ungsi untuk menghasilkan droplet dari !airan yang akan dikeringkan. "roplet yang terbentuk akan didistribusikan disemprotkan se!ara merata pada alat pengering agar terjadi kontak dengan udara panas. 0kuran droplet yang dihasilkan tidak boleh terlalu besar karena proses pengeringan tidak akan berjalan dengan baik. "isamping itu ukuran droplet juga tidak boleh terlalu

ke!il karena menyebabkan terjadinya o%er heating.

#h a mber

#hamber merupakan ruang dimana terjadi kontak antara droplet !airan yang dihasilkan oleh atomizer dengan udara panas untuk pengeringan. $ontak udara panas dengan droplet akan menghasilkan bahan kering dalam bentuk bubuk. +ubuk yang terbentuk akan turun ke bagian bawah !hamber dan akan

dialirkan dalam bak penampung.

Hea te r

Heater berungsi sebagai pemanas udara yang akan digunakan sebagai pengering. Panas yang diberikan harus diatur sesuai dengan karakteristik

(7)

bahan, ukuran droplet yang dihasilkan dan jumlah droplet. Suhu udara pengering yang digunakan diatur agar tidak terjadi o%er heating.

# y ! lo n e

#y!lone berungsi sebagai bak penampung hasil proses pengeringan. +ubuk yang dihasilkan akan dipompa menuju #y!lone.

+ a g 4 il ter

+ag 4ilter berungsi untuk menyaring atau memisahkan udara setelah digunakan pengeringan dengan bubuk yang terbawa setela h proses

Me*)%(-e *e'5) -2') '(%&

Prinsip dasar Spray drying adalah memperluas permukaan !airan yang akan dikeringkan dengan !ara pembentukan droplet yang selanjutnya dikontakkan dengan udara pengering yang panas. 0dara panas akan memberikan energi untuk proses penguapan dan menyerap uap air yang keluar dari bahan.

+ahan !airan yang akan dikeringkan dilewatkan pada suatu nozzle saringan bertekanan sehingga keluar dalam bentuk butiran droplet yang sangat halus. +utiran ini selanjutnya masuk kedalam ruang pengering yang dilewati oleh aliran udara panas. Hasil pengeringan berupa bubuk akan berkumpul dibagian bawah ruang pengering yang selanjutnya dialirkan ke bak penampung.

Se!ara umum proses pengeringan dengan metode spray drying melalui ( tahap 1

1" Pe%e%,.)% *+%-e%,')-( : konsentrasi bahan yang akan dikeringkan harus tepat, kandungan bahan terlarut 5') hingga ('). 6ika bahan yang digunakan sangat en!er dengan total padatan terlarut yang sangat rendah maka harus dilakukan pemekatan terlebih dahulu melalui proses e%aporasi. 6ika kadar air bahan yang akan dikeringkan terlalu tinggi maka proses spray drying kurang maksimal dimana bubuk yang dihasilkan masih mengandung kadar air yang tinggi. Selain itu juga menyebabkan kebutuhan energi yang tinggi dalam proses pengeringan.

(8)

Perbandingan konsumsi energy yang akan dibutuhkan sesuai dengan Total Solid konsentrasi eed bahan yang masuk ke dalam spray drying1

- 7' ) 3 85.9(' k6:kg powder  *') 3 5.<=' k6:kg Powder - 8') 3 7'.*9' k6:kg powder  (') 3 8.9>' k6:kg powder - 5') 3 9.7=' k6:kg powder

" A,+(6),(+% : +ahan yang akan dimasukkan dalam alat spray drier harus dihomogenisasikan terlebih dahulu agar ukuran droplet yang dihasilkan seragam dan tidak terjadi penyumbatan atomizer. Homogenisasi dilakukan dengan !ara pengadukan. selanjutnya bahan dialirkan kedalam atomizer berupa ring:wheel dengan lubang-lubang ke!il yang berputar. tomization merupakan proses pembentukan droplet, dimana bahan !air yang akan dikeringkan dirubah ukurannya menjadi partikel droplet yang lebih halus. Tujuan dari atomizer ini adalah untuk memperluas permukaan sehingga pengeringan dapat terjadi lebih !epat. Pada ?ndustri makanan, luas permukaan droplet setelah melalui atomizer adalah men!apai 7-*'' mikrometer.

3" K+%,)* '+2le, e%&)% .)') 2e%&e'(%& : Pada sebagian besar spray dryer, nozzle atomizer tersusun melingkar. "an pada tengahnya disemprotkan udara panas bertekanan tinggi dengan suhu men!apai 5'' '

#. 0dara panas dan droplet hasil atomisasi disemprotkan ke bawah. $ondisi ini menyebabkan terjadinya kontak antara droplet dengan udara panas sehingga terjadi pengeringan se!ara simultan.

4" Pe%&e'(%&)% '+2le, : adanya kontak droplet dengan udara panas menyebabkan e%aporasi kadungan air pada droplet hingga <() sehingga dihasilkan bubuk. +ubuk yang telah kering jatuh ke bawah drying !hamber ruang pengering yang berukuran tinggi sekitar 8( m dan diameter ( m. dari atas !hamber hingga men!apai dasar hanya memerlukan waktu selama beberapa detik.

7" Se2)')-( : udara hasil pengeringan dipisahkan dengan pengambilan udara yang mengandung serpihan serbuk dalam !hamber, selanjutnya udara akan memasuki separator. 0dara hasil pengeringan dan serpihan serbuk dipisahkan dengan menggunakan gaya sentriulgal. Selanjutnya udara

(9)

dibuang, dan serpihan bahan dikembalikan dengan !ara di blow sehingga bergabung lagi dengan produk dalam line proses.

P)')e,e' *'(,(- -2') '(%&

7. Suhu pengering yang masuk 1 Semakin tinggi suhu udara yang digunakan untuk pengeringan maka proses penguapan air pada bahan akan semakin !epat, namun suhu yang tinggi memungkinkan terjadinya kerusakan se!ara isik maupun kimia pada bahan yang tidak tahan panas. 8. Suhu pengering yang keluar 1 Suhu pengering yang keluar mengontrol

kadar air bahan hasil pengeringan bubuk yang terbentuk.

5. @iskositas bahan larutan yang masuk 1 @iskositas bahan yang akan dikeringkan mempengaruhi partikel yang keluar melalui nozel. @iskositas yang rendah menyebabkan kurangnya energi dan tekanan dalam menghasilkan partikel pada at#mi%ati#n.

*. 6umlah padatan terlarut 1 6umlah padatan terlarut pada bahan yang masuk diatas 5') agar ukuran partikel yang terbentuk tepat.

(. Tegangan permukaan 1 Tegangan permukaan yang tinggi dapat menghambat proses pengeringan, umumnya untuk menurunkan tegangan permukaan dilakukan penambahan emulsiier. Amulsiier juga dapat

menyebabkan ukuran partikel yang keluar dari nozzle lebih ke!il sehingga memper!epat proses pengeringan.

9. Suhu bahan yang masuk 1 Peningkatan suhu bahan yang akan dikeringkan sebelum memasuki alat akan membawa energi sehingga proses pengeringan akan lebih !epat.

=. Tingkat %olatilitas bahan pelarut 1 bahan pelarut dengan tingkat %olatilitas yang tinggi dapat memper!epat proses pengeringan. Bamun dalam prakteknya air menjadi pelarrut utama dalam bahan pangan yang dikeringkan.

>. +ahan dasar nozzle umumnya terbuat dari stainless steel karena tahan karat sehingga aman dalam proses penggunaannya.

(10)

• $apasitas pengeringan besar dan proses pengeringan terjadi dalam

waktu yang sangat !epat. $apasitas pengeringan men!apai 7'' ton:jam.

• Tidak terjadi kehilangan senyawa %olatile dalam jumlah besar aroma • #o!ok untuk produk yang tidak tahan pemanasan tinggi protein

• Memproduksi partikel kering dengan ukuran, bentuk, dan kandungan

air serta siat-siat lain yang dapat dikontrol sesuai yang diinginkan

• Mempunyai kapasitas produksi yang besar dan merupakan system

kontinyu yang dapat dikontrol se!ara manual maupun otomatis

Ke*.')%&)% -(-,e S2') D'(%&

• Memerlukan biaya yang !ukup tinggi

• Hanya dapat digunakan pada produk !air dengan tingkat

kekentalan tertentu

• Tidak dapat diaplikasikan pada produk yang memiliki siat

lengket karena akan menyebabkan penggumpalan dan penempelan pada permukaan alat