Laporan Spray Dryer Kelompok 3

LABORATORIUM TEKNIK KIMIA 2

SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2015/2016

MODUL

: SPRAY DRYER

PEMBIMBING

: Ir. Tri Haryadi, M.T

Tanggal Praktikum

: 11 April 2016

Tanggal Penyerahan

: 18 April 2016

Oleh : Kelompok

:

 Nama

:

Kelas

:

III Irinda Fitri  Nabila Suri Oktaviani Rizal Aprian Taofik Tri Sudrajat

(141411043) (141411048) (141411056) (141411059)

2B

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2016

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 far masi untuk tujuan  pengawetan serta transportasi. 1.2 Tujuan 1. Tujuan Pembelajaran Umum  Mahasiswa mengenal karakteristik pengeringan hambur  Mahasiswa mampu mengoperasikan rangkaian alat pengeringan hambur skala laboratorium yang dioperasikan secara batch sesuai prosedur operasi standar  . 2. Tujuan Pembelajaran Khusus : Mahasiswa mampu  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 dengan laju pemanasan tetap  Menghitung % perolehan produk untuk konsentrasi padatan dalam umpan  bervariasi, dengan laju pemanasan tetap  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.  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 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 mengalir bebas, tetapi tetap tersuspensi di dalam media pengering (dalam drying chamber ).

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.

Gambar 1 Nozel untuk pengkabutan umpan

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 150-175 oC. 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 65 o 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 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 / V DC

(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 / (x 2 –  x1)

(kg d.a./kg EW) (kg d.a./kg EW)

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 (Real value of the specific evaporative capacity)

ECR  (kg/m3h)

 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

BAB III PERCOBAAN 3.1

Alat & Bahan

solution

Gambar 4 Skema peralatan spray dryer

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

3.2 Prosedur Kerja a. Persiapan Alat Rangkai alat

Buka valve udara

Buka valve laju

 spray drye

tekan hingga

alir blower pada

tekanan 2 bar.

skala 2.

 Nyalakan

Set temperatur

 pemanas udara,

udara keluar dari

set temperatur

 bejana pengering

180oC

75 oC

b. Pembuatan Larutan

Timbang susu

Larutkan sampai 100 ml

 bubuk masing 20

sehingga mempunyai

gr, dan 25 gram.

konsentrasi 20% dan 25% (w/v)

c. Pengeringan dengan spray dryer Timbang dan catat  berat kosong drying chamber, siklon, dan labu penampung

Masukkan larutan

Atur suhu udara

susuke dalam

keluar dari bejana

 bejana umpan.

 produk.

Jika aliran telah

Amati keluaran umpan,

mendekati nozel atur

 jika butiran umpan

laju alir umpan

telah keluar catat waktu

 pengering mencapai

 Nyalakan pompa umpan dengan laju alir besar.

±750C.

Catat perubahan

Ukur kecepatan

temperatur yang

udara keluar dari

terjadi pada setiap

fan (dengan

 pengeringan

30 detik

anemometer)

Proses

Keluarkan larutan

Ukur volume

 pengeringan

susu dari bejana

masing-masing, catat

dilakukan selama

umpan, perpipaan

volume total larutan

sekitar 20 menit.

dan penampungan.

Hitung volume larutan susu yang mengalami  pengeringan

menjadi 6 ml/min

sebagai awal proses

tak teruapkan

Hitung laju  penguapan air (pelarut)

Timbang produk susu

Bandingkan kualitas produk

Setelah dingin, timbang drying chamber, siklon, dan labu  penampung produk.

Ambil dan panaskan  produk susu di dalam oven pada temperatur 80oC untuk analisa kandungan air

Proses pengeringan dilakukan selama sekitar 15 menit.

Catat massa

kumpulkan produk

 produk dalam

susu bubuk di siklon

masing-masing

dan labu penampung

alat.

Hitung %  perolehan produk

 produk

Ulangi langkah tersebut dengan variabel konsentrasi  padatan dalam umpan berbeda

BAB IV DATA PENGAMATAN 4.1 Data Percobaan 4.1.1 Data Percobaan Konsentrasi 20% DATA

20%

Berat cyclone Berat drying chamber Labu penampung produk Labu penampung yg tak teruapkan Diameter penampang

Awal 705 gram

Akhir 720 gram

1616 gram 200 gram 176.93 gram

1620 gram 204.2 gram 188.56 gram

4.7 cm (r = 2.35) 17.34 cm 2 15 gram

Luas penampang berat susu

100 ml

Volume umpan

38 ml 33.75 gram 52.98 gram

Piknometer kosong Piknometer + susu

52.2 gram 26.36 gram

Piknometer + air Produk wadah sebelum pemanasan Produk setelah pemanasan

26,28 gram 25.62 gram 26.36 gram

berat cawan berat cawan + produk

20% Waktu (menit)

T cyclone

T control

v udara (km/h) 13.6

0

66

0.5

64 62 42

170 171 172

13.9 13.9 14.4

52 57

172 171

14.4 13.3

5

45 44 44 47 49

170 172 171 170 169

13.9 15.5 16.2 16 16.5

5.5

56

170

16.7

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

6

60

177

16.4

6.5

56 51 55

176 176 175

16.2 16.1 15.9

55 61

175 175

15.9 14.1

44 52 54

176 175 176

16.1 16.1 15.9

58 58

175 174

15.8 15.8

49 51 58

176 176 176

15.8 16.1 16.2

60 62 64 65 66

176 178 176 177 176

16.1 16.2 16.5 16.9 15.9

67 68 69 70 70 63 66 63 64 66

177 175 173 160 163 156 149 142 157 136

15.8 15.7 15.9 16 16.2 16.1 16.2 16 15.9 15.8

7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 17.5 18 18.5 19 19.5 20

Konsentrasi 20% No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Variable

Massa Susu Volume umpan (Susu + Air) Kec. Udara rata – rata Suhu rata - rata udara Suhu rata - rata bejana pegering Massa jenis umpan Massa produk kering Massa susu dalam umpan teruapkan Laju alir udara Kalor pemanasan udara

Satuan 20 gram

100 ml 4.45 m/s 174.54 ⁰C 41.53 ⁰C 0.828 g/ml 0.66 gram 12.4 gram 8.76 gram/s 1.178 kJ/s

11 Volume larutan susu teruapkan 12 Massa umpan teruapkan

62 ml 51.336 gram 0,000324 kg/s 0.079 kJ/s 10.81% 53,22%

13 Laju massa penguapan air 14 Kalor penguapan air 15 Kadar air (perolehan produk) 16 Persentase perolehan

4.1.2 Data Percobaan Konsentrasi 25% DATA

25% Awal 705 gram

Akhir 721 gram

1616 gram 200 gram 176.93 gram

1622 gram 200.62 gram 182.16 gram

Berat cyclone Berat drying chamber Labu penampung produk Labu penampung yg tak teruapkan

4.7 cm (r = 2.35) 17.34 cm2 25 gram 100 ml 52 ml 33.75 gram 52.98 gram 52.2 gram 26.08 gram

Diameter penampang Luas penampang berat susu Volume umpan Piknometer kosong Piknometer + susu Piknometer + air Produk wadah sebelum pemanasan Produk setelah pemanasan

26,06 gram 25.62 gram 26.24 gram

berat cawan berat cawan + produk

25% Waktu (menit)

T cyclone

T control

0

64 57 63 66 68 59 54 50 46

169 170 171 172 171 170 171 173 174

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

v udara (km/h) 15.1

15.1 14.2 17.5 16.5 15.6 16.2 16.4 17.2

4.5

43

173

14.5

5

41 49 52

172 172 175

13.6 15 17.6

55 57

176 176

17.8 15.3

59 61 63

174 174 176

16.7 16.2 16.4

64 66

176 176

17 16.7

67 67 68

175 172 169

18.4 16.2 17.8

69 69 69 69 68

167 166 166 166 164

18.9 18.2 16.7 14.7 14.2

68 67 67 59 57 53 55 57 58 59 59 61 59

164 160 154 148 151 155 156 157 159 160 162 161 160

15.6 14.2 15.5 16.5 16.7 16.4 16.2 16.1 15.9 15.9 14.1 16.5 16.9

5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 17.5 18 18.5 19 19.5 20

Konsentrasi 25% No Variable 1 Massa Susu 2 Volume umpan (Susu + Air)

Kec. Udara rata – rata Suhu rata - rata udara 5 Suhu rata - rata bejana pegering 6 Massa jenis umpan 3 4

Satuan 25 gram

100 ml 4.48 m/s 167.14 ⁰C 60 ⁰C 0.828 g/ml

7 8 9 10 11 12 13

Massa produk kering Massa susu dalam umpan teruapkan Laju alir udara Kalor pemanasan udara Volume larutan susu teruapkan Massa umpan teruapkan Laju massa penguapan air

14 Kalor penguapan air 15 Kadar air (perolehan produk) 16 Persentase perolehan

0.44 gram 12 gram 8.8 gram/s 0.95 kJ/s 48 ml 39.744 gram 0,0002312 kg/s 0.0566 kJ/s 4.34% 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 (75 oC) 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 %

Massa produk kering

0.66 gr

0.44 gr

Laju massa penguapan air

3.24 x 10 -5 kg/s

8.8 x 10-5 kg/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

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 180 oC dan suhu cyclone pada 75 oC. 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

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 :

Laju penguapan air (kg/s) Kalor penguapan air (kW) Kadar air Produk kering (%)

Konsentrasi 20%

Konsentrasi 25%

6.6 x 10-5 kg/s

4.4 x 10-5 kg/s

0.079 kW

0.0566 kW

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 m 2/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

 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 c yclone) 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 berubahubah 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 -3 kg/s

0.2313 x 10 -3 kg/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

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.

BAB V SIMPULAN

Pada praktikum ini didapat hasil Konsentrasi 20% No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Variable

Massa Susu Volume umpan (Susu + Air) Kec. Udara rata – rata Suhu rata - rata udara Suhu rata - rata bejana pegering Massa jenis umpan Massa produk kering Massa susu dalam umpan teruapkan Laju alir udara Kalor pemanasan udara Volume larutan susu teruapkan Massa umpan teruapkan Laju massa penguapan air Kalor penguapan air Kadar air (perolehan produk) Persentase perolehan Konsentrasi 25% Variable

No 1 Massa Susu 2 Volume umpan (Susu + Air) 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Kec. Udara rata – rata Suhu rata - rata udara Suhu rata - rata bejana pegering Massa jenis umpan Massa produk kering Massa susu dalam umpan teruapkan Laju alir udara Kalor pemanasan udara Volume larutan susu teruapkan Massa umpan teruapkan Laju massa penguapan air

14 Kalor penguapan air 15 Kadar air (perolehan produk) 16 Persentase perolehan

Satuan 20 gram

100 ml 4.45 m/s 174.54 ⁰C 41.53 ⁰C 0.828 g/ml 0.66 gram 12.4 gram 8.76 gram/s 1.178 kJ/s 62 ml 51.336 gram 0,000324 kg/s 0.079 kJ/s 10.81% 53,22%

Satuan 25 gram 100 ml

4.48 m/s 167.14 ⁰C 60 ⁰C 0.828 g/ml 0.44 gram 12 gram 8.8 gram/s 0.95 kJ/s 48 ml 39.744 gram 0,0002312 kg/s 0.0566 kJ/s 4.34% 3.67%

DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis,C.J., Transport Processes and Unit Operation, 3 rd ed, 1993, Prentice Hall Jobsheet Praktikum Laboratorium Teknik Kimia 2 “Spray Dryer” Jurusan Teknik Kimia POLBAN

LAMPIRAN

A. Pengolahan Data Konsentrasi 20% DATA

20%

Berat cyclone Berat drying chamber Labu penampung produk Labu penampung yg tak teruapkan

Awal 705 gram

Akhir 720 gram

1616 gram 200 gram 176.93 gram

1620 gram 204.2 gram 188.56 gram

4.7 cm (r = 2.35) 17.34 cm 2

Diameter penampang Luas penampang

15 gram

berat susu

100 ml

Volume umpan

38 ml 33.75 gram 52.98 gram 52.2 gram

Piknometer kosong Piknometer + susu Piknometer + air Produk wadah sebelum pemanasan

26.36 gram

Produk setelah pemanasan

26,28 gram 25.62 gram 26.36 gram

berat cawan berat cawan + produk

20% Waktu (menit)

T cyclone

T control

0

66 64

v udara (km/h) 13.6

170

13.9

62 42 52

171 172 172

13.9 14.4 14.4

57 45 44 44 47

171 170 172 171 170

13.3 13.9 15.5 16.2 16

49 56 60 56

169 170 177 176

16.5 16.7 16.4 16.2

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

7

51

176

16.1

7.5

55 55 61

175 175 175

15.9 15.9 14.1

44 52

176 175

16.1 16.1

54 58 58

176 175 174

15.9 15.8 15.8

49 51

176 176

15.8 16.1

58 60 62

176 176 178

16.2 16.1 16.2

64 65 66 67 68

176 177 176 177 175

16.5 16.9 15.9 15.8 15.7

69 70 70 63 66 63 64 66

173 160 163 156 149 142 157 136

15.9 16 16.2 16.1 16.2 16 15.9 15.8

8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 17.5 18 18.5 19 19.5 20

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 oC

T udara keluar bejana pengering rata 2 = 41.53 oC Massa jenis umpan

+−  (+− ) ∶D  .−.   = 0.828 g/ml = [(.−.) ∶ ] =

Massa produk kering

= (Massa produk +Cawan setelah pemanasan) –  (Massa cawan) = (26.28 –  25.62) gr = 0.66 gr

susu umpan Massa susu dlm umpan teruapkan=Volume larutan teruapkan× massa volume pelarut = 10038 ml×   = .  Laju alir udara = v×A×ρ.  =4.45 ms ×3.14× 0.4047 m ×1134 mgr =.  Q=m×Cp×∆T  

 dari literatur 

 Jumlah Kalor untuk pemanasan udara

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

.

kJ × 447.54314.53K =0.00876 kgs ×1.01119 kg.K =.  = Volume total umpanVolume larutan sisa = 100 ml38 ml =   = Volume larutangsusu teruapkan ×ρ = 62 ml×0.828 ml = . 

 Volume larutan susu teruapkan

 Massa umpan (susu+ air) teruapkan

 Laju massa penguapan air

–    =    w  = . – .   =0.0324  =.×− 

 Q penguapan air = m x λ

 λ didapat dari literatur pada tekanan atmosperic (760

mmHg)

kJ × kgmol =0.0324×10− kgs ×44045 kgmol 18 kg =.  cw −   ×100% Kadar air =  b−  b− cw  = 26.3625.620.66 26.3625.62 ×100% = . % Persentase perolehan =   ×100% = 0.12.664 gg ×100% = . %

 Perhitungan kadar air dan persentase perolehan produk

B. Pengolahan Data Konsentrasi 25% DATA Berat cyclone Berat drying chamber Labu penampung produk Labu penampung yg tak teruapkan Diameter penampang Luas penampang berat susu Volume umpan Piknometer kosong Piknometer + susu Piknometer + air Produk wadah sebelum pemanasan

25% Awal 705 gram

Akhir 721 gram

1616 gram 200 gram

1622 gram 200.62 gram

176.93 gram

182.16 gram

4.7 cm (r = 2.35) 17.34 cm2 25 gram 100 ml 52 ml 33.75 gram 52.98 gram 52.2 gram 26.08 gram

berat cawan

26,06 gram 25.62 gram

berat cawan + produk

26.24 gram

Produk setelah pemanasan

25% Waktu (menit)

T cyclone

T control

v udara (km/h)

0

64 57 63 66 68

169 170 171 172 171

15.1 15.1 14.2 17.5 16.5

59 54 50

170 171 173

15.6 16.2 16.4

46 43

174 173

17.2 14.5

41 49 52

172 172 175

13.6 15 17.6

55 57

176 176

17.8 15.3

59 61 63

174 174 176

16.7 16.2 16.4

64 66 67 67 68

176 176 175 172 169

17 16.7 18.4 16.2 17.8

69 69 69 69 68

167 166 166 166 164

18.9 18.2 16.7 14.7 14.2

68 67 67 59 57 53 55 57 58 59 59

164 160 154 148 151 155 156 157 159 160 162

15.6 14.2 15.5 16.5 16.7 16.4 16.2 16.1 15.9 15.9 14.1

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 17.5 18 18.5 19

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 oC

T udara keluar bejana pengering rata 2 = 60 oC Massa jenis umpan

Massa produk kering

=

+−  (+− ) ∶D  .−.   = 0.828 g/ml = [(.−.) ∶ ]

= (Massa produk +Cawan setelah pemanasan) –  (Massa cawan) = (26,06 –  25.62) gr = 0.44 gr

susu umpan Massa susu dlm umpan teruapkan=Volume larutan teruapkan× massa volume pelarut = 10052 ml×   =   Laju alir udara = v×A×ρ .  =4.48 ms ×3.14×0.4047 m ×1134 mgr =.  Q=m×Cp×∆T  

 dari literatur 

 Jumlah Kalor untuk pemanasan udara

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

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

.

kJ ×440.14333K =0.0088 kgs ×1.012 kg.K =. 

= Volume total umpanVolume larutan sisa = 100 ml52 ml =    = Volume larutang susu teruapkan ×ρ = 48 ml×0.828 ml = . 

 Volume larutan susu teruapkan

 Massa umpan (susu+ air) teruapkan

 Laju massa penguapan air

 Q penguapan air = m x λ

mmHg)

–    =    w  .    –   =   =0.02312  =.×−   λ didapat dari literatur pada tekanan atmosperic (760

kJ × kgmol =0.02312×10− kgs ×44045 kgmol 18 kg =. 

 Perhitungan kadar air dan persentase perolehan produk

cw−   ×100% Kadar air =  b−  b− cw  = 26.0825.620.44 26.0825.62 ×100% = . % Persentase perolehan =   ×100% = 0.1244gg ×100% = . %