Spray Dryer

5/26/2018 Spray Dryer

1/12

Oleh: Ir. Ninik Lintang, MSc

1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Proses pemisahanan dengan menggunakan spray dryer atau pengering

hambur adalah suatu operasi ang banak digunakan di industri proses untuk tu!uan

pengeringan atau membentuk partikel dengan cara mengkontakkan larutan tersuspensi

dengan media pemanas ang kering. Pengering !enis ini sering digunakan untuk

memproduksi bahan makanan, misal susu serbuk, kopi instan, sari buah kering serta

bahan "armasi untuk tu!uan penga#etan serta transportasi.

1.2. Tujuan

a.$u!uan Pembela!aran %mum

Mahasis#a mengenal karakteristik pengeringan hambur

Mahasis#a mampu mengoperasikan rangkaian alat pengeringan hambur skala

laboratorium ang dioperasikan secara batch sesuai prosedur operasi standar.

b. $u!uan Pembela!aran &husus : Mahasis#a mampu

Memisahkan solut dalam larutan tersuspensi dari pelarutna, hingga diperoleh

produk serbuk susu ang memenuhi sarat preser'asi

Menghitung la!u penguapan air untuk konsentrasi padatan dalam umpan

ber'ariasi dengan la!u pemanasan tetap

Menghitung ( perolehan produk untuk konsentrasi padatan dalam umpan

ber'ariasi, dengan la!u pemanasan tetap

Menge'aluasi kiner!a alat )spray dryer*jumlah air maksimum yang dapat

diuapkan oleh sistem per jam) dengan mem'ariasikan konsentrasi padatan

dalam umpan dengan la!u pemanasan tetap.

Menghitung e"isiensi pemanasan spra drer

PENGERINGAN HAMBUR (SPRAYDRYING)


2/12

1. 2. DASAR TERI

Spray dryer pada umumna merupakan pengering untuk memisahkan +at

padat dari pelarutna *biasana air, sehingga kandungan air ang tersisa di dalam +at

padat mencapai suatu nilai rendah ang dapat diterima. $eknologi ini sangat ideal

digunakan !ika produk akhir harus memenuhi standar kualitas ang spesi"ik, seperti

distribusi ukuran partikel *misalna katalis, kandungan kelembaban residual, massa

!enis curah *bulk density, serta mor"ologi partikel.

Proses pengeringan dengan spray dryer pada umumna dilakukan terhadap

produk pangan dan "armasi ang berupa larutan suspensi atau pasta ang memenuhi

kriteria sebagai berikut:

*- ahan sensiti" terhadap panas atau akan mengalami kerusakan pada

temperatur tinggi dan kontak dengan pemanas dalam #aktu relati" pan!ang

*/ Larutan mengandung partikel0partikel halus

Sebagai media pemanas biasana digunakan udara panas, tetapi !ika pelarut ang

digunakan bersi"at mudah terbakar, seperti alkohol, atau umpan berupa bahan ang

sensiti" terhadap oksigen, maka digunakan nitrogen sebagai pemanas.

%ntuk memberikan kontak ang e"ekti" antara larutan pekat dengan udara panas,

larutan dikabutkan hingga membentuk butiran halus berukuran sekitar 12 mikron

dengan luas permukaan -/2 m/3liter. Operasi pengkabutan dilakukan melalui no+el

*gambar -.- atau dibantu oleh alat cakram, ang pada umumna berdiameter 120412

mm, ang berputar dengan kecepatan tinggi disesuaikan dengan produk ang

dihamburkan. Media pemanas mengalir searah *cocurrent dengan cairan umpan,

ataupun berla#anan arah. 5liran searah memberikan #aktu tinggal partikel dalam

drying chamberang cukup singkat dan siklon beroperasi secara e"isien, sedangkan

aliran media pengering berla#anan arah akan memperpan!ang #aktu tinggal, dan

biasana sistem dilengkapi dengan unggun ter"luidisasi.

utiran halus ang berkontak dengan aliran media panas akan kehilangan kandungan

pelarutna *pada permukaan partikel dengan cepat, menghasilkan butiran ang

bersi"at dapat mengalir bebas, tetapi tetap tersuspensi di dalam media pengering

*dalam drying chamber.


3/12

6ambar - No+el untuk pengkabutan umpan

&emudian serbuk kering dipisahkan dari

udara lembap di dalam siklon ang

beker!a berdasarkan gaa sentri"ugal.

6aa sentri"ugal menebabkan kenaikan

kecepatan campuran udara3uap air0serbuk

ang masuk ke sistem siklon.

Partikel serbuk ang lebih berat terkumpul di dinding siklon dan !atuh ke

be!ana 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 dryerdikombinasikan 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.

Nera!a "a##a $a%atan

Massa padatan dalam umpan masuk 7 Massa padatan dalam larutan tak

teruapkan 8 massa produk *serbuk kering


4/12

Per#en $er&le'an $r&%uk

Persen perolehan produk adalah rasio antara massa produk kering terhadap padatan

ang terkandung di dalam umpan, sesuai persamaan:

( perolehan 7 * massa produk 3 massa padatan dalam umpan teruapkan 9 -22(

Massa produk : produk ang terkumpul di dalam siklon dan penampung

Massa padatan dalam umpan 7

*'ol umpan a#al 'ol sisa umpan 'ol umpan dlm penampung 'ol umpan dlm

perpipaan 9 *massa padatan3'ol lart. umpan a#al

Penukaran Pana# ('eat e!'ange

Proses penukaran massa dan panas antara butiran umpan dengan udara pemanas

ditun!ukkan pada gambar / berikut:

Ga"ar 2. Mekan*#"e $enukaran $ana# ut*ran %engan u%ara $ana#

Pelarut akan menguap dengan mengambil energi ang dilepaskan oleh udara

panas *dan kering.

E+alua#* Data terukur

Massa air masuk ke dryer M;-7 ? 7 M>;= 4@22 3 ;3m4h

La!u alir udara M57 M>;3 *9/ 9- *kg3s&onsumsi energi untuk pemanasan udara B57 M5= *h5- h52 *k;


5/12

Aring air speci"ic consumption m57 - 3 *9/ 9- *kg d.a.3kg >;

*kg d.a.3kg >;

,eterangan-

Massa cairan teruapkan M-*kg3hAried liCuid concentration *dr mass AM-*(

&adar air dalam serbuk ;/*(

$emperatur udara luar t52*D?

&elembaban spesi"ik udara luar 927 9-*kg3kg dr air

$emperatur udara pemanas masuk t5-

$emperatur udara keluar t5/*D?

&apasitas e'aporati" spesi"ik nata >?E*kg3m4h

*Eeal 'alue o" the speci"ic e'aporati'e capacit

Note: densit air dan udara diambil dari tabel, enthalp, speci"ic moistures dan#et bulb temperature diambil dari diagram Mollier h 9 udara basah

*pschrometrics chart.

Nilai $, >dan >? plot pada diagram tergantung pada t5-.

Ga"ar Pe"a!aan D*agra" M&ll*er


6/12

. PER/BAAN

.1. Alat %an Ba'an

*- Seperangkat alat pengering hambur *lihat gambar

*/ Pompa dosing

*4 Neraca teknis

*F Neraca analitis

(5) Stop watch

*@ 5nemometer

*G 6elas kimia -222 ml

*H 6elas ukur -22 ml* Spatula

*-2 ?a#an

*-- &aca arlo!i

*-/ Mikroskop

*-4 O'en

*-F Susu bubuk ang dilarutkan dalam aCuades atau susu mur

solution

Ga"ar 0 Ske"a $eralatan #$ra %rer


7/12

Praktikum Operasi Teknik Kimia II G


8/12

.2. Langka' ,erja

5. Persiapan alat

*- Eangkai alatspray dryer

*/ uka 'al'e udara tekan hingga tekanan / bar, la!u alir blo#er pada skala /

*4 Nalakan pemanas udara, set temperatur -H2o?

*F Set temperatur udara keluar dari be!ana pengering G1o?

. Pembuatan larutan:

uat larutan dari susu serbuk, */2( #3' dan 42( #3' masing0masing dengan

'olume -22 ml

?. Proses Pengeringan denganspray dryer

*- $imbang dring chamber, siklon, dan labu penampung produk. ?atat berat

kosong masing0masing alat.

*/ Masukkan larutan susu ke dalam be!ana umpan

*4 Setelah temperatur udara keluar dari be!ana pengering mencapai JG12?,

nalakan pompa umpan dengan la!u alir besar

*F 5mati aliran umpan pada selang, !ika aliran telah mendekati no+el atur la!u

alir umpan men!adi @ ml3min

*1 5mati keluaran umpan pada no+el, !ika butiran umpan telah keluar *ditandai

dengan turunna suhu udara keluar dari be!ana pengering catat #aktu

sebagai a#al proses pengeringan

*@ ?atat perubahan temperatur ang ter!adi pada setiap 42 detik

*G %kur kecepatan udara keluar dari "an *dengan anemometer

*H Proses pengeringan dilakukan selama sekitar /2 menit, hentikan proses

pengeringan

* &eluarkan larutan susu dari be!ana umpan, perpipaan dan penampungan, ukur

'olume masing0masing, catat 'olume total larutan tak teruapkan

*-2Kitung 'olume larutan susu ang mengalami pengeringan *


9/12

*--Kitung la!u penguapan air *pelarut

*-/Setelah dingin, timbang dring chamber, siklon, dan labu penampung produk.

?atat massa produk dalam masing0masing alat.

*-4kumpulkan produk susu bubuk di siklon dan labu penampung produk

*-F$imbang produk susu

*-15mbil cuplikan produk untuk pengamatan mor"ologi 3 bentuk partikel di

ba#ah mikroskop

*-@Panaskan sisa produk susu di dalam o'en pada temperatur H2 o? hingga berat

konstan, untuk analisa kandungan air

*-GKitung ( perolehan produk *7 berat produk basah3 berat susu dalam

lart.umpan ang mengalami pengeringan -22(

*-H%langi langkah -0-1 diatas dengan 'ariabel konsentrasi padatan dalam umpan

berbeda

*-andingkan kualitas produk *massa !enis, bentuk partikel, kandungan air dan

(perolehan untuk umpan dengan konsentrasi padatan berbeda

*/2 5mati ukuran dan bentuk partikel pada kedua percobaan.

0. ,ESELAMATAN ,ERA

*- Lakukan sesuai dengan SOP

*/ Pergunakan sarung tangan dan kacamata

3. PENGLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN

3.1 Data Penga"atan

Larutan /2( padatan, 'ol a#al 7 -22 ml massa padatan 7 /2 g

$emperatur udara pemanas, 'ariasikan : -G2? -12? dan -42?

T ("en*t) Te"$ u%ara

kel &/

/2

Praktikum Operasi Teknik Kimia II


10/12

Pre%ur $er'*tungan-

Neraca massa $otal : M-7 M/8 M>;

Neraca massa padatan kering AM/7 -22 ;/ ... *(

M-= AM-7 M/= AM/

M/7 M-= AM-3 AM/ ... *kg3s

Massa air teruapkan : M>;7 M- M/ ... *kg e.#.3h

*M/ 7 'ol.lart sisa dlm perpipaan 8 penampung umpan 8 peanm. b#h dring

chamberQ 9 lart

Massa udara pengering: M57 M>;3 *4@22=*9/ 9- ... *kg3s

&onsumsi >nergi untuk pemanasan udara

B57 M5= *h5-0 h52 ... *k;

Note: nilai 9/, h52dan h5-dari diagram h s . * ideal isoenthalpic

>"isiensi $ermalDryer $7 *t5- t5/ 3 *t5- t52 *(

>"isiensi >'aporati"Dryer >7 *t5- t5/ 3 *t5- t5;/ *(

Aari diagram hubungan speci"ic e'aporati'e capacit dengan temperature udara

panas, untuk temperature tertentu t5-speci"ic e'aporati'e capacit >? 7 R

1.3.2 Pe"a'a#an

-. Menghitung kadar air produk kering dari kedua 'ariasi umpan

/. Membandingkan la!u penguapan air pada umpan dengan ( padatan

ang berbeda

4. Membandingkan ( perolehan produk dari umpan dengan ( padatan

ang berbeda

Pertanyaan

1. Sebutkan contoh produk yang biasa diproses dengan spray dryer.

2. Sebutkan bagian-bagian utama alat spray dryer

Praktikum Operasi Teknik Kimia II -2


11/12

3. Suatu larutan mengandung 10% total padatan. Berapa jumlah air yang harus

diuapkan dari 1000 kg larutan untuk mendapatkan serbuk dengan kadar air 4%?

Jika larutan terlebih dulu dievaporasi hingga menjadi 50% total padatan, berapa

volume larutan pekat yang akan dikeringkan spray dryer? Dan berapa volume air

yang harus diuapkan dari konsentrat untuk membuat produk serbuk dengan kadar

air 4%?

4. Apakah keuntungan perlakuan evaporasi sebelum pengeringan dengan spray

dryer?

5. Apa yang dimaksud dengan "atomizing" pada proses pengeringan dengan spray

dryer?

6. Apakah perbedaan bentuk butiran produk dari umpan dengan konsentrasi padatan

berbeda?

1.4. DA5TAR PUSTA,A*- 6eankoplis,?.., $ransport Processes and %nit Operation, 4rd ed, -4,

Prentice Kall

Praktikum Operasi Teknik Kimia II --


12/12

Praktikum Operasi Teknik Kimia II -/

Documents

Spray Dryer