Dring untuk zat padat dan tapal (pasta).

Transkripsi

1 PENGERTIAN DRYING Drying merupakan salah satu proses pengambilan sejumlah cairan yang terkandung didalam suatu bahan (padatan) dengan menggunakan medium berupa gas atau udara yang dilewatkan melalui bahan tersebut sehingga kandungan cairan menjadi berkurang karena menguap (Badger,1955). Drying banyak digunakan dalam berbagai macam industri, baik industri besar maupun kecil. Tujuan dari proses pengeringan ini berbeda antara lain adalah untuk mengawetkan suatu bahan, menghilangkan uap beracun, mengurangi biaya pengangkutan, membuat bahan dengan kandungan air tertentu, membunuh mikroorganisme dalam bahan dan memperingan bahan. Sebagian besar industri yang menghasilkan produk padatan menggunakan proses drying, antara lain : Industri pigmen, kertas, polymer, ceramik, kulit, kayu, dan makanan (McKetta,1983). Proses pengeringan sangat erat hubungannya dengan alat pengering. Pemilihan alat pengering berdasarkan pertimbangan kondisi operasi, kebutuhan energi, biaya perawatan, hasil yang diinginkan, kapasitas, bahan yang diolah, jenis sumber energi alat, efisiensi energi serta pertimbangan-pertimbangan ekonomis (McKetta,1983). Berikut dibawah ini merupakan jenis jenis pengering berdasarkan jenis bahan padat yang akan dikeringkan : I. Dring untuk zat padat dan tapal (pasta). a) Tray Dryers b) Screen - conveyor Dryers c) Tower Dryer d) Rotary Dryer e) Screw Conveyor Dryer f) Fluid Bed Dryer

2 g) Flash Dryer II. Drying untuk larutan dan bubur. a) Spray Dryer b) Thin Film Dryer c) Drum Dryer KLASIFIKASI PENGERING Didalam industri alat-alat drying sangat berfariasi tergantung pada kebutuhan industri yang bersangkutan dan mekanisme transfer panas pada alat pengering dapat secara langsung ataupun tak langsung. Berikut beberapa tipe tipe dari alat pengering dan mekanisme transfer panasnya.

3 Tabel 1 : Jenis Jenis Drying dan Mekanismenya. CARA PENANGANAN ZAT PADAT DALAM PENGERINGAN Kebanyakan pengering pada dunia industry menangani zat padat butiran pada bagian atau pada keseluruhan siklus pengeringannya, ada juga yang mengeringkan benda- benda besar seperti barang barang keramik atau lembaran polimer. Dalam pengeringan adiabatic, zat padat tersebut bersentuhan dengan gas menurut salah satu cara berikut : 1) Gas ditiupkan melntasi permukaan hamparan atau lembaran zat padat, atau melintasi salah satu kedua sisi lembaran atau film sinabung. Proses ini disebut dengan pengeringan dengan sirkulasi silang (cross circulation drying).

4 2) Gas ditiupkan melalui hamparan zat padat butiran kasar yang di tempatkan diatas ayak pendukung. Cara ini disebut dengan pengeringan sirkulasi tembus (through circulation drying). 3) Zat padat disiramkan ke bawah melalui suatu arus gaya ang bergerak perlahan lahan keatas dan kadang kadang dalam hal ini terdapat pembawa ikutan yang tidak dikehendaki daripada partikel halus oleh gas. 4) Gas dialirkan melalui zat padat dengan kecepatan yang cukup untuk memfluidisasikan hamparan. Dalam hal ini tidak dapat dihindarkan terjadinya partikel partikel halus yang terbawa. 5) Zat padat seluruhnya dibawa ikut dengan arus gas kecepatan tinggi dan diangkut secara pneumatic dari piranti pencampur ke pemisah mekanik. Gambar 1 : Interaksi zat padat dengan Gas (McCabe, Warren Lee, 1993) Dalam pengeringan non adiabatic, satu satunya gas yang harus dikeluarkan ialah uap air atau zat pelarut, walaupun kadang kadang sejumlah kecil gas penyapu (sweep gas), biasanya udara atau Nitrogen dilewatkan juga melalui unit itu. Pengering

5 pengering non adiabatic dibeda- bedakan terutama menurut caranya zat padat itu berkontak dengan permukaan panas atau sember kalor lainnya, yaitu diantaranya : 1) Zat padat dihamparkan diatas suatu permukaan horizontal yang stationer atau bergerak lambat dan dimasak hingga kering. Pemanasan tersebut dapat dilakukan dengan listrik atau fluida yang memindahkan kalor, seperti uap atau air panas. 2) Zat padat itu bergerak diatas permukaan panas yang biasanya berbentuk silinder, dengan bantuan pengaduk atau konveyor sekrup (screw conveyor) atau konveyor dayung (paddle conveyor). 3) Zat padat penggelincir dengan gaya gravitasi di atas permukaa panas yang miring atau dibawa naik bersama permukaan itu selama suatu waktu tertentu dan kemudian diluncurkan lagi kesatu lokasi baru. PRINSIP DARI PENGERINGAN Pada proses pengeringan cairan yang dapat diuapkan adalah cairan bebas. Cairan bebas yaitu cairan total dalam bahan dikurangi cairan kesetimbangan ( Perry, 1997 ). Cairan kesetimbangan adalah cairan yang terkandung dalam bahan yang setimbang dengan tekanan uap parsial dalam udara setelah bahan dikenai proses pengeringan yang cukup lama pada kondisi pengeringan konstan (Badger,1955). Cairan terikat (bound moisture) adalah kandungan cairan dari suatu bahan yang berkesetimbangan tekanan uap kurang dari kesetimbangan cairan murni pada temperatur yang sama. Apabila tetap dilakukan proses pengeringan maka akan terjadi kerusakan pada struktur bahan ( Perry, 1997). Cairan tak terikat (unbound moisture ) adalah kandungan cairan dalam suatu bahan yang berkesetimbangan tekanan uap yang sama dengan tekanan uap cairan murni pada temperatur yang sama (Treybal, 1981). Sedangkan yang disebut kandungan air kritis adalah kandungan air pada saat akir kecepatan pengeringan konstan (McKetta, 1983).

6 Gambar 2. Tipe-Tipe Kandungan Air (Treybal,1981) Pada proses pengeringan terjadi transfer panas dan transfer masa secara simultan. Pada proses transfer masa terjadi perpindahan massa air dari dalam menuju ke permukaan bahan kemudian terjadi transfer massa antar fase dimana air akan mendifusi ke udara kering. Sedangkan pada proses transfer panas terjadi secara konduksi didalam bahan dan transfer panas antar fase secara konveksi dan radiasi pada permukaan bahan yang dikeringkan. Kecepatan pengeringan suatu bahan dipengaruhi oleh sifat bahan dan kondisi operasi pengeringan. Sifat bahan meliputi luas permukaan bahan, kandungan cairan bahan, bentuk bahan, porositas bahan difusivitas air dalam bahan, viskositas dan rapat massa fluida. Kondisi operasi yang menjadi variable pengeringan terdiri dari kecepatan aliran gas pengering, suhu dan tekanan operasi, kelembaban udara, arah aliran udara pengering dan waktu pengeringan. Pada suatu bahan yang dikenai proses pengeringan akan diperoleh data-data kandungan air (X) dan waktu peneringan (t) Hubungan antara kadar air dengan waktu pengeringan dapat digambarkan sebagai berikut.

7 Gambar 3. Hubungan Antara kadar cairan (x) dan waktu (t) (Perry,1981) Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa kurva terdiri dari tiga bagian, atau apabila diamati menurut waktu terbagi atas tiga periode, yaitu penyesuaian awal (AB), periode kecepatan pengeringan konstan (BC) dan periode akhir pengeringan (CD). Hubungan antara kandungan air (x) dan waktu (t) dapat dikembangkan menjadi perhitungan kecepatan pengeringan (N). Perhitungan dilakukan dengan menghitung garis singgung atau gradien pada periode waktu tertentu. Hubungan antara kecepatan pengeringan dengan kadar air dapat digambarkan seperti pada gambar 3.

8 Gambar 4. Hubungan antara Kecepatan Pengeringan dan Kandungan Air (Treybal,1981) Gambar 3 menunjukan bahwa pada umumnya kecepatan pengeringan suatu bahan terbagi dalam empat peroide, yaitu: a) Initial adjustment, yaitu periode awal dimana kecepatan pengeringan naik atau turun dengan cepat. b) Constan rate, yaitu periode dimana panas yang keluar dari sekeliling permukaan pengeringan sama dengan panas yang diserap bahan sehingga kecepatan pengeringa tetap. c) Unsaturated surface drying, yaitu periode dimana kecepatan pengeringan turun secara linier. d) Internal movement of moisture control, yaitu periode dimana kecepatan pengeringan turun secara tajam atau tidak beraturan (Tryball,1981)

9 Hubungan antara kecepatan pengeringan dengan waktu pengeringan dapat digambaran seperti gambar 4. Gambar 5. Hubungan Kecepatan Pengeringan (N) dengan Waktu Pengeringan (t) (Perry,1984) PERALATAN PENGERING I. Drying untuk zat padat & pasta Pengeringan zat padat dan tapal terdiri dari pengeringan talam (tray dryer) dan pengering konveyor tabir (screen conveyor dryer) untuk bahan bahan yang tidak boleh diaduk dan pengeringan menara (tower dryer), pengering putar (rotary dryer), pengering konveyor sekrup (srew conveyor dryer), pengeringan hamparan fluidisasi (fluid bed dryer), dimana pengadukan diperbolehkan.

10 a) Tray Dryers Pengering talam digunakan untuk mengeringkan bahan-bahan yang tidak boleh diaduk dengan cara termal, sehingga didapatkan hasil berupa zat padat yang kering. Pengering talam sering digunakan untuk laju produksi kecil. Pengering talam ini dapat beroperasi dalam vakum dan dengan pemanasan tak langsung. Uap dari zat padat dikeluarkan dengan ejector atau pompa vakum. Pengeringan dengan sirkulasi udara menyilang lapisan zat padat memerlukan waktu sangat lama dan siklus pengeringan panjang yaitu 4-8 jam per tumpak. Selain itu dapat juga digunakan sirkulasi tembus, tetapi tidak ekonomis karena pemendekan siklus pengeringan tidak akan mengurangi biaya tenaga kerja yang diperlukan untuk setiap tumpak. Gambar 6 : Tray Dryer (McCabe, Warren Lee, 1993)

11 Pengering talam ini terdiri dari sebuah ruang dari logam lembaran yang berisi dua buah truk yang mengandung rak-rak (H). setiap rak mempunyai sebuah talam dangkal, sekitar 30 in persegi dan tebal 2-6 in, yang penuh dengan bahan yang akan dikeringkan. Udara panas disirkulasikan pada kecepatan 7-15 ft/det diantara talam dengan bantuan kipas (C) dan motor (D), mengalir melalui pemanas (E). Sekat-sekat (G) membagikan udara itu secara seragam diatas susunan talam. Sebagian udara basah diventilasikan keluar melalui talam pembuang (B), sedangkan udara segar masuk melalui pemasuk (A). Rak-rak itu disusun diatas roda truk (I) sehingga pada akhir siklus pengeringan truk didapat ditarik keluar dari kamar dan dibawa ke stasiun penumpahan talam. b) Screen - conveyor Dryers Pengering konveyor tabir biasanya mempunyai lebar 6 ft (2 m) dan panjang (12 sampai 150 ft (4 sampai 50 m), dengan waktu pengeringan 5 sampai 120 menit. Ukuran anyaman tabir itu kira kira 30 mesh. Bahan bahan bijian kaasr, berserpih, atau bahan berseta dapat dikeringkan dengan sirkulasi tembus tanpa sesuatu perlakuan pendahuluan dan tanpa ada bahan yang lolos melalui tabir.

12 Gambar 7 : Screen conveyor dryer (McCabe, Warren Lee, 1993) c) Tower Dryer Pengering menara terdiri dari sederetan talam bundar yang dipasang bersusun keatas pada suatu poros tengah yang berputar. Umpan padat dijatuhkan pada talam teratas dan dikenakan pada arus udara panas atau gas yang mengalir melintas talam. Zat padat itu lalu dikikid keluar dan dijatuhkan ke talam berikut dibawahnya. Zat padat itu menempuh jalan seperti itu melalui pengering, sampai keluar sebagai hasil yang kering dari dasar menara.

13 Gambar 8 : Tower Dryer (McCabe, Warren Lee, 1993) d) Rotary Dryer Pengering rotary dryer biasa digunakan untuk mengeringkan bahan yang berbentuk bubuk, granula, gumpalan partikel padat dalam ukuran besar. Pemasukkan dan pengeluaran bahan terjadi secara otomatis dan berkesinambungan akibat gerakan vibrator, putaran lubang umpan, gerakan berputar dan gaya gravitasi. Sumber panas yang digunakan dapat berasal dari uap listrik, batubara, minyak tanah dan gas. Debu yang dihasilkan dikumpulkan oleh scrubber dan penangkap air elektrostatis (Anonim, 2009). Secara umum, alat rotary dryer terdiri dari sebuah silinder yang berputar di atas sebuah bearing dengan kemiringan yang kecil menurut sumbu horisontal, rotor, gudang piring, perangkat transmisi, perangkat pendukung, cincin meterai, dan suku cadang lainnya.. Panjang silinder biasanya bervariasi dari 4 sampai lebih dari 10 kali diameternya (bervariasi dari 0,3 sampai 3 m).

14 Gambar 9 : Rotary Dryer (McCabe, Warren Lee, 1993) Umpan basah masuk dari satu ujung silinder, bahan itu keluar dari ujung yang satu lagi karena pengaruh kemiringan dan slope dari alat tersebut. Pada waktu selongsong berputar, sayap sayap yang terdapat didalam mengangkat zat padatitu dan menyiramkannya kebaawh melalui bagian dalam selongsong. Pengering putar dapat dipanaskan dengan kontak langsung gas dengan zat padat, dengan gas panas mengalir melalui mantel luar, atau dengan uap kondensasi didalam seperangkat tabung longitudinal yang dipanaskan pada permukaan dalam selongsong. e) Screw Conveyor Dryer Pengering konveyor sekrup adalah suatu pengering kontinyu kalor tak langsung yang terdiri pada pokoknya dari sebuah konveyor sekrup horizontal (atau konveyor daun) yang terletak didalam suatu selongsong bermantel berbentuk silinder. Zat padat yang diumpankan disatu ujung diangkut perlahan lahan melalui zona panas yang dikeluarkan dari ujung yang satunya lagi. f) Fluid Bed Dryer

15 Fluidized bed dryer adalah sistem pengeringan yang diperutukan bagi bahan berbobot relatif ringan, misalnya serbuk dan ganular. Prinsipnya bahan yang akan dikeringkan dialiri dengan udara panas yang terkontrol dengan volume dan tekanan tertentu, selanjutnya bagi bahan yang telah kering karena bobotnya sudah lebih ringan akan keluar dari ruang pengeringan menuju siklon untuk ditangkap dan dipisahkan dari udara, namun bagi bahan/material yang halus akan ditangkap oleh pulsejet bag filter. Cocok digunakan untuk serbuk, butiran, aglomerat, dan pelet dengan ukuran partikel rata-rata normal antara 50 dan mikron. Kelebihan metode ini ialah perpindahan panas dan kontrol terhadap ukuran partikelnya lebih baik serta pencampuran yang lebih efisien. Gambar 10 : Fluid bed dryer (McCabe, Warren Lee, 1993) g) Flash Dryer

16 Flash Dryer adalah sebuah instalasi alat pengering yang digunakan untuk mengeringkan adonan basah dengan mendisintregasikan adonan tersebut kedalam bentuk serbuk dan mengeringkanya dengan mengalirkan udara panas secara berkelanjutan. Proses pengeringan yang terjadi di Flash dryer berlangsung dengan sangat cepat. kaan secara instan. Seperti asal katanya flash yang berarti kilat. Maka alat ini mengeringkan bahan yang dikeringkan dengan sangat cepat, dalam hitungan milisekon. Flash Dryer cocok digunakan untuk mengeringkan bahan yang sensitif terhadap panas.flash Dryer tidak cocok digunakan untuk material yang dapat menyebabkan erosi pada alat dan berminyak. Gambar 11 : Flash Dryer (McCabe, Warren Lee, 1993) II. Drying untuk larutan & bubur

17 Beberapa jenis pengering dapat menguapkan larutan dan bubur (slurry) sampai kering dengan cara termal. Contohnya ialah pengering semprot (spray dryer), pengering film tipis (thin film dryer), dan pengering tromol (drum dryer) a) Spray Dryer Pengeringan semprot atau spray drying merupakan jenis pengeringan tertua dan sering dipakai dalam industry farmasi. Cara ini digunakan untuk mengubah pasta, bubur atau cairan dengan viskositas rendah menjadi padatan kering. Pengeringan dengan cara ini mampu meminimalisir interupsi karena selama bahan cair yang akan dikeringkan tersedia, maka proses pengeringan akan tetap berjalan secara kontinyu dan produk berupa padatan kering akan terus terbentuk. Proses pengeringan semprot berlangsung dalam waktu yang sangat singkat, hanya beberapa milidetik hingga beberapa detik tergantung jenis peralatan dan kondisi pengeringan. Hal ini memberi keuntungan bagi bahan yang sensitif terhadap panas. Selain itu mengurangi resiko terjadinya korosi dan abrasi karena minimnya waktu kontak antara peralatan dengan bahan yang dikeringkan. Pengeringan dengan cara ini sangat cost-efective terutama untuk produk dalam jumlah besar selain bisa dioperasikan secara automatis dengan bantuan komputer. Keterbatasan pengeringan dengan cara ini ialah tak dapat digunakan untuk menghasilkan produk granul kering berukuran ratarata diatas 200 µm.

18 Gambar 12 : Spray Dryer (McCabe, Warren Lee, 1993) Dalam pengeringan semprot seperti yang terdapat pada gambar diatas, bubur atau larutan didispersikan ke dalam arus gas panas dalam bentuk kabut atau tetesan halus. Kebasahan akan menguap dengan cepat dari tetesan itu, dan meninggalkan partikel zat padat kering yang lalu akan dipisahkan dari arus gas. Tetesan tersebut dibentuk didalam kamar pengering berbentuk silinder dengan nosel tekanan, dengan nosel dua fluida, atau didalam pengering ukuran besar dengan piring semprot berkecepatan tinggi. b) Thin Film Dryer Pengering film tipis dapat menangani zat cair maupun bubur dan menghasilkan hasil padat yang kering dan bebas mengalir. Alat ini biasanya terdiri dari dua bagian, bagian pertama merupakan pengering penguap vertical. Sebagian besar zat cair dikeluarkan disini dari umpan, dan zat padat setengah basah dibuang ke bagian kedua (seperti pada gambar), dimana sisa kandungan zat cair dalam bahan dari bagian pertama diturunkan lagi hingga nilai yang dikehendaki.

19 Gambar 13 : Thin Film dryer (McCabe, Warren Lee, 1993) c) Drum Dryer Alat jenis ini ada yang menggunakan satu buah silinder dan ada pulayang menggunakan dua buah silinder sebelah atas. Pengering tromol ganda efektif untuk larutan encer, juga untuk larutan pekat dari bahan yang sangat mudah terlarut, serta untuk bubur yang tidak terlalu pekat.alt ini tidak cocok untuk larutan garam yang kelarutannya terbatas atau untuk bubur zat padat abrasive yang cenderung mengendap dan membangkitkan tekanan berlebihan antara kedua tromol.

20 Gambar 14 : Double drum dryer (McCabe, Warren Lee, 1993) dalam alat pengering jenis tromol ganda ini, zat cair diumpankan dari palung atau dari pipa berforasi ke dalam kolam didalam ruang diatas dan diantara kedua rol. Kolam itu dibasahi oleh plat plat ujung yang stationer. Kalor berpindah melalui konduksi ke zat cair, yang dikonsentrasikan sebagai didalam ruang diantara kedua rol. Zat cair pekat keluar dari dasar kolam itu sebagai suatu lapisan viskos yang menutupi sisa permukaan tromol. Hamper seluruh zat cair menguap dari zat padat bersamaan dengan berputarnya tromol dan meninggalkan lapisan tipis yang terdiri dari bahan kering yang kemudian dikikis dengan daun pisau kedalam conveyor yang terletak dibawahnya. Kebasahan yang menguap itu lalu dikumpulkan dab dikeluarkan melalui pengeluaran uap diatas tromol. DAFTAR PUSTAKA

21