BAB II ima
-
Upload
sholichah30 -
Category
Documents
-
view
226 -
download
0
Transcript of BAB II ima
8/10/2019 BAB II ima
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-ima 1/12
II-1
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Dasar Teori
II.1.1 Pengertian Drying
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 (Treybal, 1980). Dasar proses pengeringan adalah terjadi penguapan air ke udara
karena perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Faktor-
faktor yang mempengaruhi pengeringan ada 2 golongan yaitu faktor yang berhubungan
dengan udara pengering seperti suhu, kecepatan udara, kelembapan, dimana makin tinggi
udara pengering makin cepat pula proses pengeringan berlangsung dan faktor yang
berhubungan dengan bahan yang dikeringkan seperti ukuran bahan, kadar air awal bahan.
Pengeringan secara mekanis dapat dilakukan dengan 2 metode yaitu:
. !ontinuous drying
"uatu pengeringan bahan dimana pemasukan dan pengeluaran bahan dilakukan
terus menerus.
2. #atch drying
"uatu pengeringan dimana bahan masuk ke alat pengering sampai pengeluaran hasil
kering, kemudian baru dimasukkan bahan yang berikutnya.
Gambar II.1. $lat Pengering %ipe Batch Dryer
8/10/2019 BAB II ima
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-ima 2/12
Laboratorium Operasi Teknik Kimia II
Program Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAAN PSTAKA
&&-2
'enurut (ita )2**+, sistem proses pengeringan dibedakan menjadi 2 yaitu:
. Direct drying
Pada system ini bahan dikeringkan dengan cara mengalirkan udara pengering
melewati bahan sehingga panas yang diserap diperoleh dari sentuhan langsung antara
bahan dengan udara pengering, biasanya disebut dengan pengeringan koneksi.
2. Indirect drying
Pada system ini panas pengeringan di dapat dari dinding pemanas yang bersentuhan
dengan bahan yang dikeringkan secara konduksi.
"ecara umum, proses pengeringan )drying + suatu bahan padat dapat diartikan
sebagai pemisahan sejumlah kecil air atau at cair lain dari bahan padat, untuk mengurangi
kandungan sisa at cair di dalam bahan padat tersebut sampai suatu nilai rendah yang dapat
diterima. Pengeringan pada umumnya merupakan langkah terakhir dari sederetan operasi,
dan produk dari pengering siap untuk dikemas. andungan at cair dalam suatu bahan
padat berariasi pada tiap produk. Produk yang tidak mengandung at cair sama sekali
disebut bone-dry. %etapi pada umumnya, produk masih mengandung sedikit at cair.
'isalnya garam dapur yang mengandung sekitar *,/ persen air serta dried coal yang
mengandung sekitar 0 persen air. Pengeringan adalah suatu istilah mengandung arti bahwa
terdapat pengurangan kadar at cair dari suatu nilai awal menjadi suatu nilai akhir yang
dapat diterima )Geankoplis, 199+.
Proses drying dapat dikelompokkan berdasarkan kondisi fisik yang digunakan pada
proses penambahan panas dan pemindahan uap air, yaitu:
. Panas ditambahkan dengan kontak langsung udara panas pada tekanan atmosfer dan
uap yang terbentuk dibuang oleh udara.
2. Pada drying secara akum, panas ditambahkan secara tidak langsung dengan
mengkontakkan dinding logam atau radiasi )suhu rendah dapat digunakan pada kondisiakum untuk material tertentu yang mungin mengalami kerusakan warna atau
terdekomposisi pada suhu tinggi+.
1. Pada !ree"e drying , air disublimasi dari bahan yang beku.
(Geankoplis, 199)
at padat yang akan dikeringkan biasanya terdapat dalam berbagai bentuk
diantaranya !lake, gran#le, crystal, po$der, slab atau contin#os sheet , dengan sifat yang
berbeda satu sama lain. at cair yang akan diuapkan itu mungkin terdapat pada permukaan
at padat )misalnya drying kristal garam+, bisa seluruhnya terdapat di dalam at padat
&&
8/10/2019 BAB II ima
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-ima 3/12
Laboratorium Operasi Teknik Kimia II
Program Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAAN PSTAKA
&&-1
)pada pemisahan at pelarut dari lembaran polimer+, atau bisa juga sebagian di luar dan
sebagian di dalam at padat (%c&abe, 1999)'
'enurut Bernasconi (199), kriteria pemilihan alat pengering dipengaruhi juga
oleh faktor-faktor berikut:
. ondisi bahan yang dikeringkan )bahan padat yang dapat mengalir, pasta, suspensi+.
2. "ifat 3 sifat bahan yang dikeringkan )misalnya apakah menimbulkan bahaya kebakaran,
kemungkinan terbakar, ketehanan panas, kepekaan terhadap pukulan, bahaya ledakan
debu, dan sifat oksidasi+
1. 4enis cairan yang terkandung dalam bahan yang dikeringkan )air, pelarut organik, dapat
terbakar, beracun, korosif+
0. uantitas bahan yang dikeringkan.
/. 5perasi kontinu atau tidak kontinu.
II.1.2 Faktor – Faktor Yang em!engar"#i Pengeringan
Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeringan yaitu:
. 6uas Permukaan
Permukaan )yaitu bidang batas untuk perpindahan panas dan massa+ bahan yang
dikeringkan diusahakan seluas munkin. 7al ini dapat dicapai dengan memperlebar
bahan dalam bentuk lapisan tipis )diaduk atau digerak-gerakkan+, difluidisasi atau
dihamburkan. %ahanan yang menghalangi penguapan cairan harus sekecil mungkin. Di
satu pihak tahanan ini tergantung pada keadaan bahan yang dikeringkan )misalnya pada
diameter kapiler+ dan di lain pihak besarnya partikel )panjang kapiler+. Dengan
mengurangi ukuran partikel atau tebal lapisan, tahanan dapat diperkecil sehingga
performansi pengeringan menjadi lebih tinggi. Pada pengeringan hasil-hasil alam
)misalnya tanaman+, sering terlebih dahulu dilakukan penghancuran atau pemecahan bahan yang dikeringkan agar cairan yang terkandung di dalam sel-sel dikeluarkan
) Bernasconi, 199)
2. %ekanan uap dari air
$ir murni dapat berada di tiga physical state: padatan es, cair, dan uap. Physical
state yang ada bergantung pada tekanan dan temperatur. Pada gambar &&. diilustrasikan
macam-macam physical state dari air dan tekanan-suhu berhubugan pada
keseimbangan. Pada gambar &&. ditunjukkan daerah dari padatan, cairan, dan uap.
"ekitar garis $#, fase cair dan uap berdampingan. "ekitar garis $!, fase es dan cair
&&
8/10/2019 BAB II ima
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-ima 4/12
Laboratorium Operasi Teknik Kimia II
Program Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAAN PSTAKA
&&-0
berdampingan. "ekitar garis $D, es dan uap berdampingan. 4ika es pada poin )+
dipanaskan pada tekanan yang konstan, suhu naik, dan kondisi fisik terlihat penggeseran
secara horiontal. "eperti garis menyilang $!, padatan melebur, dan pada persilangan
garis $#, cairan menjadi teruapkan. Penggeseran dari poin )1+ ke )0+, es teruapkan
menjadi uap tanpa menjadi cairan (Geankoplis, 199)'
!air dan uap berdampingan di keseimbangan sekitar garis $#, yang merupakan
garis tekanan uap dari air. %itik didih terjadi ketika tekanan uap dari air sama dengan
total tekanan diatas permukaan air. !ontohnya, pada suhu **!! tekanan uap dari air
adalah *,1 kPa ) atam+, dan karena itu akan mendidih pada tekanan atm. Pada suhu
8/,8 !! dari steam tabel pada $ppendiks $.2, tekanan uap dari air adalah 2/,9 kPa.
5leh karena itu pada tekanan 2/,9 kPa dan 8/,8 !!, air akan mendidih.
Gambar II.2 Diagram Fase dari $ir
4ika sebuah panci dipanaskan pada 8/,8 !! di sebuah ruang pada tekanan *,1
kPa, tekanan uap dari air akan kembali lagi menjadi 2/,9 kPa (Geankoplis, 199)'
1. elembaban
elembapan melibatkan transfer dari air dari fase cair kedalam sebuah campuran
gas dan udara dan uap cair. Penghilangan kelembapan melibatkan transfer kembali,dimana uap air ditransfer ke campuran uap dari bahan seperti benene, tapi sebagian
besar mudah diapplikasikan dengan air. ntuk lebih baiknya pemahaman tentang
kelembapan, adalah kebutuhan pertama untuk membicarakan tekanan uap dari air
(Geankoplis, 199)'
II.1.$ a%am&ma%am Dryers
. ac##* +hel! Dryer )6emari Pengering ;akum+
6emari pengering akum sesuai untuk pengeringan kontinyu dari bermacam-
&&
8/10/2019 BAB II ima
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-ima 5/12
Laboratorium Operasi Teknik Kimia II
Program Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAAN PSTAKA
&&-/
macam bahan dalam kuantitas yang kecil. 6emari ini sangat menguntungkan jika
digunakan untuk bahan-bahan yang peka terhadap suhu peka terhadap udara atau yang
mengandung racun (andoo, 1999)'
#ahan lembab ditempatkan pada lempeng-lempeng pengering yang diletakkan di
atas pelat yang dipanaskan. Pelat-pelat disusun satu di atas yang lain di dalam sebuah
rumah yang kedap udara berbentuk siku-siku. ap yang terbentuk dihisap keluar dari
rumah pengring dengan bantuan pompa akum )biasanya jenis pompa cincin cairan+ dan
disalurkan ke sebuah kondenser )kondenser kontak untuk uap air, kondenser permukaan
untuk uap dari bahan pelarut+ (andoo, 1999)'
.' Tray Dryer
Tray Dryer sangat bermanfaat bila laju produksi kecil. $lat ini dapat digunakan
untuk mengeringkan segala macam bahan, tetapi karena memerlukan tenaga kerja untuk
permuatan dan pengosongan, biaya operasinya agak mahal. $lat ini biasanya diterapkan
untuk pengeringan bahan-bahan bernilai tinggi seperti at warna dan bahan farmasi.
Pengeringan dengan sirkulasi udara menyilang lapisan at padat biasanya lambat, dan
siklus pengeringan pun panjang. adang-kadang digunakan juga sirkulasi-tembus, namun
cara ini biasanya tidak ekonomis dan bahkan tidak perlu pada pengering tumpak. Tray
Dryer dapat beroperasi dalam akum, kadang-kadang dengan pemanasan tak langsung.
Gambar II.$ Tray Dryer
Tray &on/eyor ditunjukkan pada gambar &&.2. Pengering ini terdiri dari sebuah
ruang dari logam lembaran yang berisi dua buah truk yang mendukung rak-rak 7. "etiap
&&
8/10/2019 BAB II ima
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-ima 6/12
Laboratorium Operasi Teknik Kimia II
Program Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAAN PSTAKA
&&-8
rak mempunyai sejumlah talam dangkal yang penuh dengan bahan yang akan dikeringkan.
dara panas disirkulasikan di antara talam dengan bantuan kipas ! dan motor D, mengalir
melalui pemanas <. "ekat-sekat = membagikan udara itu secara seragam di atas susunan
talam tadi. "ebagian udara basah dientilasikan keluar melalui talang pembuang #> sedang
udara segar masuk melalui pemasuk $. (ak-rak itu disusun di atas roda truk &, sehingga
pada akhir siklus pengeringan truk itu dapat ditarik keluar dari kamar dan dibawa ke stasiu
penumpahan talam (%c &abe, 1999)'
' otary Dryer
otary Dryer terdiri dari sebuah selongsongan berbentuk silinder yang beputar,
horiontal, atau agak mring ke bawah ke arah keluar. mpan basah masuk dari satu ujung
silinder, bahan yang kering keluar dari ujung yang satu lagi. Pada waktu selongsong
berputar, sayap-sayap yang erdapat di dalam mengangkat at padat itu dan
menyiramkannya ke bawah melaui bagian dalam selongsongan. otary Dryer ada yang
dipanaskan dengan kontak langsung gas denga at padat, dengan gas panas yang mengalir
melalui mantel luar, atau dengan uap yang terkondensasi di dalam seperangkat tabung
longitudinal yang dipasangkan pada permukaan dalam selongsong (%c &abe, 1999)'
$lat ini kebanyakan untuk mengeringkan bahan berbentuk biji-bijian, misalnya
kedelai, jagung, padi dan lain-lain. #agian dalam alat yang berbentuk silindris ini,
semacam sayap yang banyak. 'elalui antara sayap-sayap tersebut dialirkan udara panas
yang kering sementara silinder pengering berputar. Dengan adanya sayap-sayap tersebut
bahan seolah-olah diaduk sehingga pemanasan merata dan akhirnya diperoleh hasil yang
lebih baik (ita, .010)'
Gambar II.' otary Dryer
&&
8/10/2019 BAB II ima
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-ima 7/12
Laboratorium Operasi Teknik Kimia II
Program Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAAN PSTAKA
&&-9
' Dr#* Dryer
$lat pengering drum sesuai untuk pengeringan kontinyu bahan cair, bahan
berbentuk bubur atau berbentuk pasta dalam kuantitas yang besar. $lat ini mempunyai
unjuk kerja pengeringan yang besar dengan olume pekerjaan yang sedikit. arena waktu
tinggal bahan yang singkat, pengering ini sering digunakan sebagai alat pengering awal
(andoo, 199)'
#ahan yang akan dikeringkan ebawa secara kontinu dalam bentuk lapisan tipis oleh
satu atau dua drum berputar yang dipanaskan dari dalam. Dengan pemberian panas selama
berputarnya drum, cairan pada bahan akan menguap. #ahan yang telah kering diambil
dengan pisau serut yang terpasang di dekat tempat pemasukan. Dengan bantuan entilator,
uap yang terbentuk dan udara di sekelilingnya disalurkan ke sebuah kondenser melalui
tudung hisap yang tepasang di atas drum (andoo, 199)'
Gambar II.(. Dr#* Dryer
' +pray Dryer
Dalam pengering semprot, bubur atau larutan didispersikan ke dalam arus gas
panas dalam bentuk kabut atau tetesan halus. ebasahan akan menguap dengan cepat dari
tetesan itu, dan meninggalkan partikel at padat kering, yang lalu dipisahkan dari arus gas.
$liran at cair dan gas bisa searah, bisa berlawanan-arah, atau merupakan gabungan
keduanya di dalam satu unit (%c &abe, 1999)'
%etesan-tetesan itu dibentuk di dalam kamar pengering berbetuk silinder dengan
nosel tekanan, dengan nosel dua fluida, atau di dalam pengering ukuran besar, dengan
piring semprot kecepatan tinggi. Dalam semuanya itu, penting sekali menjaga agar tetesan
itu atau partikel basah tidak sampai menumbuk permukaan padat sebelum pengeringan
berlangsung, sehingga kamar pengering itu biasanya dibuat besar. Diameter sebesar ?
sampai * ft cukup laim ditemui (%c &abe, 1999)'
&&
8/10/2019 BAB II ima
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-ima 8/12
Laboratorium Operasi Teknik Kimia II
Program Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAAN PSTAKA
&&-?
Gambar II.). +pray Dryer
2' 3l#idi"ed Bed
Pengering dimana at padatnya difluidisasikan dengan gas pengering banyak
digunakan dalam berbagai maslaah pengering. Partikel-partikel at padat difluidisasikan
dengan udara atau gas didalam unit hamparan-hamparan (boiling bed)' pencampuran dan
perpindahan kalor berlangsung cepat. mpan basah masuk dari atas hamparan, hasil kering
keluar dari samping didekat dasar. Pada pengering, terdapat distribusi acak daripada waktu
menetap, waktu rata-rata tinggalnya partikel didalam pengering adalah kira-kira 1* sampai
2* detik, bila hanya at cair permukaan yang menguap, dan sampai / atau 1* menit jika
terdapat difusi dalam (%c&abe, 199)'
Gambar II.* &ontino#s 3l#idi"ed Bed Dryer
&&
8/10/2019 BAB II ima
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-ima 9/12
Laboratorium Operasi Teknik Kimia II
Program Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAAN PSTAKA
&&-@
II.1.' Isti+a# ,an -"m"s
• 3ree *oist#re content F merupakan perbedaan atau selisih antara total *oist#re content
A dan e4#ilibri#* *oist#re content AB, dinyatakan sebagai lb air per lb padatan kering.
...................................................... )+
(Geankoplis, 199)
Gambar II. 7ubungan 3ree %oist#re terhadap waktu
'enurut =eankoplis )@@1+, semakin lama waktu pengeringan maka !ree *oist#re
juga akan semakin kecil tetapi pada waktu tertentu !ree *oist#re akan menjadi konstan.
• Total *oist#re content merupakan jumlah kandungan air total yang terkandung pada
suatu padatan.
...................................................... )2+
(Geankoplis, 199)
• Drying ate adalah kecepatan pengeringan suatu bahan. ecepatan pengringan adalah
banyaknya air yang diuapkan tiap waktu per satuan luas.
( C -dt
dD
$
s6
&&
Es
Es-EA
t =
F C A 3 AB
.................................................)1+
8/10/2019 BAB II ima
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-ima 10/12
Laboratorium Operasi Teknik Kimia II
Program Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAAN PSTAKA
&&-*
Gambar II./ 7ubungan Drying rate terhadap 3ree %oist#re
'enurut =eankoplis )@?1+, semakin besar !ree *oist#re maka kecepatan
pengeringan juga akan semakin besar, tetapi pada !ree *oist#re tertentu akan memiliki
kecepatan pengeringan yang konstan.
Dalam gambar &&. @kura tingkat kondisi pengeringan konstan. Pada waktu nol kaar
air bebas awal ditunjukkan pada titik $. Pada awalnya padatan biasanya pada suhu lebih
dingin dari suhu tertinggi adalah naik ke nilai euilibrium atau jika at padat ini cukup
panas untuk memulai dengan angka tersebut mulai dari titik $G. Periode penyeseuaian awal
biasanya cukup pendek dan sering diabaikan dalam analisa pengeringan.
Dari titik # ke ! pada gambar &&./ merupakan garis lurus, dan karenanya lereng dan
tingkat yang konstan selama periode ini. %ingkat konstan periode pengeringan ditampilkan
sebagai garis #! pada gambar &&.@. Pada titik ! pada kedua plot, laju pengeringan mulai
menurun hingga mencapai titik D. Dalam periode menurun tingkat pertama, ditampilkan
sebagai !D dalam gambar &&.@ sering linear.Pada titik D dalam gambar &&.@ laju pengeringan menurun bahkan lebih cepat,
sehingga mencapai titik <, dimana kadar air keseimbangan adalah AB dan ACAB-ABC*.
Dalam beberapa bahan yang dikeringkan, wilayah !D mungkin hilang sepenuhnya atau
mungkin merupakan semua periode laju menurun (Geankoplis, 199)'
&&
8/10/2019 BAB II ima
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-ima 11/12
Laboratorium Operasi Teknik Kimia II
Program Studi D3 Teknik Kimia
FTI - ITS
BAB II TINJAAN PSTAKA
&&-
II.2 A!+ikasi In,"stri
U0i Kiner0a A+at Pengering Ti!e Bat%# Ska+a ab Unt"k Pengringan Gaba# Dengan
engg"nakan Ba#an Bakar Sekam Pa,i
#iji padi disebut gabah, dan gabah yang sudah tua, dapat diolah menjadi beras.
=abah dengan kadar air tinggi jika diproses menjadi beras dapat menyebabkan beras yang
dihasilkan rusak, busuk, berjamur dan berubah warna. "edangkan gabah dengan
kandungan air rendah jika ditangani akan menghasilkan banyak beras patah atau menir.
5leh karena itu, untuk mengurangi kehilangan pasca panen maka gabah yang akan
diproses harus segera dikeringkan hingga mencapai kadar air 1-0H )arbasi dan
'ehdiabeh, 2**?+. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji kinerja pengeringan gabah
dengan alat pengering tipe batch skala lab )kapasitas / kg 3 2/ kg+ dengan menggunakan
bahan bakar sekam padi.
#ahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah gabah sebanyak 8* kg gabah
kering panen )=P+ yang dihasilkan pada akhir bulan Februari 2*1. Persiapan bahan
diawali dengan menyediakan gabah kering panen )=P+, Pengukuran kadar air sampel
dilakukan pada tiga posisi atas, tengah dan bawah tumpukan. "etelah didapat kadar air
awal maka gabah yang sudah ditimbang dimasukkan ke dalam alat pengering tipe batch.
Pengeringan berlangsung hingga kadar air gaba" men#apai kisaran $3% - $&%'
"emakin lama suhu yang dihasilkan semakin tinggi. "uhu pada bagian bawah lebih
tinggi daripada suhu tengah maupun atas. 7al ini dikarenakan pada bagian bawah ruang
pengering lebih dekat dengan ruang plenum dan ruang pembakaran sehingga udara panas
yang mengalir dari bagian bawah menuju bagian tengah hingga ke atas semakin mengecil
jumlahnya. "uhu yang dialirkan pada bagian bawah lebih besar, karena panas yang
dialirkan untuk memanaskan bahan digunakan untuk menguapkan air pada bagian yang di
bawah sedangkan sisa dari aliran panas tersebut digunakan untuk memanaskan bagian
yang lainnya, sehingga pada bagian atas dan tengah suhunya lebih kecil.
<fisiensi pengeringan digunakan untuk mengetahui tingkat kinerja dari proses
pengeringan gabah dengan menggunakan alat pengering tipe batch dryer. <fisiensi
pengeringan dapat diketahui dengan membandingkan energi untuk memanaskan bahan dan
penguapan air serta energi bahan bakar.
&&
8/10/2019 BAB II ima
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-ima 12/12
Laboratorium Operasi Teknik Kimia II
Program Studi D3 Teknik Kimia
BAB II TINJAAN PSTAKA
&&-2
6ama pengeringan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu suhu, kecepatan aliran
udara, kadar air, dan ketebalan tumpukan. "emakin tinggi suhu dan kecepatan aliran yang
digunakan maka akan semakin cepat pengeringan dan semakin tipis ketebalan tumpukan
bahan maka akan semakin cepat juga proses pengeringan.
6ama pengeringan untuk mendapatkan kadar air yang sama dipengaruhi oleh
ketebalan tumpukan bahan dan suhu udara pengeringan. =abah basah sebanyak /-2/ kg
)kadar air 20 H bb - 28 H bb+ dikeringkan hingga mencapai kadar air rata-rata sebesar
1,?* H bb memerlukan waktu pengeringan rata-rata jam 9 menit. "emakin tipis
tumpukan bahan maka semakin tinggi laju pengeringan atau semakin cepat gabah menjadi
kering. <fisiensi pengeringan rata-rata secara penelitian adalah sebesar 1,18 H lebih
rendah daripada efisiensi secara teori sebesar 90,9 H. 'assa kg sekam padi dapat
mengeringkan ,1/ kg gabah kering panen )=P+ (5ainggolan et al, .01)
&&