Modul 202 Pengeringan

Click here to load reader

  • date post

    23-Oct-2015
  • Category

    Documents

  • view

    44
  • download

    5

Embed Size (px)

description

modul pengeringan dengan type pengeringan partikel bergerak

Transcript of Modul 202 Pengeringan

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    1/46

    MODUL 2.02 Pengeringan

    I. Pendahuluan

    Pengeringan zat padat adalah pemisahan sejumlah kecil air atau zat cair dari

    bahan sehingga mengurangi kandungan sisa zat cair di dalam zat padat itu sampai suatu

    nilai rendah yang dapat diterima. Pengeringan biasanya merupakan langkah terakhir dari

    sederetan operasi dan hasil pengeringan biasanya merupakan langkah terakhir dari

    sederetan operasi, dan hasil pengeringan biasanya siap dikemas.

    Pemisahan air dari bahan padat dapat dilakukan dengan memeras zat tersebu

    secara mekanik sehingga air keluar, dengan pemisah sentrifugal, atau dengan pengauapan

    termal. Pemisahan air secara mekanik biasanya lebih murah biayanya, sehingga biasanya

    kandungan zat cair itu diturunkan terlebih dahulu sebanyak-banyaknya dengan cara

    mekanik sebelum diumpankan ke dalam pengering termal.

    Kandungan zat cair dalam bahan yang dikeringkan berbeda dari satu bahan ke

    bahan lain. Ada bahan yang tidak mempunyai kandungan zat cair sama sekali (bone dry).

    Pada umumnya zat padat selalu mengandung sedikit fraksi air sebagai air terikat.

    Zat padat yang akan dikeringkan biasanya terdapat dalam bentuk serpih (flake),

    bijian (granule), kristal (crystal), serbuk (powder), lempeng (slab), atau lembaran

    sinambung (continous sheet) dengan sifat-sifat yang berbeda satu sama lain. Zat cair yang

    akan diuapkan mungkin terdapat pada permukaan zat padat seperti pada kristal; dapat

    pula seluruh zat cair terdapat di dalam zat padat seperti pada pemisahan pelarut dari

    lembaran polimer; atau dapat pula sebagian zat cair sebagian di luar dan sebagian di

    dalam. Umpan pengering mungkin berupa zat cair di mana zat padat melayang sebagai

    partikel, atau dapat pula berbentuk larutan. Hasil pengeringan ada yang tahan terhadap

    penanganan mekanik kasar dan berada dalam lingkungan yang sangat panas, ada pula

    yang memerlukan penanganan hati-hati pada suhu rendah atau sedang. Perbedaan

    pengering terutama terletak dalam hal cara memindahkan zat padat di dalam zona

    pengering dan dalam proses perpindahan kalornya.

    Dalam praktikum ini dilakukan operasi pengeringan sederhana, yaitu pengeluaran

    sejumlah kecil kandungan air dari suatu bahan dengan menggunakan panas. Bahan yang

    digunakan biasanya bahan-bahan makanan (ubi, kentang, singkong, atau lainnya) yang

    dipotong-potong dengan ukuran yang sama (agar luas permukaan pengeringan sama).

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 2 dari 46

    Kemudian bahan yang akan dikeringkan tersebut disusun rapi pada sebuah pelat, dengan

    jarak yang seragam antar bahan. Bahan tersebut dikeringkan dalam Compartment Dryer,

    dimana dialirkan udara panas dengan berbagai variasi temperatur. Aliran gas panas ini

    menyebabkan perbedaan tekanan uap air antara gas pengering dan bahan yang

    dikeringkan sehingga terjadilah penguapan. Dari praktikum ini akan diidentifikasi

    pengaruh temperatur medium pengering (udara panas) terhadap laju pengeringan, dan

    kurva karakteristik pengeringan. Umumnya, semakin tinggi temperatur medium

    pengering, akan makin besar laju pengeringan. Kandungan air kritik tidak dipengaruhi

    oleh temperatur.

    II. Tujuan

    Tujuan pelaksanaan praktikum Modul Pengeringan adalah:

    1. Praktikan mengetahui kurva karakteristik pengeringan suatu bahan,

    2. Praktikan mengetahui pengaruh kurva karakteristik suatu bahan terhadap kondisi

    dan/atau konfigurasi aliran gas pengering.

    III. Sasaran

    Sasaran praktikum ini adalah:

    1. Praktikan dapat membuat kurva pengeringan suatu bahan pada kondisi operasi

    pengeringan tertentu

    2. Praktikan dapat menghitung koefisien perpindahan panas dan massa pada proses

    pengeringan.

    IV. Tinjauan Pustaka

    IV.1 Definisi-Definisi

    Dalam operasi pengeringan pada sistem udara-air ada beberapa definisi yang

    lazim digunakan. Perhitungan teknis boasanya didasarkan pada satuan massa gas bebas

    uap. Uap yang dimaksud adalah bentuk gas dari kompoenen yang juga terdapat dalam

    fasa cair. Sedangkan gas adalah komponen yang hanya terdapat dalam bentuk gas saja.

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 3 dari 46

    Kelembaban (humidity) adalah massa uap yang dibawa oleh satu satuan massa

    gasa bebas uap. Menurut definisi ini, kelembaban hanya bergantung pada tekanan parsial

    uap di dalam campuran bila tekanan total dibuat tetap. Jadi, jika tekanan parsial uap

    komponen A adalah pA atm, rasio molal antara uap dan gas pada 1 atm adalah pA/ 1- pA.

    Jadi kelembaban adalah:

    )p1(M.pM

    AB

    AA

    = (1) dimana MA dan MB adalah massa molekul relatif komponen A dan komponen B.

    Kelembaban dihubungkan dengan fraksi mol di dalam fasa gas oleh persamaan:

    AB

    A

    MM1

    My

    += (2)

    Karena /MA biasanya sangat kecil dibandingkan 1/MB, y biasanya dianggap berbanding

    lurus dengan .

    Gas jenuh (saturated gas) adalah gas dimana uap berada dalam kesetimbangan

    dengan zat cair pada suatu gas. Tekanan parsial uap di dalam gas jenuh sama dengan

    tekanan uap zat cair pada temperatur gas. Jika s adalah kelembaban jenuh dan PA

    adalah tekanan uap zat cair:

    )P'1(M.P'M

    AB

    AA

    =s (3) Kelembaban relatif (relative humidity) R adalah rasio antara tekanan parsial uap

    dan tekanan uap zat cair pada temperatur gas. Besaran ini biasanya dinyatakan dalam %.

    Kelembaban 100% berarti gas jenuh, sedang kelembaban 0% berartu gas bebas uap,

    sesuai dengan definisi:

    A

    AR '

    p100.

    P= (4)

    Persentase kelembaban A adalah rasio kelembaban nyata terhadap kelembaban

    jenuh s pada temperatur gas.

    A

    A

    A

    A

    A

    A

    A p-1'-1

    .

    )'1('

    )p-(1p

    .100100.P

    PP RS

    =

    == (5)

    Persentase kelembaban selalu kurang dari kelembaban relatif.

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 4 dari 46

    Kalor lembab (humid heat) cs adalah energi kalor yang diperlukan untuk

    menaikkan suhu 1 lb atau 1 g gas beserta semua uap yang dikandungnya sebesar 1 0F atau

    1 0C. Jadi: cs = cpB + cpA., dimana cpB dan cpA adalah kalor spesifik gas dan aklor

    spesifik uap.

    Volume lembab (humid volume) vH adalah volume total satu satuan massa gas

    bebas uap beserta semua uap yang dikandungnya, pada tekanan 1 atm dan temperatur gas.

    Sesuai dengan hukum gas, vH dihubungkan dengan kelembaban dan temperatur oleh

    persamaan:

    +=

    ABH M

    M1

    492359.Tv (6)

    dimana T adalahh temperatur absolut dalam derajat Renkine. Dalam SI persamaan

    tersebut menjadi:

    +=

    ABH M

    M1

    2730,0224.Tv (7)

    dimana vH dalam m3/g dan T dalam K. Untuk gas bebas uap (=0) vH adalah volume

    spesifik gas tetap. Untuk gas jenuh (= s) vH adalah volume jenuh (saturated volume).

    Titik embun (dew point) adalah suhu pendinginan campuran uap-gas (pada

    kelembaban tetap) agar menjadi jenuh. Titik embun fasa gas jenuh sama dengan

    temperatur gas tersebut.

    Entalpi total (total enthalpy) Hy adalah entalpi satu satuan massa gas ditambah

    uap yang terkandung di dalamnya. Untuk menghitung Hy diperlukan 2 keadaan rujukan,

    untuk gas dan untuk uap. Dipilih To sebagai acuan dan entalpi komponen B pada fasa cair

    didasarkan pada temperatur To ini. Jika suhu gas adalah T dan kelembaban , entalpi total

    adalah jumlah ketiga faktor, yaitu kalor sensibel uap, kalor laten zat cair pada To, dan

    kalor sesnsibel gas bebas uap. Jadi:

    )T-.(T.C.)T-(TCH 0pA00pBy ++= (8) dimana 0 adalah kalor laten zat cair pada suhu To. Persmaan ini dapat ditulis lebih

    sederhana:

    00Sy .)T-(TCH += (9)

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 5 dari 46

    IV.2 Kesetimbangan Fasa

    Dalam operasi pengeringan, fasa cair adalah komponen tunggal. Tekanan parsial

    kesetimbangan zat terlarut di dalam fasa gas merupakan fungsi tunggal dari temperatur

    bila tekanan total sistem tersebut dibuat konstan. Demikian pula pada tekanan menengah,

    tekanan parsial kesetimbangan hampir tidak bergantung pada tekanan total dan dapat

    dikatakan sama dengan tekanan uap zat cair. Menurut Hukum Dalton, tekanan parsial

    kesetimbangan dapat dikonversikan menjadi fraksi mol kesetimbangan ye dalam fasa gas.

    Oleh karena zat cairnya murni xe selalu 1. Data kesetimbangan biasanya disajikan sebagai

    grafik ye terhadap temperatur pada suatu tekanan total tertentu. Fraksi mol kesetimbangan

    ye dihubungakan dengan kelembaban jenuh oleh persamaan:

    AB

    Ae

    MM1

    Mys

    s

    += (10)

    IV.3 Temperatur Jenuh Adiabatik

    Perhatikan proses pada gambar 1. Gas dengan kelembaban dan temperatur T

    mengalir secara kontinue melalui ruang yang dialiri udara pengering A. Kamar tersebut

    diisolasi sehingga prosesnya adiabatik. Zat cair itu disirkulasikan oleh pompa B dari

    reservoar pada dasar ruang pengering melalui penyemprot udara kering C dan kembali ke

    dalam reservoar. Gas yang mengalir mellaui ruang pengering tersebut menjadi lebih

    dingin dan lembab. Temperatur zat cair tersebut akan mencapai suatu temperatur tunak

    yang disebut temperatur jenuh adiabtik Ts. Kecuali jika gas yang masuk tersebut jenuh,

    temperatur jenuh adiabatik selalu lebih rendah dari temperatur gas masuk. Jika kontak

    antara zat cair dan gas tersebut cukup baik sehingga zat cair dan gas keluar berada dalam

    kesetimbangan, gas yang keluar akan jenuh pada suhu Ts. Oleh karena zat cair yang

    menguap ke dalam gas itu hilang dari ruang pengering tersebut, diperlukan tambahan zat

    cair pengganti. Untuk menyederhanakan analisis, diasumsikan zat cair yang ditambahkan

    ke dalam reservoar berada pada temperatur Ts.

    Untuk proses ini dapat dibuat neraca entalpi yang didasarkan pada Ts dengan

    mengabaikan kerja pompa. Karena berada pada Ts (sama dengan temperatur acuan),

    entalpi zat cair penambah adalah 0 dan entalpi total gas masuk sama dengan gas keluar.

    Karena total gas keluar berada pada temperatur acuan, maka entalpinya adalah S.S,

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 6 dari 46

    dimana S adalah kelembaban jenuh dan S kalor laten penguapan yan keduanya berada

    pada TS. Maka neraca entalpi total adalah:

    SSSS . . )T-(TC S=+ (11) atau:

    S

    Ap,Bp,

    S

    S

    S

    S .CC-C

    -T-T

    -

    +== (12)

    IV.4 Grafik Kelembaban

    Diagarm praktis yang menunjukkan sifat-sifat campuran gas permanen dan gas

    yang dapat terkondensasi disebut grafik kelembaban (humidity chart). Diagram untuk

    campuran udara dan air pada tekanan 1 atm disajikan pada gambar 2.

    Pada gambar 2 temperatur dipetakan sebagai absis sedang ordinatnya adalah

    kelembaban. Setiap titik pada grafik menunjukkan satu campuran dengan komposisi

    tertentu antara udara dan air. Garis kurva bertanda 100% menunjukkan kelembaban udara

    jenuh sebagai fungsi temperatur udara. Dengan menggunakan tekanan uap air, koordinat

    titik-titik pada garis ini dapat dihitung dari persamaan: )p1(M

    .pM

    AB

    AA

    = . Setiap titik yang terletak di atas dan sebelah kiri garis jenuh tersebut menunjukkan suatu campuran

    udara-air. Daerah ini hanya penting untuk memeriksa pembentukan kabut (fog). Setiap

    titik yang terletak pada sebelah bawah garis jenuh menunjukkan udara yang tidak jenuh,

    dan titik-titik pada sumbu temperatur adalah udara kering. Garis-garis lengkung antara

    garis jenuh dan usmbu temperatur yang ditandai dengan persen menunjukkan campuran

    udara-air pada persen kelembaban tertentu. Dari persamaan:

    A

    A

    A

    A

    A

    A

    A p-1'-1

    .

    )'1('

    )p-(1p

    .100100.P

    PP RS

    =

    == terlihat bahwa interpolasi lurus

    antara garis jenuh dan sumbu temperatur dapat digunakan untuk menentukan letak garis-

    garis dengan kelembaban konstan.

    Garis-garis miring ditarik ke bawah dan ke kanan garis jenuh disebut garis-garis

    pendinginan adiabatik. Garis-garis ini merupakan pemetaan dari persamaan neraca

    entalpi gas pengering, di mana masing-masingnya menunjukkan satu nilai konstan

    temperatur jenuh adiabtik. Untuk setiap nilai TS tertentu, HS dan S tetap, dan garis

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 7 dari 46

    terhadap T dapat dipetakan dengan memberi nilai-nilai pada dan menghitung nilai-nilai

    T yang bersangkutan. Pemeriksaan terhadap neraca entalpi gas penhgering tersebut

    menunjukkan bahwa kemiringan garis pendinginan adiabtik, jika digambar pada

    koordinat yang benar-benar siku-siku adalah CS/S. Kemiringan ini bergantung pada

    kelembaban pada koordinat siku-siku. Oleh karena itu, garis-garis pendinginan adiabtik

    tidak lurus dan tidak sejajar satu sama lain. Pada gambar 2 ordinat telah dimodifikasi

    sedemikian sehingga mempermudah ionterpolasi di antara garis-garis tersebut.

    Pada gambar 2 tertera pula garis-garis volume spesifik udara kering dan

    volume jenuh. Kedua garis itu merupakan grafik volume terhadap temperatur. Volume

    dibaca pada skala sebelah kiri. Koordinat titik-titik pada garis ini dihitung dengan

    menggunakan persamaan

    +=

    ABH M

    M1

    492359.Tv . Interpolasi antara garis, atas dasar

    persen kelembaban memberikan volume lembab udara tak jenuh. Demikian pula,

    hubungan antara kalor lembab CS dan kelembaban juga digambarkan sebagai satu garis

    lurus pada grafik kelembaban. Garis ini adalah penggambaran dari persamaan cs = cpB +

    cpA.. Skala untuk CS dicantumkan pada bagian atas diagram.

    IV.5 Penggunaan Grafik Kelembaban

    Manfaat grafik kelembaban sebagai sumber data mengenai campuran air-udara

    tertentu dapat ditunjukkan dengan mengacu pada gambar 3 yang merupakan bagian

    penting dari gambar 2. Andaikan suatu aliran tertentu udara yang belum jenuh berada

    pada temperatur T dan persen kelembaban A1. Udara ini ditunjukkan oleh titik A pada

    grafik. Titik ini merupakan titik potong antara garis temperatur tetap T dan garis persen

    kelembaban tetap A1 . Kelembaban A1 pada udara ditunjukkan oleh titik b, yaitu

    koordinat kelembaban dari titik a. Titik embun didapatkan dengan mengikuti garis

    adiabatik melalui titik a sampai ke perpotongannya e pada garis 100%, dan membaca

    kelembaban S pada titik f pada skala kelembaban. Kadang-kadang interpolasi di antara

    garis-garis adiabtik itu diperlukan. Temperatur jenuh adiabatik TS ditunjukkan titik j. Jika

    udara semula dijenuhkan pada temperatur tetap, kelembaban sesudah penjenuhan

    didapatkan dengan mengikuti garis temperatur tetap melalui titik a ke titik h pada garis

    100% kelembaban dan membaca kelembaban pada titik j.

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 8 dari 46

    Gambar 2 Grafik Kelembaban Sistem Udara-Air pada 1 atm

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 9 dari 46

    Gambar 3 Penggunaan Grafik Kelembaban

    Volume lembab udara semula didapatkan dengan menentukan letak titik k dan l

    masing-masing pada kurva volume jenuh dan volume kering yang sehubungan dengan

    temperatur T1. Titik m didapatkan dengan bergerak di sepanjang garis lk sejauh (A/100)

    kl dari titik l, dimana kl adalah segmen garis antara l dan k. Volume lembab vH diberikan

    oleh titik n pada skala volume. Kalor beban udara didapatkan dengan menentukan letak

    titik o, yaitu perpotongan antara garis kelembaban melalui titik a dan garis kalor lembab

    dan membaca kalor lembab cs pada titik p pada skala sebelah atas.

    IV.6 Temperatur Bola Basah dan Pengukuran Kelembaban

    Sifat-sifat yang dibahas dan yang terlihat pada grafik kelembaban adalah

    besaran-besaran statik atau kesetimbangan. Di samping itu, yang terpenting adalah laju

    perpindahan massa dan kalor antara gas dan zat cair yang tidak berada pada

    kesetimbangan. Suatu besaran yang bergantung pada kedua laju ini adalah temperatur

    bola basah.

    Temperatur bola basah adalah suatu temperatur peralihan dari keadaan tak

    setimbang menjadi keadaan tunak yang dicapai bila suatu massa yang kecil dari zat cair

    dicelupkan dalam keadaan adiabatik di dalam suatu arus gas yang kontinu. Massa zat cair

    itu sedemikian kecil dilembabkan dengan fasa gas, sehingga perubahan sifat-sifat gas

    kecil sekali dan dapat diabaikan sehingga pengeruh proses ini hanya terbatas pada zat cair

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 10 dari 46

    saja. Metoda pengukuran temperatur bola basah terlihat pada Gambar 4. Sebuah

    termometer atau suatu piranti pengukur temperatur seperti termokopeldibalut dengan

    sumbu yang dijenuhkan dengan zat cair murni dan dicelupkan di dalam aliran gas yang

    mempunyai temperatur tertentu T dan kelembaban . Diasumsikan awalnya temperatur

    zat cair tersebut kira-kira sama dengan gas. Karena gas tidak jenuh, zat cair lalu menguap

    dan karena proses adiabatik, kalor laten didapatkan dari pendinginan zat cair. Jika

    temperatur zat cair telah turun sampai di bawah temperatur gas, kalor sensibel akan

    berpindah dari gas ke zat cair. Akhirnya akan tercapai suatu keadaan kesetimbangan pada

    temperatur zat cair, dimana kalor yang diperlukan untuk menguapkan zat cair dan

    memanaskan uap sampai ke temperatur gas menjadi bersis sama dengan kalor sensibel

    yang mengalir dari gas ke zat cair. Temperatur ini adalah temperatur dalam keadaan

    tunak, ditandai dengan TW, dan disebut temperatur bola basah. Temperatur ini merupakan

    fungsi T dan .

    Gambar 4 Prinsip Pengukuran Temperatur Bola Basah

    Untuk mengukur temperatur bola basah secara teliti, ada 3 hal yang harus

    diperhatikan:

    1. sumbu harus basah seluruhnya dan tidak ada bagian sumbu yang kering yang

    kontak dengan gas

    2. kecepatan gas harus cukup besar sehingga laju alir kalor radiasi dari lingkungan

    yang panas ke bola basah itu dapat diabaikan terhadap laju aliran kalor sensibel

    yang disebabkan oleh konduksi dan konveksi dari gas ke bola basah

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 11 dari 46

    3. jika harus ditambahkan zat cair pengganti ke bola basah itu, zat cair yang

    ditambahkan tersebut harus berada pada temperatur bola basah.

    Bila ketiga hal tersebut dipenuhi, temperatur bola basah tidak akan bergantung pada

    kecepatan gas dalam rentang laju alir yang cukup luas.

    Untuk campuran udara-air temperatur bola basah hampir sama dengan tempertur

    jenuh adiabatik TS. Pada dasarnya temperatur bola basah berbeda dari temperatur jenuh

    adiabatik.. Pada temperatur jenuh adiabatik, temperatur dan kelembaban gas berubah

    selama berlangsungnya proses pengukuran dan titik akhirnya adalah suatu kesetimbangan

    yang tetap dan keadaan tunak yang dinamik.

    Umumnya bersama dengan termometer yang dibalut sumbat basah digunakan

    pula termometer tanpa dibalut yang mengukur temperatur T, yaitu temperatur gas nyata.

    T tersebut dinamakan temperatur bola kering.

    IV.7 Pengukuran Kelembaban

    Kelembaban suatu aliran massa gas didapatkan dengan mengukur titik embun

    atau temperatur bola basah atau dengan cara absorpsi langsung.

    1. Metoda titik embun

    Jika sebuah piring mengkilap yang dingin dimasukkan ke dalam gas yang

    kelembabannya tidak diketahui dan temperatur piringan itu berangsur-angsur

    diturunkan sehingga piringan tersebut akan mencapai temperatur dimana terjadi

    kondensasi kabut pada permukaan mengkilap itu. Pada waktu kabut itu pertama

    kali terbentuk, temperatur adalah temperatur kesetimbangan antara uap di dalam

    fasa gas dan fasa cair. Karena itu, titik tersebut adalah titik embun. Skala

    termometer diperiksa sambil menaikkan temperatur piringin itu perlahan-laan

    dan mencatat temperatur dimana kabut menghilang. Kelembaban lalu dibaca dari

    grafik kelembaban pada temperatur rata-rata di mana kabut tersebut mulai

    terbentuk dan temperatur dimana kabut mulai menghilang.

    2. Metoda Psikometerik

    Suatu cara yang umum digunakan untuk mengukur kelembaban adalah dengan

    menentukan temperatur bola basah dan temperatur bola kering secara bersamaan.

    Dari kedua bacaan itu, kelembaban didapatkan dengan menentukan garis

    psikometerik yang memotong garis jenuh pada temperatur bola basah sesuai

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 12 dari 46

    dengan pengamatan dan mengikuti garis itu sampai memotong ordinat pada

    temperatur bola kering.

    3. Metoda Langsung

    Kandungan uap di dalam gas dapat ditentukan secara langsung dengan analisis di

    mana gas yang volumenya tertentu dilewatkan melalui suatu piranti analisis yang

    semestinya.

    IV.8 Klasifikasi Pengering

    Banyak metoda digunakan untuk mengelompokan alat pengering. Ada jenis

    pengering yang beroperasi secara kontinu, ada pula pengering yang beroperasi secara

    batch. Ada pengering yang menerapkan proses pengadukan adapula yang tidak. Untuk

    menurunkan temperatur proses pengeringan, beberapa pengering beroperasi secara

    vakum.

    Gambar 5 macam-macam interaksi zat padat di dalam pengeringan

    Namun, dalam literatur teknik kimia, umumnya pengering dikelompokkan

    menjadi:

    1. pengering-pengering dimana zat padat bersentuhan langsung dengan gas panas

    (umumnya berupa udara panas). Jenis pengering ini disebut pengering adiabatik

    (adiabatic dryer) atau pengering langsung (direct dryer).

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 13 dari 46

    2. pengering-pengering dimana kalor berpindah ke zat padat dari suatu medium

    luar, seperti uap yang terkondensasi, biasanya melalui permukaan logam yang

    bersentuhan dengan zat padat tersebut. Pengering jenis ini sering disebut

    pengering nonadiabatik (nonadiabatic dryer) atau pengering tak-langsung

    (indirect dryer). Contoh pengering nonadiabatik adalah pengering yang

    pemanasannya dilakukan dengan energi elektrik, radiasi, atau gelombang mikro.

    3. Pada beberapa unit terdapat gabungan pengeringan adiabatik dan nonadiabatik

    yang disebut pengering langsung-tak-langsung.

    IV.9 Pemrosesan Zat Padat dalam Pengering

    Kebanyakan pengering di industri mengangani zat padat butiran. Pada bagian ini

    diuraikan berbagai pola pergerakan partikel zat padat dalam peralaan pengering.

    Dalam penegring adiabatik, zat padat bersebtuhan dengan gas menurut salah satu

    cara berikut:

    1. gas ditiupkan melintasi permukaan hamparan atau lembaran zat padat, atau

    melintas satu atau dua sisi lembaran atau film sinambung. Proses ini disebut

    pengeringan dengan sirkulasi silang (cross circulation drying).

    2. gas ditiupkan melalui hamparan zat padat butiran kasar yang ditempatkan di atas

    ayakan pendukung. Cara ini disebut pengeringan sirkulasi silang. Di sini

    kecepatan gas harus rendah untuk mencegah terjadinya halangan aliran terhadap

    partikel zat padat.

    3. Zat padat disiramkan ke bawah melalui suatu arus gas yang bergerak perlahan-

    lahan ke atas. Terkadang pada proses ini terjadi pengahalangan aliran partikel

    halus oleh gas yang tidak dikehendaki.

    4. Gas dialirkan melalui zat padat dengan kecepatan yang cukup untuk

    memfluidisasikan hamparan.

    5. Zat padat seluruhnya dibawa ikut dengan arus gas kecepatan tinggi dan diangkut

    secara pnematik dari piranti pencampuran ke pemisahan mekanik.

    Dalam pengering nonadiabtik, satu-satunya gas yang harus dikeluarkan adalah

    uap air ataupun pelarut. Pengering nonadiabtik dibedakan terutama menurut caranya zat

    padat itu berkontak dengan permukaan panas atau sumber kalor lainnya, seperti berikut:

    1. Zat padat dihamparkan di atas suatu permukaan horisontal yang stasioner atau

    bergerak lambat dan dipanaskan hingga kering. Pemanasan permukaan itu dapat

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 14 dari 46

    dilakukan dengan listrik atau dengan fluida perpindahan kalor seperti uap atau air

    panas. Atau, pemberian kalor itu dapat pula dilakukan dengan pemanas radiasi

    yang ditempatkan di atas zat padat itu.

    2. Zat padat itu bergerak di atas permukaan panas, yang biasanya berbentuk

    silinder, dengan bantuan pengaduk atau screw conveyor ataupun paddle

    conveyor.

    3. Zat padat penggelincir dengan gaya gravitasi di atas permukaan panas yang

    miring atau dibawa naik bersama permukaan itu selama suatu waktu tertentu dan

    kemudian dihancurkan lagi.

    IV.10 Prinsip-Prinsip Pengeringan

    IV.10.1 Pola suhu di dalam pengering

    Gejala perubahan suhu dalam pengering ditentukan oleh sifat bahan umpan dan

    kandungan zat cairnya, temperatur medium pemanas, waktu pengeringan, serta

    temperatur akhir yang dapat ditoleransi dalam peneringan zat padat tersebut. Pola

    perubahan suhu tersebut dapat dilihat pada Gambar 6.

    Gambar 6 Pola suhu dalam pengering a) batch, b) kontinue

    Dalam penegring batch yang menggunakan medium pemanas dengan suhu tetap

    (Gambar 6a), temperatur zat padat yang basah itu meningkat dengan cepat dari nilai awal

    Tsa menjadi temperatur penguapan Tv. Pada pengering nonadiabatik yang tidak

    menggunakan gas pengering, Tv dapat dikatakan sama dengan titik didih zat cair pada

    tekanan yang terdapat dalam pengering. Jika digunakan gas pengering, atau jika

    pengeringan berlangsung adiabatik, Tv adalah temperatur wet bulb (yang sama dengan

    temperatur jenuh adiabatik apabila gasnya adalah udara dan zat cair yang diuapkan

    adalah air. Pengaupan berlangsung pada Tv selama beberapa waktu. Artinya, sebagian

    besar zat cair itu diuapkan pada temperatur jauh di bawah temperatur medium pemanas.

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 15 dari 46

    Menjelang tahap akhir pemanasan itu, temperatur zat padat naik sampai Tsb yang dapat

    lebih tinggi sedikit atau bahkan jauh lebih tinggi dari Tv.

    Waktu pengeringan yang ditunjukkan pada Gambar 6-a, mungkin hanya

    beberapa detik saja, tapi mungkin pula mencapai beberapa jam. Zat padat tersebut dapat

    berada ada temperatur Tv selama sebagian besar siklus pengeringan, atau mungkin pula

    hanya pada sebagian kecil dari siklus tersebut. Temperatur medium pengering dapat

    konstan, namun dapat pula diprogram untuk berubah selama berlangsungnya proses

    pengeringan.

    Dalam pengeringan kontinu, setiap partikel atau elemen zat padat tersebut

    mengalami suatu siklus yang serupa dengan Gambar 6-b selama proses pengeringannya

    dari masuk pengering sampai keluar. Dalam operasi keadaan tunak, temperatur pada

    setiap titik di dalam pengering kontinu selalu konstan, tetapi berubah sepanjang

    pengering itu. Pada gambar 6-b terlihat pola temperatur dalam pengering counter current

    adiabatik. Pemasukan zat padat serta pengeluaran gas berlangsung di sebelah kiri, sedang

    pemasukan gas dan pengeluaran zat padat di sebelah kanan. Di sini pun zat padat

    mengalami pemanasan cepat dari temperatur Tsa ke Tv. Temperatur penguapan Tv juga

    konstan karena temperatur bola basah tidak berubah. Hal ini tidak berlaku jika ada kalor

    yang ditambahkan secara tidak langsung pada zat padat. Di dekat pemasukan gas, zat

    padat itu mungkin dipanaskan sampai melebihi Tv. Gas panas masuk pengering pada suhu

    Tha biasanya dengan kelembaban (humidity) rendah. Gas tersebut mendingin, mula-mula

    cepat, tetapi lalu agak perlahan karena gaya dorong perbedaan temperatur makin

    berkurang. Kelembabannya meningkat dengan teratur berhubung makin banyaknya zat

    cair yang menguap ke dalam gas tersebut.

    IV.10.2 Perpindahan Kalor di dalam Pengering

    Pengeringan zat pdat basah menurut definisinya adalah suatu proses termal.

    Walaupun prosesnya bertambah rumit karena adanya difusi di dalam zat padat atau

    melalui gas, pengeringan bahan dapat dilakukan dengan terus memanaskannya sampai di

    atas titik didih zat cair, misalnya dengan mengontakkan zat padat tersebut dengan uap

    yang sangat panas (superheated steam). Dalam sebagian besar proses peneringan

    adiabtik, difusi selalu ada, tetapi biasanya laju pengerting itu dibatasi oleh perpindahan

    kalor, bukan perpindahan massa. Karena itu, sebagian besar pengering dirancang hanya

    atas dasar perpindahan kalor saja.

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 16 dari 46

    IV.10.3 Perhitungan Beban Kalor

    Kalor diberikan pada pengering dengan tujuan:

    1. memanaskan umpan (zat padat dan zat cair) sampai temperatur penguapan

    2. menguapkan zat cair

    3. memanaskan zat padat sampai temperatur akhirnya

    4. memanaskan uap sampai suhu akhirnya.

    Dalam kasus umum, laju total perpindahan kalor dapat dihitung sebagai berikut.

    Jika ms adalah massa zat padat bone dry yang akan dikeringkan per satuan waktu, dan xa

    dan xb adalah kandungan zat cair awal dan akhir dinyatakan dalam massa zat cair per

    massa zat padat bone dry, maka kuantitas kalor yang berpindah per satuan massa zat

    padat (qT/ms) adalah:

    )T-(T*C*)X-(X)T-(T*.CX

    *)X-(X)T-(T*C*X)T-(T*Cmq

    vvbpvbavsbplb

    basavplasasbpss

    T

    ++++=

    (13)

    dimana:

    Tsa = temperatur umpan

    Tv = temperatur penguapan

    Tsb = temperatur akhir zat padat

    Tvb = temperatur akhir uap

    d = kalor penguapan

    CpS = kalor spesifik zat padat

    CpL = kalor spesifik zat cair

    CpV = kalor spesifik uap

    = kalor laten penguapan

    Dalam persamaan tersebut, diasumsikan semua kalor spesifik dan kalor

    penguapan adalah konstan dan seluruh penguapan berlangsung pada temperatur konstan

    Tv. Pendekatan ini memuaskan jika temperatur diketahui atau dapat diperkirakan.

    Dalam pengering adiabatik, Tv adalah temperatur bola basah gas, sedangkan Tvb

    adalah temperatur gas keluar yang sama dengan Thb. Kalor yang berpindah ke zat padat,

    zat cair, dan uap berasal dari pendinginan gas. Pada pengering adiabatik kontinu, neraca

    kalor menghasilkan:

    )(**)1(* hbhasaagT TTCmq += (14)

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 17 dari 46

    dimana:

    mg = laju massa gas kering

    = kelembaban gas pada waktu masuk

    Csa = kalor lembab gas pada kelembaban pada waktu masuk

    Perubahan entalpi di dalam pengering adiabatik dapat pula dihitung langsung dari

    grafik psikometerik.

    IV.10.4 Koefisien Peprindahan Kalor

    Dalam perhitungan pengering berlaku persamaan dasar perpindahan kalor seperti

    persamaan:

    TAUqT = ** (15) dimana:

    U = koefisien perpindahan kalor overall

    A = luas perpindahan kalor

    T = beda temperaur rata-rata

    Terkadang A dan T diketahui dan kapasitas pengering dapat diperkirakan dari

    nilai U menurut perhitungan ataupun pengukuran, tetapi sering terdapat suatu

    ketidakpastian yang tidak dapat diabaikan karena luas nyata perpindahan kalor. Fraksi

    perpindahan panas yang berada dalam kontak dengan zat padat di dalam pengering

    umpamanya sudah diperkirakan; luas total permukaan zat padat yang terkena pada

    permukaan panas, atau gas panas pun sulit diperkirakan.

    Oleh karena itu, banyak pengering yang dirancang atas dasar koefisien

    perpindahan kalor volumeterik Ua, dimana a adalah luas bidang peprindahan kalor per

    satuan volume pengering. Persamaan yang menentukan adalah:

    TVUaqT = ** (16) dimana:

    Ua = koefisien perpindahan kalor volumetrik

    V = Volume pengering

    T = beda temperaur rata-rata

    Oleh karena pola suhu cukup kompleks, beda suhu rata-rata untuk pengering

    tersebut secara keseluruhan sulit didefinisikan. Karena itu koefisien perpindahan kalor

    sulit ditaksir dan terbatas penggunaannya. Suatu persamaan umum yang sangat berguina

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 18 dari 46

    untuk perhitungan ini adalah perpindahan kalor dari gas ke partikel bola tunggal atau bola

    tersisih seperti berikut: 3/15,0

    .*6,02

    .

    +=

    f

    fp

    f

    p

    f

    po

    kCGD

    kDh

    (17)

    Terlihat bahawa untuk kebanyakan pengering tidak ada suatu korelasi umum

    yang dapat digunakan, dan setiap koefisiennya harus ditentukan melalui eksperimen.

    Koefisien-koefisien empirik biasanya didasarkan atas definisi yang bersifat agak

    sembarang mengenai luas permukaan perpindahan kalor dan perbedaan suhu rata-rata.

    IV.10.5 Satuan perpindahan kalor

    Beberapa pengering adiabatik, terutama rotary dryer dinilai menurut jumlah

    satuan perpindahan kalor yang terdapat di dalamnya. Satuan perpindahan kalor adalah

    bagian peralatan di mana perubahan suhu dalam satu fasa sama dengan driving force

    (beda temperatur) rata-rata dalam bagian itu. Satuan perpindahan dapat didasarkan atas

    perubahan temperatur di dalam salah satu fasa, tetapi di dalam pengering satuan ini selalu

    didasarkan atas fasa gas. Jumlah satuan perpindahan panas dalam pengering adalah:

    = haT

    hbT sh

    ht T-T

    dTN (18) atau TTT

    N hbhat = (19)

    Bila kandungan awal zat cair di dalam zat padat tinggi, sehingga sebagaian besar kalor

    dipindahkan untuk penguapan, T dapat dianggap sebagai rata-rata logaritmik antara

    temperatur bola kering dan temperatur bola basah. Sehingga:

    ==)T(T)T(T

    ln

    )T(T)T(TTT

    wbhb

    waha

    wbhbwahaL (20)

    Untuk sistem air-udara, Twb = Twa, sehingga satuan perpindahan panas pengering menjadi

    wahb

    waha

    TTTT

    lnN = (21)

    IV.10.6 Perpindahan massa di dalam pengering

    Dalam semua pengering di mana gas dialirkan di atas atau melalui zat padat,

    perpindahan massa selalu terjadi dari permukaan zat padat ke dalam gas, dan terkadang

    melalui saluran-saluran berpori yang terdapat di dalam zat padat. Dalam hal ini laju

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 19 dari 46

    pengeringan mungkin ditentukan oleh tahanan terhadap perpindahan massa, bukan

    perpindahan kalor. Dipandang dari fasa gas, pengringan ini serupa dengan humidifikasi

    adiabatik. Dari fasa padat, proses ini merupakan evaporasi bila zat padat sangat basah dan

    seperti desorpsi dari adsorber bila zat padat mendekati kering.

    Laju rata-rata perpindahan massa mv, dapat dengan mudah dihitung dari

    hubungan:

    )(* basv XXmm = (22) jika gas masuk pada kelembaban a, kelembaban keluar b, dihitung dari:

    g

    vab

    g

    basab

    mm

    mXXm

    +=

    +=

    )(* (23)

    Untuk menggunakan persamaan ini diperlukan perngetahuan mengenai mekanisme

    gerakan zat cair dan uap di dlaam zat padat dan melalui zat padat itu, serta pengetahuan

    mengenai keseimbangan fasa yang agak rumit mengenai zat padat basah dan gas lembab.

    IV.11 Kesetimbangan Fasa Uap da Fasa Cair dalam Pengeringan

    Data kesetimbangan fasa untuk zat padat lembab umumnya diberikan sebagai

    hubungan antara kelembaban relatif gas dan kandungan zat cair di dalam zat padat, dalam

    massa zat cair per satuan massa zat padat bone dry. Contoh hubuangan kesetimbangan

    tersebut dapat dilihat pada Gambar 7. Hubuangan kesetimbangan ini tidak bergantung

    pada temperatur. Absis kerva tersebut dapat dengan mudah dikonversikan menjadi

    kelembaban absolut dalam massa uap per satuan massa gas kering.

    Bila suatu zat padat basah dikontakkan dengan udara yang humiditasnya lebih

    rendah dari kandungan moisture zat padat tersebut, seperti terlihat pada kurva

    kesetimbangan kelembaban, zat padat tersebut akan melepaskan sebagian kandungan

    moisture-nya dan semakin kering sehingga kelembabannya sama dengan kelembaban

    udara. Bila udara itu lebih lembab dari zat padat yang berada dalam kesetimbangan

    dengan udara tersebut, zat padat akan menyerap moisture dari udara sampai tercapai

    kesetimbangan.

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 20 dari 46

    Gambar 7 Kurva Kesetimbangan Moisture pada 25 0C

    Dalam fasa fluida pengering, difusi ditentukan oleh perbedaan konsentrasi,

    dinyatakan dalam fraksi mol. Dalam fasa zat padat basah, perhitungan-perhitungan

    pengeringan selalu dinyatakan dalam massa air per satuan massa zat padat bone dry.

    IV.11.1 Equilibrium Moisture dan Free Moisture

    Udara yang berfungsi sebagai fluida pengering selalu memiliki kandungan

    moisture dan mempunyai humiditas relatif tertentu. Untuk udara dengan humiditas relatif

    tertentu, kandungan moisture yang keluar dari pengering tidak dapat kurang dari

    equilibrium moisture yang berkaitan dengan kelembaban udara masuk. Ada sebagian air

    yang terdapat dalam zat padat yang basah tersebut yang tidak dapat dikeringkan oleh

    udara masuk karena kandungan equilibrium moisture pada udara pengering tersebut.

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 21 dari 46

    Free moisture adalah selisih antara kandungan air total di dalam zat padat dan

    kandungan air dalam equilibrium moisture. Jika XT adalah kandungan moisture total, dan

    X* adalah kandungn equilibrium moisture, free moisture X dihitung dengan:

    X = XT X* (24)

    Dalam perhitungan pengeringan yang digunakan adalah X, bukan XT.

    IV.11.2 Air Terikat dan Air Tak Terikat

    Jika kurva kesetimbangan pada Gambar 7 dilanjutkan hingga memotong sumbu

    kelembaban 100%, kandungan moisture yang didapat adalah moisture minimum yang

    harus dikandung bahan tersebut dan masih meberikan tekanan uap yang sama dengan

    yang diberikan zat cair pada temperatur yang sama. Jika bahan tersebut mengandung air

    lebih banyak daripada yang ditunjukkan titik potong tersebut, tekanan uap yang diberikan

    bahan tersebut pun masih sama dengan tekanan uap air pada temperatur zat padat

    tersebut. Hal ini memungkinkan pembedaan dua jenis kandungan air yang ada dalam

    setiap bahan tertentu. Air sampai konsentrasi terendah yang berada dalam kesetimbangan

    dengan udara jenuh (ditentukan oleh perpotongan antara kurva pada Gambar 2 dengan

    garis kelembaban 100%) disebut air terikat (bound water) karena memberikan tekanan

    uap yang lebih kecil daripada air pada temperatur tertentu.Bahan-bahan yang

    mengandung air biasa disebut bahan higroskopik.

    IV.12 Mekanisme Pengeringan

    Bila perpindahan kalor dan perpindahan massa terjadi bersama-sama, mekanisme

    pengeringan bergantung pada sifat zat padat serta pada metoda yang digunakan untuk

    mengontakkan zat padat dan gas. Ada 3 macam zat padat: kristal, zat padat berpori dan

    zat padat tidak berpori. Partikel kristal tidak mengandung zat cair sampai ke dalam

    partikelnya sehingga pengringan hanya berlangsung pada permukaan zat padat saja. Zat

    padat berpori, seperti katalis, mengandung zat cair di dalam saluran-saluran di dalam

    partikelnya.

    Laju pengeringan zat padat yang mengandung zat cair sampai ke dalam pori-

    porinya juga bergantung pada cara zat cair itu bergerak serta jarak yang harus ditempuh

    untuk sampai ke permukaan. Hal ini sangat penting terutama dalam pengeringan cross

    flow zat padat. Pengeringan metoda cross flow biasanya sangat lambat dan dilaksanakan

    dengan system batch.

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 22 dari 46

    IV.12.1 Konsisi Pengeringan Konstan

    Kondisi pengeringan konstan adalah pengeringan pada hamparan zat padat

    dengan ukuran dan susunan tertentu yang dikeringkan dengan temperatur, kelembaban,

    dan kecepatan serta arah aliran udara yang konstan. Kenyataanya yang dapat dijaga

    konstan adalah laju udara pengering saja. Kandungan moisture dan faktor-faktor lain di

    dalam zat padat tersebut selalu berubah.

    IV.12.2 Laju Pengeringan

    Dengan berjalannya waktu, kandungan moisture XT berkurang seperti

    ditunjukkan grafik A Gambar 8. Selama beberapa saat zat padat yang akan dikeringkan

    dipanaskan sampai temperatur penguapan. Setelah itu grafik menjadi linear dan

    melengkung lagi ke arah horizontal hingga akhirnya mendatar.

    Laju pengeringan ditunjukkan pada kurva B Gambar 8. Grafik ini horizontal pada

    sebagian panjangnya, yang menunjukkan bahwa laju pengeringan konstan. Setelah itu

    grafik melengkung ke arah bawah. Akhirnya, jika bahan telah mencapai kandungan

    moisture setimbang, maka grafik akan menunjukkan laju pengeringan 0.

    Gambar 9 menunjukkan laju pengering per satuan luas R dipetakan terhadap

    kandungan kebasahan XT-X*. Perbedaan bentuk kurva yang mungkin terjadi disebabkan

    oleh perbedaan mekanisme aliran moisture dalam bahan.

    Gambar 8 Karaktersitik Total Moisture dan Laju Pengeringan terhadap Waktu Pengeringan

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 23 dari 46

    IV.12.3 Perioda Laju Konstan

    Setelah perioda adaptasi yang tidak terlihat pada Gambar 8, kurva perngeringan

    akan memiliki segmen A-B yang berkaitan dengan perioda pengeringan yang pertama.

    Periode ini mungkin tidak ada bila kandungan moisture awal zat padat kurang dari suatu

    nilai minimum tertentu. Periode ini disebut perioda laju konstan. Periode ini

    dikarajterisasi oleh laju pengeringan yang tidak bergantung pada kandungan kebasahan.

    Selama perioda ini, zat cair itu berperilaku seakan-akan tidak ada zat padat. Dalam zat

    padat berpori, kebanyakan air yang dikeluarkan pada perioda laju konstan berasal dari

    bagian dalam (interior) zat padat. Penguapan moisture dari bahan berpori berlangsung

    menurut mekanisme yang sama seperti penguapan dari termometer bola basah. Proses

    yang berlangsung pada termometer bola basah pada umumnya adalah penguapan pada

    laju konstan. Dalam keadaan tidak ada perpindahan kalor melalui kontak langsung

    dengan permukaan panas, temperatur zat padat tersebut selama pengeringan laju konstan

    adalh temperatur bola basah udara.

    Selama periode laju konstan, laju pengering per satuan luas R dapat ditaksir

    dengan ketelitian yang memadai dari korelasi-korelasi yang dikembangan untuk proses

    evaporasi dari permukaan zat cair bebas. Perhitungan biasa didasarkan pada perpindahan

    massa atau atas dasar perpindahan kalor seperti berikut:

    ( )L

    iyvv y)-(1

    y-y..kMm

    A= (25)

    atau

    ( )i

    iyv

    T-T.hm

    A= (26)

    dimana:

    mv = laju penguapan

    A = luas permukaan

    hy = koefisien perpindahan kalor

    ky = koefisien perpindahan massa

    Mv = berat molekul relatif uap

    T = temperatur gas

    Ti = temperatur antar muka

    y = fraksi mol uap di dalam udara pengering

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 24 dari 46

    yi = fraksi mol uap dalam lapisan antar muka

    i = kalor laten penguapan pada temperatur Ti

    Gambar 9 Kurva laju pengeringan untuk lempeng tanah liat tak berpori

    Bila udara pengering mengalir sejajar dengan permukaan zat padat, koefisien

    perpindahan kalor dapat ditaksir dengan persamaan dimensional: 8,0*0128,0 Ghy = (29)

    dimana:

    hy = koefisien perpindahan kalor

    G = laju alir massa (lb/ft2.jam)

    Bila aliran itu tegak lurus terhadap permukaan, persamaan tersebut adalah: 37,0*37,0 Ghy = (30)

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 25 dari 46

    Laju pengeringan konstan Rc adalah:

    i

    iyvc

    )T.(ThA

    mR

    == (31)

    Pada banyak kasus, Ti dapat diasumsikan sama dengan temperatur bola basah udara. Bila

    radiasi dari lingkungan panas serta konduksi dari permukaan padat yang kontak dengan

    padatan yang dikeringkan dapat diabaikan, maka temperatur pada lapisan antar muka itu

    akan lebih besar daripada temperatur bola basah udara, dan yi akan bertambah besar dan

    laju pengeringan akan meningkat pula.

    IV.12.4 Kandungan Moisture Kritis dan Periode Laju Menurun

    Dengan menurunnya kandungan moisture zat padat, perioda laju konstan akan

    berakhir pada suatu kandungan moisture tertentu, dan dalam siklus pengeringan

    selanjutnya laju tersebut akan terus berkurang. Titik akhir perioda laju konstan yang

    ditunjukkan titik B pada Grafik 9 disebut titik kritis. Titik ini menandai saat kandungan

    moisture pada permukaan tidak lagi mencukupi untuk memelihara suatu film kontinue

    yang menutupi keseluruhan permukaan pengeringan. Dalam zat padat tidak berpori, titik

    kritis berlangsung pada waktu yang hampir bersamaan dengan saat menguapnya moisture

    permukaan. Dalam zat padat berpori, titik kritis ini dicapai bila laju aliran moisture ke

    permukaan tidak lagi sama dengan laju penguapan yang diperlukan oleh proses

    penguapan bola basah.

    Jika kandungan moisture awal di dalam zat padat itu berada di bawah titik kritis,

    perioda pengeringan laju tetap tidak ada. Kandungan moisture kritis berubah-ubah

    menurut tebal bahan dan menurut laju pengeringan; jadi titik kritis bukan sifat bahan.

    Perioda pengeringan setelah titik kritis disebut perioda pengeringan laju

    menurun. Kurva laju penegringan dalam perioda laju menurun berbeda-beda antara satu

    bahan dengan bahan lainnya. Bentuk kurva tersebut pun bergantung pada tebal bahan dan

    variabel-variabel lingkungan. Ada kondisi pengeringan tertentu yang menyebabkan bahan

    mengalami titik kritis kedua sehingga terjadi perubahan mekanisme pengeringan dan

    kurva laju pengeringan mengalami patahan pada laju menurun.

    Metoda untuk menaksir laju pengeringan dalam perioda laju menurun bergantung

    pada karakteristik pori bahan. Dalam bahan tak berpori, segera setelah habisnya

    kandungan moisture di permukaan, pengeringan selanjutnya hanya dapat berlangasung

    dengan laju yang ditentukan oleh difusi moisture ke permukaan. Dalam bahan berpori,

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 26 dari 46

    berlangsung mekanisme lain, dan penguapan dapat terjadi juga di dalam zat padat, bukan

    hanya dipermukaannya.

    IV.13 Zat Padat Tak Berpori dan Teori Difusi

    Distrubusi moisture di dalam zat padat yang memebrikan kurva laju menurun

    seperti Gambar 8 diperjelas pada Gambar 9, di mana kandungan moisture setempat

    dipetakan terhadap jarak dari permukaan zat padat. Bentuknya secara kualitataif

    konsisten dengan yang semestinya andai moisture tersebut mengalir secara difusi melalui

    zat padat. Kurva 5 tersebut agak berbeda dengan kurva teoretis. Laju difusi tersebut

    dinyatakan dengan:

    2

    2

    bXv.D'

    tX

    =

    (31)

    dimana:

    X = konsentrasi zat terlarut di dalam larutan yang terkandung dalam zat padat

    Dv = difusivitas

    b = jarak yang diukur menurut arah difusi.

    Persamaan tersebut digunakan sebagai dasar perhitungan kuantitatif mengenai laju

    pengeringan zat padat tak berpori. Bahan-bahan yang mengering dengan cara ini

    dikatakan mengering dengan difusi, walaupun mekanismenya sebenarnya jauh lebih

    rumit daripada difusi saja.

    Gambar 10 Distribusi Moisture di dalam lempeng kering terdiri dari 2 bidang. Aliran moisture

    melalui difusi

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 27 dari 46

    Difusi merupakan ciri bagi bahan-bahan yang lambat kering. Tahanan terhadap

    perpindahan massa uap air dari permukaan zat padat ke udara biasanya dapat diabaikan

    dan difusi di dalam zat padat itulah yang mengendalikan laju pengeringan keseluruhan.

    Kandungan moisture pada permukaan pada kondisi ini akan berada pada nilai

    kesetimbangn atau sangat berdekatan dengan nilai tersebut. Kecepatan udara hampir tidak

    berpengaruh, sedang kelembaban udara mempengaruhi proses pengeringan terutama

    melalui pengaruhnya terhadap kandungan equilibrium moisture. Oleh karena difusivitas

    meningkat bersanaab dengan temperatur, laju pengeringan juga meningkat jika

    temperatur meningkat.

    IV.14 Persamaan Difusi

    Diasumsikan hukum difusi di atas berlaku walaupun kandungan moisture X

    didasarkan pada massa (bukan volume), maka bentuk integrasi persamaan ini akan

    digunakan untuk menghubungkan waktu pengeringan dengan kandungan moisture awal

    dan akhir. Jadi, jika semua pengandaian yang digunakan dalam pengintegrasian

    persamaan difusi tersebut berlaku, maka hasil integrasi untuk proses pengeringan akan

    berbentuk:

    ndikeringkaakan yangpadatan lempeng/ ebalsetengah t spadatzat dalam di sdifusivitaD'

    awal kandungan 0 waktu tpadaan perngeringpermukaan pada awal kandungan

    kandungan*jam waktu tpada rata-rata kandungan jam waktu tpada rata-rata totalkandungan

    21

    s.tD':dimana

    ....25.a-e251.9.a-e

    91.a-e8

    XX

    *X-X*X-X

    v

    1

    1

    T

    T

    2

    2Tv

    1112

    1T1

    T

    ===

    =====

    =

    =

    +++==

    moisturemoisturefreeX

    moistureXmoistureum equilibriX

    moisturefreeXmoistureX

    a

    T

    T

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 28 dari 46

    Semua kandungan moisture di atas dunyatakan dalam massa air per satuan massa zat

    padat bone dry.

    Ketelitian teori difusi untuk pengeringan menjadi berkurang karena difusivitas

    tidak onstan dan bergantung pada kandungan moisture dan sangat mudah tereduksi. Nilai

    Dv lebih kecil pada kandungan moisture rendah dibandingkan kandungan moisture

    tinggi dan dapat menjadi sangat kecil di dekat permukaan pengeringan. Jadi, distribusi

    moisture yang diperlukan untuk teori difusi dengan difusivitas konstan adalah

    sebagaimana ditunjukkan oleh garus penuh pada gambar 5. Dalam praktiknya, yang

    digunkan adalah rata-rata Dv yang ditentukan dari eksperimen dengan bahan yang akan

    dikeringkan.

    Bila lebih besar dari 0,1, hanya suku pertama pada ruas kanan persamaan

    ekspansi tersebut yang signifikan, sedangkan suku-suku selebihnya dalam deret tak

    berhingga dapat diabaikan. Penyelesaian persamaan yang diperoleh untuk mendapatkan

    waktu pengeringan akan menghasilkan:

    XX.1.8ln

    .D'4.st 2

    v2

    2

    T = (32) Diferensiasi persamaan diferensial orde 2 untuk difusi terhadap waktu dan penyusunan

    kembali akan menghasilkan:

    XsD v .

    '.

    2dtdX- 2

    2

    = (33) Persamaan ini menunjukkan bahwa bila difusi menjadi faktor penentu, laju pengeringan

    berbending lurus dengan kandungan free moiture dan berbanding terbalik dengan pangkat

    dua ketebalan. Persamaan ini menunjukkan bahwa jika waktu dipetakan terhadap

    kandungan free moisture akan didaptkan garis lurus dan Dv dapat dihitung dari

    gradiennya.

    IV.15 Zat Padat Berpori dan Aliran karena Kapilaritas

    Aliran zat cair melalui zat padat berpori tidak sesuai dengan penyelesaian

    persamaan difusi yang telah disebutkan sebelumnya. Hal tersebut dapat dilihat dengan

    membandingkan distribusi moisture di dalam zat padat jnis ini selama pengeringan

    dengan distribusi moisture dalam difusi.

    Moisture mengalir melalui zat padat berpori karena kapilaritas. Bahan berpori

    mengandung jaringan pori-pori dan saluran yang saling berhubungan dan sangt rumit,

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 29 dari 46

    yang luas penampangnya sangat beragam. Pada permukaan terdapat mulut-mulut pori

    yang ukurannya bermacam-macam.Pada waktu air keluar karena penguapan, terjadi

    meniskus melintasi masing-masing pori, yang mengakibatkan timbulnya gaya kapiler

    karena tegangan antarmuka antara air dan zat padat. Gaya-gaya kapiler itu mempunyai

    komponen pada arah tegak lurus terhadap permukaan zat padat. Gaya inilah yang

    menimbulkan gaya dorong yang menggerakkan air melalui pori ke permukaan.

    Kekuatan gaya kapiler pada setiap titik tertentu di dalam pori ditentukan oleh

    kelengkungan meniskus, yang juga merupakan fungsi dari penampang pori. Pori kecil

    membangkitkan daya kapiler yang lebih besar dari pori besar, sehingga pori kecil dapat

    menarik air dari pori besar. Dengan berkurangnya air pada permukaan, pori-pori besar

    akan kosong lebih dahulu. Air itu digantikan udara. Udara akan masuk melalui mulut-

    mulut pori besar pada permukaan pengeringan atau dari sisi dan belakang bahan jika

    pengeringan berlangsung dari satu sisi saja.

    Kurva laju pengeringan untuk contoh umum zat padat berpori kecil ditunjukkan

    pada Gambar 11. Selama penyerapan air dari bagian dalam ke permukaan masih cukup

    untuk membuat permukaan itu basah sama sekali, laju pengeringan akan konstan. Pori itu

    berangsur-angsur kehabisan air, dan pada titik kritis, lapisan permukaan air mulai mundur

    ke dalam zat padat. Hal ini bermula pada pori-pori besar. Titik-titik tinggi pada

    permukaan zat padat mulai meninjol dari zat cair, dan luas yang tersedian untuk

    perpindahan massa dari zat padat ke udara pun berkurang. Jadi, walaupun laju penguapan

    per satuan luas basah tidak berubah, laju atas dasar luas total, termasuk luas basah dan

    luas kering, kurang dari laju pada periode laju tetap. Laju ini terus berkurang bersamaan

    dengan bertambahnya permukaan kering.

    Bagian pertama dari periode laju menurun dinyatakan oleh garis BC pada

    Gambar 11. Laju pengeringan selama periode ini bergantung pada faktor-faktor yang

    sama dengan faktor yang aktif pada peridode laju konstan, karena mekanisme penguapan

    tidak berubah sedang zone penguapan berada oada atau dekat permukaan. Air dari pori-

    pori itu merupakan fasa kontinu, sedang udara fasa terdispersi. Dalam periode laju

    menurun yang pertama kali, kurva laju pengeringan tersebut biasanya linier. Dengan

    berkuranganya air secara berangsur-angsur dari zat padat, fraksi volum pori yang berisi

    udara akan bertambah. Bila fraksi ini telah mencapai suatu batas tertentu, maka air yang

    tersissa tidak cukup lagi untuk membuat film kontinu melintas pori-pori, dan pori-pori itu

    akan menjadi penuh dengan udara, dan udara inilah yang sekarang merupakan fasa

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 30 dari 46

    kontinu. Sisa air akan menyusut menjadi gelembung-gelembung terpisah pada sudut-

    sudut jaringan pori. Bila keadaan ini terjadi, laju pengeringan berkurang lagi secara tiba-

    tiba seperti ditunjukkan pada garis CD. Kandungan moisture pada waktu terjadinya

    kepatahan ini yaitu titik C dinamakan titik kritis kedua, dan periode yang diawalinya

    dinamakan periode laju menurun kedua.

    Gambar 11 Free moisture (lb/lb) zat padat kering

    Pada periode peneringan akhir ini, laju pengeringan praktis tidak bergantung

    pada kecepatan udara. Uap air harus mendifusi melalui zat padat dan kalor penguapan

    harus ditransmisikan ke dalam zona penguapan dengan cara konduksi melalui zat padat

    itu. Dalam zat padat itu akan terbentuk gradien temperatur, dan temperatur permukaan zat

    padat akan mendekati temperatur bola basah udara. Pada pori-pori kecil, kurva laju

    pengeringan dalam periode laju menurun kedua itu sesuai dengan model difusi, dan kurva

    laju penegringan itu cekung ke atas.

    IV.16 Menghitung Waktu Pengeringan pada Kondisi Pengeringan Konstan

    Dalam merancang pengering, besaran yang penting adalah waktu yang

    diperlukan untuk mengeringkan bahan dalam kondisi yang terdapat pada pengering,

    karena hal ini akan menetapkan ukuran peralatan yang diperlukan untuk suatu kapasitas

    tertentu. Untuk pengeringan pada kondisi pengeringan konstan, waktu pengeringan dapat

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 31 dari 46

    ditentukan dari kurva laju pengeringan. Kurva laju penegringan terkadang dimodifikasi

    untuk kondisi lain, sehingga dapat dihitung kembali dari kurva laju pengeringan ke waktu

    pengeringan menurut persamaan:

    dTdX.

    Am

    A.dtdm

    -R sv == (34) Integrasi persamaan tersebut antara X1 dan X2 yaitu kandungan free moisture awal dan

    akhir akan memberikan:

    = 1X

    2X

    s

    RdX.

    Am

    tT (35)

    dimana tT adalah waktu pengeringan total. Persamaan tersebut dapat diintegrasikan secara

    numerik dengan kurva laju pengeringan atau secara analitk jika ada persamaan yang

    menyatakan R sebagai fungsi X.

    Dalam periode laju konstan, R=Rc dan waktu pengeringan menjadi:

    C

    21s

    A.R)(m

    tXX

    T= (36)

    Dalam periode laju menurun, bila difusi menjadi faktor pembatas, waktu

    pengeringan tT bila R linear terhadap X sehinga R = aX + b, dimana a dan b adalah

    konstanta dan dR = adX. Substitusi dX ke dalam persamaan waktu pengeringan untuk

    periode laju menurun menjadi:

    2

    1s1X

    2X

    s lna.Am

    RdX.

    Am

    tRR

    T == (37) dimana R1 dan R2 adalah ordinat dari kandungan moisture awal dan akhir. Konstanta a

    adalah kemiringan kurva laju pengeringan dan dapat ditulis sebagai:

    'X'R

    C

    C

    XRa

    = (38)

    dimana:

    Rc = laju pada titi kritis pertama

    R = laju pada titik kritis kedua

    Xc = kandunagn free moisture pada titik kritis pertama

    X = kandungan free moisture pada titik kritis kedua

    Substitusi a akan mengasilkan persamaan:

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 32 dari 46

    ln)'A(R)'(Xm

    t2

    1

    C

    Cs

    RR

    RX

    T = (39)

    Laju pengeringan suatu bahan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain:

    1. temperatur udara pengering

    2. kelembaban udara pengering

    3. laju alir udara pengering

    IV.17 Peralatan Penegringan

    Di antara berbagai macam pengering komersial yang ada, hanya beberapa yang

    pemanfaatannya dalam skala industri sangat luas. Kelompok yang paling banyak

    penggunaannya adalah pengering untuk zat padat tak terdeformasi atau bijian. Contoh

    pengering untuk keperluan tersebut adalah try dryer, screen conveyor dryer, tower dryer,

    rotary dryer, screw conveyor dryer, fluid-bed dryer, dan flash dryer.

    IV.17.1 Try Dryer

    Contoh try dryer ditunjukkan pada Gambar 11. Pengering ini terdiri dari sebuah

    ruang dari logam lembaran yang berisi dua buah truk yang mengandung rak-rak H. Setiap

    rak mempunyai sejumlah piringan sebagai penapis tempat bahan yang akan dikeringkan

    diletakkan. Piringan ini umumnay berukuran 30 in2, dengan ketebalan 2 sampai 6 in.

    Udara panas disirkulasikan pada kecepatan 7 sampai 15 ft/detik di antara piringan dengan

    bantuan kipas C dan motor D, mengalir melalui pemanas E. Sekat-sekat G membagi

    udara tersebut secara seragam di atas susunan talam tadi. Sebagian udara basah

    diventilasikan keluar melalui talang pembuang B; sedangkan udara segar masuk melalui

    pemasuk A. Rak-rak itu disusun di atas roda truk I sehingga pada akhir siklus

    pengeringan truk itu dapat ditarik keluar dari ruang pengering dan dibawa ke bagian akhir

    untuk off loading bahan yang selesai dikeringkan.

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 33 dari 46

    Gambar 11 Skema Try Dryer

    Try dryer sangat bermanfaat bila laju produksi bahan kering kecil. Alat ini dapat

    digunakan untuk mengeringkan segala macam bahan, tetapi karena memerlukan tenaga

    kerja manual untuk loading dan off loading, biaya operasi agak mahal. Alat ini biasanya

    diterapkan untuk pengeringan bahan-bahan mahal seperti zat warna dan bahan farmasi.

    Pengeringan dalam sirkulasi udara menyilang lapisan zat padat biasanya lambat sehingga

    siklus pengeringan pun panjang, sekitar 4 sampai 48 jam per batch. Terkadang digunakan

    juga sirkulasi tembus, namun cara ini biasanya tidak ekonomis dan bahan tidak perlu

    pada pengeringan batch. Pemendekan siklus pengeringan tidak mengurangi biaya tenaga

    kerja, namun akan terjadi penghematan energi yang cukup signifikan.

    Try dryer dapat beroperasi dalam vakum, terkadang dengan pemanasan tidak

    langsung. Masing-masing try terdiri atas pelat-pelat logam bolong yang dilalui uap atau

    air panas atau terkadang dilengkapi ruang khusus untuk fluida pemanas. Uap dari zat

    padat dikeluarkan dengan ejektor atau pun pompa vakum. Pengering beku (freeze drying)

    terdiri dari sublimasi es dari es pada tekanan vakum dan pada temperatur di bawah 0 oC.

    Freeze drying dilakukan khusus untuk mengeringkan vitamin dan berbagai bahan yang

    peka terhadap panas.

    IV.17.2 Screen Conveyor Dryer

    Contoh umum screen conveyor dryer dengan sirkulasi tembus ditunjukkan pada

    Gambar 12. Lapisan bahan yang akan dikeringkan setebal 1 sampai 6 in diangkut

    perlahan di atas lapisan screen logam melalui ruang lurus seperti pengering. Selama

    pergerakan itu bahan dikeringkan. Ruang/ terowongan tersebut terdiri dari sederetan

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 34 dari 46

    bagian terpisah, yang masing-masing mempunyai kipas dan pemanas udaranya sendiri.

    Pada ujung masuk ke perngering itu, udara biasanya mengalir ke atas melalui lapisan

    screen dan zat padat. Di dekat ujung jeluar di mana bahan sudah kering dan umumnya

    jadi berdebu, udara dialirkan ke bawah melalui screen tersebut. Temperatur udara dan

    kelembaban mungkin tidak sama pada masiung-masing bahan, sehingga terdapat kondisi

    pengeringan yang optimum pada setiap titik.

    Gambar 12 Screen Conveyor Dryer

    Pengering screen conveyor biasanya mempunyai lebar 6 ft dan panjang 12

    sampai 150 ft dan waktu pengeringannya 5 sampai 120 menit. Ukuran anyaman pada

    lapisan scree kira-kira 30 mesh. Bahan-bahan bijian kasar, serpih, atau bahan berserat

    dapat dikeringkan dengan sirkulasi tembus tanpa sesuatu proses pretreatment dan tanpa

    ada bahan yang lolos dari lapisan screen. Akan tetapi, Akan tetapi bahan saring yang

    halus harus dicetak terlebih dahulu untuk dapat dikeringakan dengan screen conveyor

    dryer. Agregat tersebut biasanya tidak kehilangan bentuknya pada waktu dikeringkan dan

    sangat sedikit yang tiris menjadi debu melalui lapisan screen tersebut. Terkadang screen

    conveyor dryer juga dilengkapi fasilitas untuk mengambil dan mencetak kembali

    partikel-partikel halus yang tertapis oleh lapisan screen tersebut.

    Screen conveyor dryer dapat menangani berbagai zat padat secara kontinu dan

    tanpa proses yang kasar. Konsumsi uap untuk mengeringkan pun umumnya sangat

    rendah, sekitar 2 lb uap per pon air yang menguap. Udara dapat disirkulasikan ulang dan

    diventilasikan keluar dari masing-masing bagian secara terpisah atau dilewatkan dari satu

    bagian ke bagian lain secara berlawanan arah terhadap zat padat. Pengering ini sangat

    cocok untuk kondisi pengeringan yang karakteristik bahannya sangat signifikan

    perubahannya terhadap berkurangnya kandungan moisture zat padat.

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 35 dari 46

    IV.17.3 Tower Dryer

    Tower dryer terdiri dari sederetan piringan bundar yang dipasang bersusun ke

    atas pada suatu poros tengah yang berputar. Umpan padat dijatuhkan pada piringan

    teratas dan dikenakan pada arus udara panas atau gas yang mengalir melintasi setiap

    piringan. Zat padat tersebut lalu didorong keluar dan dijatuhkan pada piringan berikut di

    bawahnya. Proses tersebut terus dialami zat padat yang dikeringkan sampai keluar dari

    piringan terbawah sebagai hasil yang kering pada dasar menara. Aliran zat padat dan gas

    pengering tersebut dapats earah dan dapat pula berlawanan arah.

    Turbo dryer pada Gambar 13 adalah salah satu contoh tower dryer dengan

    resirkulasi-dalam pada gas pemanas. Kipas-kipas turbin digunakan untuk

    mensirkulasikan udara atau gas je arah luar di antara beberapa piringan, di atas elemen

    pemanas, dan ke arah dalam di antara piringan-piringan lain. Kecepatan gas biasanya 2

    sampai 8 ft/detik. Dua piringan terbawah pada pengering gambar.... merupakan bagian

    pendinginan untuk zat padat kering. Udara yang dipanaskan terlebih dahulu biasanya

    masuk dari bawah menara dan keluar dari atas sehingga terdapat aliran berlawanan arah.

    Turbo dryer berfungsi sebagian dengan pengeringan sirkulasi silang, seperti pada try

    dryer dan sebagian dengan mengontakkan partikel-partikel melalui gas panas pada waktu

    partikel itu jatuh dari piringan yang satu ke piringan berikutnya.

    Gambar 13 Turbo Dryer

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 36 dari 46

    IV.17.4 Rotary Dryer

    Rotary dryer terdiri dari sebuah selongsong berbentuk silinder yang berputar,

    horisontal, atau agak miring ke bawah ke arah luar. Umpan basah masuk dari satu ujung

    silinder sedangkan bahan kering keluar dari ujung yang satu lagi. Pada waktu selongsong

    berputar, sayap-sayap yang terdapat di dalam mengangkat zat padat tersebut dan

    mendorong padatan jatuh melalui bagian dalam selongsong. Rotary dryer ada yang

    dipanaskan dengan kontak langsung gas dengan zat padat, dengan gas panas yang

    mengalir melalui mantel luar, atau dengan uap yang kondensasi di dalam seperangkat

    tabung longitudinal yang dipasangkan pada permukaan dalam selongsong. Jenis yang

    dirancang sedemikian rupa dinamakan rotary dryer dengan tabung uap. Dalam rotary

    dryer tipe direct-indirect gas panas terlebihd ahulu dilewatkan melalui mantel dan

    kemudian masuk ke dalam selongsong, di mana gas tersebut berada pada kontak dengan

    zat padat yang dikeringkan.

    Keterangan Alat:

    A selongsong pengering

    B selongsong bantalan rol

    C roda gigi penggerak

    D tudung pembuang udara

    E kipas pembuang

    F peluncur umpan

    G sayap-sayap pengangkut

    H pengeluaran produk

    J pemanas udara

    Gambar 14 Rotary Dryer arus counter current A

    Contoh rotary dryer adiabatik dengan pemanasan udara berlawanan arah terlihat

    pada Gambar 14. Selongsong putar A yang terbuat dari baja lembaran didukung oleh 2

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 37 dari 46

    pasang rol B dan digerakkan oleh roda gigi dan pinyon C. Pada ujung atas terdapat

    tabung D yang dihubungkan dengan cerobong oleh kipas E, dan celah F dimana bahan

    basah dimasukkan dari loper umpan. Sayap-sayap G yang mengangkat bahan tersebut

    kemudian akan menjatuhkannya sehingga kontak dengan arus udara panas, terpasang

    pada selongsong. Produk kering keluar dari ujung bawah dan masuk ke dalam screew

    conveyor H. Tidak jauh dari ujung screew conveyor terdapat pipa dengan permukaan

    diperluas yang dipanaskan dengan uap yang berfungso untuk memnaskan udara. Udara

    bergerak melalui pengering itu dengan bantuan kipas yang dapat membuang pemanas ke

    udara sehingga keseluruhan sistem berada dalam beda tekanan positif. Kipas tersebut ada

    yang ditempatkan di dalam cerobong sehingga menyedot udara melalui pengering dan

    membuat pengering dalam keadaan sedikit vakum. Hal ini lebih disukai bila bahan itu

    cenderung menjadi debu jika terlalu panas. Rotary dryer jenis ini banyak digunakan

    untuk mengeringkan garam, gula, berbagai macam bahan bijian, dan bahan kristal yang

    harus selalu bersih dan tidak boleh terkene gas pembakaran yang sangat panas secara

    langsung.

    Laju massa yang diperbolehkan untuk gas panas dalam rotary dryer tipe direct

    contact bergantung pada karakteristik zat padat yang dikeringkan, umumnya berkisar

    antara 1950-24400 lb/ft2.jam untuk partikel kasar. Temperatur gas masuk biasanya adalah

    120 sampai 175 0C untuk udara yang dipanaskan dengan uap dan 540 sampai 815 0C

    untuk gas pembakaran dari tungku. Diameter pengering berkisar antara 1 sampai 3 m,

    kecepatan putar selongsong biasanya antara 20 sampai 25 m/menit.

    Rotary dryer dirancang atas dasar perpindahan kalor. Persamaan dimensional

    empirik untuk koefisien perpindahan kalor volumetrik Ua adalah:

    DGU a

    67,0.5,0= (40) sehingga:

    T..D.L.G.125,0q

    T.V.D

    0,5.Gq

    0,67T

    0,67

    T

    ==

    (41)

    di mana G adalah laju alir massa gas, D diameter selongsong, dan qT adalah laju

    perpindahan kalor, V adalah volume pengering, L adalah panjang pengering, dan t

    adalah beda temperatur rata-rata (diambil sebagai rata-rata logaritmik antara penurunan

    temperatur bola basah pada waktu masuk pengering dan pda waktu keluar pengering).

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 38 dari 46

    IV.17.5 Screw Conveyor Dryer

    Screw conveyor dryer adalah pengering kontinu dengan sistem kontak tidak

    langsung. Pada pokoknya pengering ini terdiri dari sebuah screw conveyor horisontal

    yang terletak di dalam selongsong bermantel berbentuk silinder. Zat padat yang

    dioumpankan di satu ujung diangkut perlahan melalui zona panas dan dikeluarkan dari

    ujung yang satu lagi. Uap yang keluardisedot melalui pipa yang dipasang pada atap

    selongsong. Selongsong umumnya berdiameter 75 sampai 600 mm dan panjangnya dapat

    sampai 20 ft. Bila diperlukan selongsong panjang, digunkaan beberapa selongsong yang

    dipasang bersusun satu di atas yang lain. Sering pula unit paling bawah dalam susunan itu

    merupakan pendingin di mana air atau bahan pendingin lain yang dialirkan dalam mantel

    itu untuk menurunkan temperatur zat pdat yang telah dikeringkan tersebut sebelum keluar

    dari pengering.

    Laju putar selongsong umumnya rendah, antara 2 sampai 30 putaran per menit.

    Koefisien perpindahan jkalor didasarkan atas keseluruhan permukaan dalam selongsong,

    biarpun selongsong tersebut hanya 10 sampai 60 persen terisi. Koefisien itu bergantung

    pada pembebanan di dalam selongsong dan kecepatan conveyor. Nilainya untuk

    kebanyakan zat padat berkisar antara 17 sampai 57 W/m2.0C.

    Screw conveyor dryer dapat menangani zat pdat yang terlalu halus atau terlalu

    lengket bila dikeringkan pada rotary dryer. Pengering ini tertutup seluruhnya, dan

    memnungkinkan recovery uap zat pelarut tanpa terlalu banyak pengenceran oleh udara

    atau bahkan tanpa pengenceran sama sekali. Bila dilengkapi dengan pengumpan yang

    sesuai, pengering ini dapat dioperasikan dalam vakum. Jadi sangat sesuai untuk

    mengeluarkan zat pelarut yang mudah menguap dari zat padat yang basah dengn pelarut,

    seperti sisa dari operasi pengurasan.

    V. Rancangan Percobaan

    V.1 Perangkat dan Alat Ukur

    1. Set perangkat Compartment Dryer

    2. Termometer

    3. Anemometer

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 39 dari 46

    V.2 Bahan/ Zat Kimia

    Praktikan dapat memilih sendiri, seperti singkong basah, kentang basah, bengkuang

    basah, potongan kayu basah, dan sebagainya.

    V.3 Variabel Percobaan

    Variabel percobaan ini adalah:

    1. Jenis bahan padat, berkaitan dengan bentuk, ukuran dan jumlah pori, serta

    kandungan moisture, air bebas dan terikat

    2. Ukuran bahan padat, berkaitan dengan luas permukaan perpindahan panas

    dan perpindahan massa

    3. Laju alir udara pengering

    4. Temperatur udara pengering

    V.4 Data Pengamatan

    V.4.1 Kalibrasi Neraca

    W (terukur)

    dalam gram

    W (nyata)

    dalam gram

    V.4.2 Kalibrasi Termometer

    T air mendidih (K) T es mencair (K)

    Td1

    Td2

    Tw1

    Tw2

    T

    V.4.3 Penentuan Kadar Airdalam Sampel

    Massa sampel basah (W) = g

    Massa sampel kering (Wk) = g

    Sampel basah dikeringkan dalam oven selama beberapa jam. Sampel ditimbang

    setiap jam. Berat kering adalah massa saat tiga kali penimbangan sampel

    menunjukkan hasil konstan.

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 40 dari 46

    V.4.4 Data Percobaan Utama

    t (menit) W (gram) Td1 (0C) Td2 (0C) Tw1 (0C) Tw2 (0C) T (0C)

    Percobaan ini dilakukan berulang dalam berbagai tempuhan sesuai variasi variabel yang

    diinginkan.

    V.4.5 Pembuatan Grafik Massa Bahan setiap Waktu

    Pada kertas grafik dibuat plot antara waktu (t) di sumbu X dan massa W (g) di

    sumbu Y.

    V.5 Contoh Perhitungan

    V.5.1 Kalibrasi Termometer (dalam 0C)

    Misalkan untuk termometer Td1 didapat data:

    T air mendidih Tnyata T es mencair Tnyata Td1 99 (0C) 100 (0C) 5 (0C) 0 (0C)

    Dari data tersebut, hubungan kalibrasi untuk termometer Td1 adalah:

    Kalibrasi Termometer Td1

    y = 1.0638x - 5.3191

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    0 20 40 60 80 100 120

    T terukur (0C)

    Tem

    pera

    tur (

    0C)

    Maka persamaan kalibrasinya adalah: Tnyata = 1.0638*Tterukur 5.3191

    Persamaan kalibrasi seperti di atas harus dicari untuk kelima termometer: Td1

    (0C), Td2 (0C), Tw1 (0C), Tw2 (0C), T (0C)

    V.5.2 Kurva Kalibrasi Neraca

    Misal diperoleh data kalibrasi bacaan neraca di set dryer terhadap bacaan neraca

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 41 dari 46

    digital adalah sebagai berikut:

    Wterukur Wnyata 81 88.358

    52.5 56.918 32.5 35.046

    24 25.964 19 20.581

    Maka didapat kurva kalibrasi neraca:

    Kurva Kalibrasi Neraca

    y = 1.09x - 0.1378R2 = 1

    010

    2030

    405060

    7080

    90100

    0 20 40 60 80 100W terukur

    W n

    yata

    Maka persamaan kalibrasi neraca adalah: Wnyata = 1,09*Wterukur 0,1378

    V.5.3 Penentuan Kadar Air Total dalam Sampel

    Pengeringan dilakukan dalam desikator dan oven.

    Jika diketahui

    - massa sampel basah = 1,244 g

    - massa sampel kering = 0,266 g

    Maka:

    %62,787862,0244,1

    0,266)-(1,244 air totalKadar ===

    V.5.4 Penentuan Berat Kering Sampel

    Massa kering sampel (Wks) = Massa Basah * (1-kadar air total)

    Jika sampel yang sama (kadar air total = 78,62%) dikeringkan sehingga dari

    massa sampel basah awal 18,39 g, maka massa kering sampel yang dapat dicapai

    dengan sistem dan kondisi pengeringan tersebut adalah:

    Wks = 18,39 * (1-0,7862)

    Wks = 3,93 gram

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 42 dari 46

    V.5.5 Penentuan Kurva Massa Bahan (yang dikeringkan) terhadap Waktu

    Kurva ini diperoleh dengan pengaluran data massa bahan (pada sumbu Y)

    terhadap waktu pengeringan (pada sumbu X) dan digunakan untuk memperoleh

    kurva karakteristik laju pengeringan terhadap waktu.

    V.5.6 Penentuan Kurva Laju Pengeringan Terhadap Kadar Air

    Persamaan yang digunakan:

    kering sampel massakering) sampel massa -basah sampel (massa (X)air Kadar =

    A1.

    dXdWN 0;tuntuk sehingga

    ,A1.

    XWn)pengeringa(laju N

    A

    A

    =

    =

    V.5.7 Contoh Data Praktikum dan Pembuatan Kurva Karakteristik Pengeringan

    t (menit)

    W (gram)

    W' (gram)

    Td1 (0C)

    Tw1 (0C)

    Td2 (0C)

    Tw2 (0C)

    T (0C)

    5 16 17.3022 50 33.5 43 30 48 10 15 16.2122 51 36.5 43.5 31 48.5 15 14.5 15.6672 50.5 37.5 44 32 48.5 20 14 15.1222 50.5 38 43.5 33.5 485 25 13.5 14.5772 51 30 44 29 49 30 13.5 14.5772 51 30.5 44 30.36 49 35 13 14.0322 51 32 44 33 48.5 40 12.5 13.4872 51 29 44 35 49 45 12.5 13.4872 51 29.5 44 37 49 50 12 12.9422 51 30.5 44 34 49 55 11.5 12.3972 50.5 28.5 44.5 34 48.5 60 11 11.8522 51 29.5 44 30 48.5 65 11 11.8522 5.5 30.5 44 31 48.5 70 10.5 11.3072 50.5 32 44 29 48.5 75 10.5 11.3072 50 28 44 29.5 48.5 80 10.5 11.3072 50 29 44 30 48 85 10.5 11.3072 50 30 44 30 48 90 10 10.7622 50 31 44 31.5 48 95 10 10.7622 50 28.5 43 30 48

    100 9.5 10.2172 50 29.5 43 30.5 48 105 9.5 10.2172 50 30.5 43 31 47 110 9.5 10.2172 49 29 43 31 47 115 9 9.6722 49 30 42.5 32 47 120 9 9.6722 49 31 42.5 29.5 47 125 9 9.6722 49 29 42.5 30 47

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 43 dari 46

    130 9 9.6722 49 30 42 30 47 135 8.5 9.1272 48.5 31 42 30 47 140 8.5 9.1272 48.5 31 42 30 47 145 8.5 9.1272 48.5 31 42 31 47

    t (menit) Td1 (0C)

    Tw1 (0C)

    Td2 (0C)

    Tw2 (0C)

    T (0C) X NA

    5 47.8709 33.7026 42.6968 41.10686 45.8349 3.4025954 26.16 10 48.9347 37.0176 43.2586 41.64776 46.35575 3.1252417 13.08 15 48.4028 38.1226 43.8204 42.18866 46.35575 2.9865649 7.812 20 48.4028 38.6751 43.2586 41.64776 501.0578 2.847888 7.812 25 48.9347 29.8351 43.8204 42.18866 46.8766 2.7092112 7.812 30 48.9347 30.3876 43.8204 42.18866 46.8766 2.7092112 7.812 35 48.9347 32.0451 43.8204 42.18866 46.35575 2.5705344 7.812 40 48.9347 28.7301 43.8204 42.18866 46.8766 2.4318575 7.812 45 48.9347 29.2826 43.8204 42.18866 46.8766 2.4318575 7.812 50 48.9347 30.3876 43.8204 42.18866 46.8766 2.2931807 7.812 55 48.4028 28.1776 44.3822 42.72956 46.35575 2.1545038 7.812 60 48.9347 29.2826 43.8204 42.18866 46.35575 2.015827 7.812 65 0.5318 30.3876 43.8204 42.18866 46.35575 2.015827 7.812 70 48.4028 32.0451 43.8204 42.18866 46.35575 1.8771501 7.812 75 47.8709 27.6251 43.8204 42.18866 46.35575 1.8771501 7.812 80 47.8709 28.7301 43.8204 42.18866 45.8349 1.8771501 7.812 85 47.8709 29.8351 43.8204 42.18866 45.8349 1.8771501 7.812 90 47.8709 30.9401 43.8204 42.18866 45.8349 1.7384733 7.812 95 47.8709 28.1776 42.6968 41.10686 45.8349 1.7384733 4.416

    100 47.8709 29.2826 42.6968 41.10686 45.8349 1.5997964 4.176 105 47.8709 30.3876 42.6968 41.10686 44.7932 1.5997964 3.936 110 46.8071 28.7301 42.6968 41.10686 44.7932 1.5997964 3.696 115 46.8071 29.8351 42.135 40.56596 44.7932 1.4611196 3.456 120 46.8071 30.9401 42.135 40.56596 44.7932 1.4611196 3.216 125 46.8071 28.7301 42.135 40.56596 44.7932 1.4611196 2.976 130 46.8071 29.8351 41.5732 40.02506 44.7932 1.4611196 2.736 135 46.2752 30.9401 41.5732 40.02506 44.7932 1.3224427 2.496 140 46.2752 30.9401 41.5732 40.02506 44.7932 1.3224427 2.256 145 46.2752 30.9401 41.5732 40.02506 44.7932 1.3224427 2.016

    Berikut adalah kurva pengeringannya:

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 44 dari 46

    Kurva Karakteristik Pengeringan

    9

    10

    11

    12

    13

    14

    15

    16

    17

    18

    0 20 40 60 80 100 120 140 160t (menit)

    W (g

    ram

    )

    Dalam kurva pengeringan berikut terlihat pembagian zona pengeringan:

    Kurva Pengeringan

    y = -0.0651x + 16.291R2 = 0.9638

    y = 0.0002x2 - 0.0748x + 16.027R2 = 0.9356

    y = 0.0109x2 - 0.3815x + 18.937R2 = 1

    02

    468

    10

    121416

    1820

    0 20 40 60 80 100 120 140 160

    t (menit)

    W (g

    ram

    )

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 45 dari 46

    Kurva Laju Pengeringan

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

    X (kg H2O/kg massa kering)

    NA

    (g H

    2O/m

    2-m

    enit)

    V.5.8 Penentuan Koefisien Peprindahan Panas

    Persamaan yang digunakan:

    )(hN 11Ac TwTd =

    )Tw-(Td.N

    h11

    Ac =

    Dimana:

    Td1= temperatur bola kering (0C) yang didekati dengan temperatur gas pengering

    Tw1 = temperatur bola basah (0C) yang diasumsikan mendekati temperatur

    interface fasa cair dan fasa uap

    = kalor laten penguapan air (kJ/kg)

    NAc = laju pengeringan konstan (g H2O/ m2-menit)

    Jika diperoleh data:

    NAc = 7.812

    Td = 47,68 0C

    Tw = 31,05 0C

    maka:

    31,05)-(47,6889,2392*7,812h =

    h = 1.1261 kJ/m2-menit-K

  • Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 2.02 Pengeringan Halaman 46 dari 46

    V.5.9 Penentuan Koefisien Perpindahan Massa

    )(N Ac YYk i = Yi diperoleh dari humidity chart pada Tw (relative humidity 100%) saat P=700

    mmHg (umumnya rata-rata tekanan praktikum di Lab. Instruksional)

    Y diperoleh dengan mengasumsikan konduksi operasi adiabatik. Nilai koefisien

    perpindahan massa tersebut dapatr dihitung:

    )(N

    k AcYYi

    =

    Jika diperoleh data:

    Yi = 0,029 dan Y = 0,023

    min.-kg/m 302.1)023,0029,0(

    7.812k

    2==

    k

    Daftar Pustaka

    1. Treybal, R.E., Mass Transfer Operations, McGraw-Hill, 1981, Chapter:

    Humidification and Drying

    2. Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd Edition, McGraw-Hill

    Book Co., New York, 1993, Chapter: Humidification and Drying

    3. Buku-buku Unit Operations lainnya yang memuat topik Pengeringan.