POWDER PRODUCTION

DISUSUN OLEH :

AHMAD ROFIQ NURHADI (08/265426/TK/33654)

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS GADJAH MADA

2011

Powder Production

Pada umumnya, pembuatan bubuk menggunakan sistem kerja pengeringan. Sehingga bahan yang dikeringkan relative lebih mudah untuk dihancurkan. Oleh karena itu, sebagian besar proses pembuatan bubuk melibatkan system kerja pengeringan dan system kerja kominusi.

Pengeringan adalah suatu cara untuk mengeluarkan atau menghilangkan sebagian air suatu bahan pangan dengan atau tanpa bantuan energi panas. Pengeringan adalah proses pemindahan panas dan uap air secara simultan, yang memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan, yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas. Tujuan pengeringan itu sendiri adalah untuk mengurangi kadar air bahan sampai batas dimana perkembangan mikroorganisme dan kegiatan enzim yang dapat menyebabkan pembusukan terhambat atau terhenti. Dengan demikian bahan yang dikeringkan dapat mempunyai waktu simpan yang lebih lama. Biasanya kandungan air bahan pangan dikurangi sampai batas tertentu dimana mikroorganisme tidak dapat tumbuh lagi pada bahan pangan tersbut. Keuntungan pengeringan adalah bahan pangan menjadi lebih awet dan volume bahan pangan menjadi lebih kecil, sehingga mempermudah dan menghemat ruang pengangkutan  dan pengepakan, berat bahan menjadi kurang dan mempermudah tranport.

Dasar pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan air antara udara dengan bahan yang dikeringkan. Dalam hal ini kandungan uap air udara lebih kecil atau udara mempunyai kelembaban nisbi yang relatif rendah sehingga terjadi penguapan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeringan ada 2 golongan, yaitu:

(1) Faktor yang berhubungan dengan udara pengering, seperti: suhu, kecepatan volumetrik aliran udara pengering, dan kelembaban udara(2) Faktor yang berhubungan dengan sifat bahan, seperti: ukuran bahan, kadar air awal, dan tekanan parsial dalam bahan.

Bahan pangan yang dihasilkan dari produk-produk pertanian pada umumnya mengandung kadar air. Kadar air tersebut apabila masih tersimpan dan tidak dihilangkan, maka akan dapat mempengaruhi kondisi fisik bahan pangan. Untuk mengatasi hal tersebut, diperlukan adanya suatu proses penghilangan atau pengurangan kadar air yang terdapat dalam bahan pangan sehingga terhindar dari pembusukan ataupun penurunan kualitas bahan pangan. Dan perlunya dilakukan perubahan bentuk agar lebih mudah dikendalikan dan disimpan.

Hal-hal yang mempengaruhi pengeringan adalah luas permukaan bahan pangan, suhu pengeringan, aliran udara, tekanan uap air di udara dan lama pengeringan. Suhu pengeringan sangat penting karena apabila terlalu rendah maka pengeringan akan makan waktu yang sangat lama dan dapat menurunkan mutu bahan pangan serta memberikan bau yang tidak normal. Jika proses pengeringan dilakukan pada suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan terjadinya case hardening dan reaksi browning.

Ada beberapa mekanisme yang dapat terjadi pada saat bahan basah dikeringkan sampai mempunyai kandungan air tertentu yang cukup rendah. Hal itu dapat diketahui dari kurva pengeringan. Kurva pengeringan menunjukkan hubungan antara kandungan air di dalam padatan sebagai fungsi waktu. Selain itu dapat pula dinyatakan dalam hubungan antara laju pengeringan dan kandungan air. Secara umum kurva pengeringan terdiri atas dua bagian, yaitu periode laju pengeringan konstan dan periode laju pengeringan menurun.

Pada umumnya pemilihan tipe pengering ditentukan oleh :

jenis komoditas yang akan dikeringkan, bentuk akhir produk yang dikehendaki, faktor ekonomis dan kondisi jenis alat.

Tipe dan jenis pengering yang digunakan untuk pengeringan bahan pangan bermacam-macam. Dan tidak semua dapat membuat bubuk kering yang kita inginkan. Dari table berikut akan lebih jelas mana yang dapat membuat bubuk dan tidak :

Dapat kita lihat, dari sekian berbagai jenis alat dan tipe pengering yang dapat membuat bubuk adalah :

1. Spray dryer2. Drum dryer3. Belt conveyor dryer4. Fluidized bed dryer

Berikut akan dijelaskan masing-masing alat tersebut :

1. SPRAY DRYER

Contoh umum yang mengaplikasikan system spray dryer adalah proses proses pembuatan susu bubuk.

Gambar diatas adalah skema proses pembuatannya.

pada industri susu bubuk, pada tahap pertama digunakan evaporator (yang lebih murah biaya penguapannya) sampai dihasilkan larutan pekat Tahap berikutnya digunakan dryer (yang lebih mahal biaya penguapannya) untuk memperoleh susu bubuk.

Fungsi evaporator :memekatkan bahan/susu dengan cara menguapkan air dalam bahan/susu sehingga menaikkan total solid susu dari 40% menjadi 50%

Metode mengeringan spray drying merupakan metode pengeringan yang paling banyak digunakan dalam industri terutama industri makanan. Metode ini mampu menghasilkan produk dalam bentuk bubuk atau serbuk dari bahan-bahan seperti susu, buah buahan, dll.

Fungsi spray dryer itu sendiri adalah digunakan untuk menguapkan dan mengeringkan larutan dan bubur (slurry) sampai kering dengan cara termal, Sehingga didapatkan hasil berupa zat padat (bubuk) yang kering.

Flow Diagram proses spray dryer :

Mekanisme kerja dari spray dryer :

bahan cair yang disemprotkan melalui spray nozzle hingga membentuk partikel halus kedalam ruang yang telah dialiri udara panas. Proses penyemprotan hingga menjadi pertikel halus atau lebih dikenal dengan istilah atomisasi itu Air dari bahan yang telah berbentuk tetesan-tetesan tersebut kemudian di kontakan dengan udara panas. Peristiwa pengontakkan ini menyebabkan air dalam bentuk tetesan-tetesan tersebut mengering dan berubah menjadi serbuk Selanjutnya proses pemisahan antara uap panas dengan serbuk dilakukan dengan cyclone atau

penyaring. Setelah di pisahkan, serbuk kemudian kembali diturunkan suhunya sesuai dengan kebutuhan produksi.

Powder yang berat jenisnya memenuhi standar akan jatuh karena gaya gravitasi dan masuk ke dalam shaking bed. Dari shaking bed, powder diayak dengan shifter berukuran 1.2 mm (14 mesh), untuk menahan butiran yang terlalu besar dan material asing yang mungkin terdapat dalam powder

Spray dryer dilengkapi dengan alat-alat: Feed pump Air heater (pemanas uap) Air disperse (pendispersi udara) pressure nozzle / spray nozzle exhaust fan drying chamber atomizer

Kelebihan pada spray dryer : Dapat menghasilkan produk yang bermutu tinggi, berkualitas serta tingkat kerusakan gizi

yang rendah. Selain itu perubahan warna, bau dan rasa dapat diminimalisir. Komposisi produk yang dihasilkan relatif seragam Dapat menghasilkan produk dalam jumlah yang sangat besar

Kekurangan dari spray dryer :

harga dan biaya operasionalnya sangat tinggi tidak bisa pada bahan yang memiliki bulk density yang besar, corrosive recovery produk dan pengumpulan debu dapat meningkatkan biaya produksi

dibanding pengering kontinyu lainnya, spray dryer memiliki modal yang cukup besar

untuk itu, harus diatur ukuran partikel dan jumlah alirannya yang seimbang dengan temperatur dan jumlah aliran udara panas nya, sehingga dengan perpaduan pengaturan2 tersebut akan diperoleh kualitas dan kuantitas tepung/bubuk sesuai yang diharapkan. ruang pengering yang umumnya berbentuk siklon, hendaklah memilih material siklon yang tepat, kehalusan permukaan dinding bagian dalam siklon yang memenuhi syarat termasuk dimensi dan sebagainya sehingga tidak menghambat kelangsungan proses pengeringan seperti bahan dapat mengalir turun tanpa hambatan, waktu pengeringan yang cukup, separasi udara dengan bahan dapat berlangsung secara sempurna, dsbnya.

2. DRUM DRYER

Pengeringan dengan drum (Drum Drying) secara luas digunakan dalam pengeringan komersial di industri pangan untuk berbagai jenis produk makanan berpati, makanan bayi, maltodekstrin, suspensi dan pasta dengan viskositas tinggi (heavy pastes), dan dikenal sebagai metode pengeringan yang paling hemat energi untuk jenis produk tersebut. Karena terpapar pada suhu tinggi hanya dalam beberapa detik, drum drying sangat cocok untuk kebanyakan produk yang sensitif terhadap panas. Dan drum dryer dalam pembuatan bubuk melibatkan system kominusi.

Dalam operasional pengeringan, cairan, bubur, atau materi yang dihaluskan diletakan sebagai lapisan tipis pada permukaan luar drum berputar yang dipanaskan oleh uap. Setelah sekitar tiga per empat dari titik  putaran, produk sudah kering dan dipindahkan dengan pisau/scraper statis. Produk kering kemudian ditumbuk menjadi serpih atau bubuk. Pengeringan drum adalah salah satu metode pengeringan yang paling hemat energi dan khususnya efektif untuk mengeringkan cairan dengan viskositas tinggi atau bubur makanan.

Klasifikasi Drum Dryer

Pengering Drum diklasifikasikan menjadi 3, yaitu single drum dryer, double drum dyer, dan twin drum dryer seperti terlihat pada gambar berikut.

Double drum dyer memiliki dua drum yang berputar terhadap satu sama lain pada bagian atas. Gap antara dua drum akan mengontrol ketebalan lapisan bahan yang diletakan pada permukaan drum. Twin drum dyer juga memiliki dua drum, tetapi berputar berlawan satu sama lain pada bagian atas.

Diantara tiga jenis drum dryer tersebut :

single dan double drum druer paling sering digunakan untuk buah-buahan dan sayuran. Misalnya untuk keripik kentang (single drumdryer) dan pasta tomat (double drum dryer).

Sedangkan twin drum druer digunakan untuk pengeringan bahan yang menghasilkan produk berupa butiran/debu.

Oleh karena itu yang lebih cocok untuk pembuatan bubuk adalah dengan twin drum dryer.

Flow diagram proses :

Mekanisme kerja

Drum dryer umumnya terdiri dari satu atau dua silinder berongga yang dipasang horizontal yang terbuat dari besi cor bermutu tinggi atau stainless steel, bingkai penunjang, sistim aliran produk, dan scraper. Diameter drum berkisar khas dari 0.5 – 6 m dan panjang antara 1 – 6 m (sesuai skala produksi).

Dalam operasional pengering drum, keseimbangan harus dibentuk antara laju umpan, tekanan uap, kecepatan roll, dan ketebalan film/lapisa bahan. Hal ini bertujuan untuk mempertahankan film/lapisan bahan yang seragam pada permukaan drum agar throughput bisa maksimal. Sistim kerja, uap sampai suhu 200oC akan memanaskan permukaan bagian dalam drum. Bahan/material yang seragam diletakan dalam lapisan tipis (0,5 – 2 mm) ke luar drum permukaan. Waktu tinggal produk pada drum berkisar antara beberapa detik sampai puluhan detik untuk mencapai kadar air akhir kurang dari 5%. Konsumsi energi dalam pengering drum berkisar antara 1,1 kg uap per kg air yang diuapkan dan 1,6 kg uap per kg air menguap, sesuai dengan efisiensi energi sekitar 60% – 90%.

Dalam kondisi ideal, kapasitas penguapan maksimum pengering drum dapat mencapai 80 kg H2O/hr m2. Pengering drum dapat menghasilkan produk pada tingkat antara 5 kg hr-1 m-2 dan 5 kg hr-1 m-2, tergantung pada jenis makanan, kadar air awal dan akhir, serta kondisi operasional lainnya.

Jadi system kerjanya adalah cairan, bubur, atau materi yang dihaluskan diletakkan dalam lapisan tipis (0,5 – 2 mm) pada permukaan luar drum yang berputar. uap panas/steam akan memanaskan permukaan bagian dalam drum. Setelah sekitar tiga per empat dari titik  putaran,

produk sudah kering dan dipindahkan dengan pisau/scraper statis. Produk kering kemudian ditumbuk menjadi serpih atau bubuk yang melibatkan system kerja kominusi.

Beberapa permasalahan yang timbul pada drum dryer :

(1) terjadi fluktuasi kadar air dan ketebalan bahan(2) akumulasi noncondensable gas dalam tabung yang mempengaruhi keseragaman pengeringan; dan (3) suhu permukaan drum mungkin berbeda-beda sepanjang drum.

Kelebihan drum dryer :

1.    Produk yang dihasilkan memiliki porositas yang baik sehingga sifat rehidrasi tinggi.2.   Bisa digunakan untuk makanan kering yang sangat kental, seperti pasta dan pati

gelatinizedatau dimasak, yang tidak dapat mudah dikeringkan dengan metode lain.3.    Efisiensi/hemat energi dan kecepatan yang tinggi.4.    Produk/hasil yang diperoleh lebih bersih dan higienis.5.    Mudah untuk mengoperasikan dan memelihara.6.    Fleksibel dan cocok untuk beberapa pengeringan tapi dalam jumlah kecil.

Kelemahan drum dryer :

1.    Tidak cocok untuk produk yang tidak dapat membentuk film (lapisan tipis) yang bagus.2.    Khusus produk yang mengandung kadar gula tinggi seperti tomat pure tidak mudah

dipisahkan dari drum karena thermoplasticity dari suhu bahan.3.    Throughput (kecepatan hasil pengeringan per satuan waktu) relatif rendah dibandingkan

dengan spray drying.4.    Biaya tinggi untuk perubahan permukaan drum karena presisi mesin sangat dibutuhkan.5.    Kemungkinan panas produk dapat memberikan rasa ‘masak’ dan pudarnya warna karena

kontak langsung dengan suhu tinggi di permukaan drum.6.    Tidak dapat memproses bahan/material yang mengandung garam tinggi (asin) atau bersifat

korosif karena berpotensi terjadi pitting pada permukaan drum.7.    Luas kontak permukaan bahan dengan udara lebih rendah dibandingkan dengan jenis pengeringan lainnya seperti spray drying atau fluidized bed drying.

Aplikasi Drum Dryer

Drum dryer antara lain diaplikasikan pada pengeringan produk pangan seperti:1.    Susu2.    Makanan bayi3.    Sereal4.    Buah dan sayuran5.    Pure kentang6.    Pati masak

3. BELT CONVEYOR DRYER

Umumnya digunakan untuk proses pengeringan dan pengerasan bahan/material. Dan kemudian bias diolah menjadi bubuk dengan proses kominusi. Pada umumnya dalam dunia industry farmasi lebih sering digunakan belt conveyor dalam memproduksi obat obatan, serbuk-serbuk yang terbentuk dibentuk menjadi pellet

Flow Diagram proses belt conveyor dryer

Mekanisme kerja :

Umpan tersebut diletakkan kedalam belt conveyor yang begerak ke dalam kamar pengering dimana terdapat udara panas/steam yang dialirkan ke dalam kamar pemanas hingga semua bahan menjadi kering. Sepanjang perjalananya, bahan mengalami pengeringan, setelah kering bahan keluar didapat sebagai produk. Pengeringan sistim ini tak lain adalah mensirkulasikan udara panas dalam ruang yang terdapat bahan/material yang bergerak diatas ban berjalan (conveyor) untuk dikeringkan atau dikeraskan, bahan yang telah mongering dapat diubah bentuknya menjadi bubuk dengan proses kominusi lanjutan.

Kelebihan pada belt conveyor dryer

Alat pengering dan prinsip kerja lebih simple dan sederhana. dapat mengeringkan bahan yang tidak sensitif terhadap panas, bulk density yang besar,

corrosive Banyak digunakan dalam industri kimia, farmasi.

Kekurangan pada belt conveyor Tidak bisa pada bahan yang sensitif terhadap panas (pada bahan makanan), karena suhu

pemanasan mencapai 1500c Membutuhkan energi yang cukup besar (membangkitkan panas)

Untuk itu hal yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan Belt Dryer adalah mengetahui kadar air input, kadar air output, densiti material, ukuran material, maksimum panas yang diizinkan, sifat fisika/kimia, kapasitas input/output dsbnya.

4. FLUIDIZED BED DRYER

sistim pengeringan yang lebih sesuai diperutukan bagi bahan yang bobotnya relatif ringan (kristal, serbuk, prill dan pelet ukuran medium)

flow diagram proses :

Mekanisme kerja :

Bahan yang akan dikeringkan dimasukkan secara konstan dan kontinyu kedalam ruang pengering, kemudian didorong oleh udara panas yang terkontrol dengan volume dan tekanan tertentu Bahan yang telah kering (karena bobotnya sudah lebih ringan) akan keluar dari ruang pengeringan menuju siklon untuk ditangkap dan dipisahkan dari udara, namun bagi bahan yang halus akan ditangkap oleh pulsejet bag filter.

Kelebihan dari fluidized bed dryer

Dapat digunakan di banyak industri termasuk makanan, kimia, farmasi, dan polimer. Berbagai macam bahan pakan termasuk bubuk, kristal, butir dan prills dapat diproses.

Sangat ideal untuk produk panas sensitif dan non-panas sensitif

Kekurangan pada fluidized bed drying Tidak dapat mengolah bahan yang lengket atau berkadar air tinggi dan abrasive.

Kendala yang sering dijumpai dalam proses ini adalah : Sering terjadi ledakan debu selama pengolahan. Timbul benturan/gesekan bahan pada saat proses pengeringan berlangsung Untuk bahan yang lengket atau berkadar air tinggi dapat menimbulkan masalah pada unit

siklon, siklon penangkap produk umumnya tidak mampu berfungsi dengan baik dan bahkan dapat

menimbulkan polusi udara, Pada produk akhir yang halus dan ringan.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam sistim Fluidized Bed Dryer adalah pengaturan yang baik antara: tekanan udara, tingkat perpindahan panas dan waktu pengeringan, sehingga tidak timbul benturan/gesekan bahan/material pada saat proses pengeringan berlangsung.

Untuk bahan yang lengket atau berkadar air tinggi sangat beresiko mengaplikasikan sistim ini, situasi seperti ini perlu dilakukan pengkondisian awal yaitu mencampurnya dengan bahan/material keringnya terlebih dahulu, agar tidak menimbulkan masalah pada unit siklon, demikian pula halnya untuk produk ahir yang halus dan ringan, sangat perlu menggunakan pulse jet bag filter, dikarenakan siklon penangkap produk umumnya tidak mampu berfungsi dengan baik, bahkan dapat menimbulkan polusi udara.

Penentuan dimensi ruang bakar, suhu yang diaplikasikan serta volume dan tekanan udara sangat menentukan keberhasilan proses pengeringan, sehingga perlu diketahui data pendukung untuk merancang sistim ini diantaranya kadar air input, kadar air output, densiti material, ukuran material, maksimum panas yang diizinkan, sifat fisika/kimia, kapasitas output/input dsbnya.