commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
BAB II LANDASAN TEORI
A. TINJAUAN PUSTAKA
A.1 Pengertian Pengeringan
Pengeringan adalah pengambilan cairan dari suatu bahan padatan yang lembab dengan cara menguapkan cairan tersebut dan membuang uap yang
terbentuk. Karena memerlukan panas, proses ini disebut pengeringan termal. Setiap pengeringan termal ditandai oleh adanya perpindahan panas dan
massa yang berlangsung bersamaan Bernasconi,dkk., 1995.
A.2 Perpindahan Panas Pada Pengeringan
Kuantitas panas yang diperlukan untuk pengeringan terdiri atas : -
Panas untuk memanaskan bahan yang dikeringkan hingga mencapai suhu pengeringan.
- Panas penguapan untuk mengubah cairan ke fase uap.
- Panas yang hilang ke lingkungan.
Panas diberikan pada bahan yang akan dikeringkan dengan konduksi, konveksi atau radiasi. Pertukaran panas dapat terjadi secara langsung atau
tidak langsung. Media pemanas yang digunakan antara lain udara dan steam. a.
Pengeringan Konveksi Panas yang diperlukan dipindahkan secara langsung ke bahan yang
akan dikeringkan oleh suatu gas panas biasanya udara. Dalam hal ini bahan yang akan dikeringkan dapat dikontakkan dengan udara panas
menurut cara yang berbeda-beda misalnya fluidisasi dan penghamburan
spray
. Suatu pertukaran panas yang baik dapat tercapai, bila antar udara
panas dan bahan yang dikeringkan terdapat selisih kecepatan yang besar. Udara panas tidak hanya digunakan untuk memanaskan bahan basah,
tetapi juga untuk menyerap dan mengeluarkan uap yang terjadi. Oleh 4
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
karena itu pada saat memasuki alat pengering, udara harus sekering mungkin daya serap udara terhadap uap jenuh lebih besar pada suhu
yang lebih tinggi. Selama berlangsungnya proses pengeringan, udara panas berubah menjadi dingin panas diberikan pada bahan yang
dikeringkan. b.
Pengeringan Konduksi Panas yang dibutuhkan diberikan kepada bahan dengan
penghantaran panas tak langsung. Dalam hal ini bahan yang dikeringkan diletakkan pada permukaan yang telah dipanasi misalnya dalam drum
dryer, lemari pengering vakum atau dilewatkan melalui permukaan serupa itu satu kali ataupun berulang-ulang misalnya dalam alat
disk dryer
, alat pengering kerucut ganda, alat pengering serok. Pengeringan konduksi sesuai untuk pasta-pasta, untuk bahan yang
berbentuk granular atau yang berupa cairan dengan viskositas yang rendah. Pengeringan kontak biasanya dilakukan dalam kondisi vakum.
Pada tekanan yang rendah, titik didih cairan menjadi turun, sehingga bahan-bahan yang peka terhadap suhu, yang mudah terbakar atau yang
mudah terdegradasi juga dapat dikerjakan. c.
Pengeringan Radiasi Panas yang diperlukan dipindahkan secara langsung sebagai radiasi
inframerah dari suatu sumber panas ke bahan yang akan dikeringkan. Untuk memindahkan kuantitas panas yang besar temperatur radiasi harus
tinggi 400-2000
o
C, dengan suhu tersebut waktu pengeringan dapat menjadi singkat Bernasconi, dkk., 1995.
A.3. Teori Pengeringan Fase Cair
Pada pengeringan fase cair ini bahan yang akan dikeringkan dihamburkan dengan menggunakan
nozzle
.
Nozzle
merupakan alat hambur dalam
spray dryer
yang digunakan untuk mendapatkan kabut-kabut cairan,
5
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
suspensi atau pasta yang sehomogen mungkin.
Nozzle
digunakan untuk mengubah fase kontinyu menjadi discret, dari bentuk cairan menjadi
potongan-potongan cairan padatan atau kabut.
a.
Nozzle
Bertekanan Atomisasi
nozzle
bertekanan yaitu dengan menekan cairan di bawah tekanan yang tinggi dan dengan putaran pipa kecil yang terus menerus.
Tekanan antara 2700-6900 kpam2, tergantung pada derajat atomisasi, kapasitas dan peralatan. Diameter pipa
nozzle
mempunyai ukuran antara 0,25-0,4 mm tergantung pada tekanan yang diinginkan untuk memberikan
kapasitas dan derajat yang diinginkan.
b.
Nozzle
Dua Aliran
Nozzle
dua aliran tidak beroperasi secara efisien sehingga tidak dapat digunakan untuk aliran dengan kapasitas besar. Keuntungan dari
nozzle
dua aliran mampu beroperasi pada tekanan yang relatif rendah yaitu antara 0-
400 kpam2, selama mengatomisasi cairan tekanannya tidak lebih dari 700 kpam2. Cairan diatomisasi dalam bentuk
steam
atau udara.
c.
Nozzle
Cakram Sentrifugal
Nozzle
cakram sentrifugal
mengatomisasi cairan
dengan memperluasnya dalam lembaran tipis dengan kecepatan yang tinggi dari
sekeliling cakram. Diameter cakram berkisar antara 5 cm dalam skala kecil sampai 35 cm untuk pengering tanaman. Kecepatan putaran cakram antara
3.000-50.000 radmenit. Keuntungan dari atomisasi cakram sentrifugal adalah mampu mengatomisasi suspensi atau campuran yang mengkikis dan
menyumbat
nozzle
Perry, 1999.
6
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
A.4. Alat Pengeringan A.4.1. Kriteria Pemilihan Alat Pengering
Disamping pertimbangan ekonomi, pemilihan alat pengering juga ditentukan oleh faktor-faktor berikut :
- Kondisi bahan yang dikeringkan bahan padat alat pengering juga pasta,
suspensi. -
Sifat-sifat bahan yang dikeringkan misalnya apakah menimbulkan bahaya kebakaran, ketahanan panas, bersifat oksidasi.
- Jenis cairan yang terkandung dalam bahan yang dikeringkan air, pelarut
organik, bahan mudah terbakar, korosif , beracun. -
Kuantitas bahan yang dikeringkan. -
Operasi kontinyu atau tidak kontinyu Bernasconi, dkk., 1995.
A.4.2. Jenis Alat Pengering 1. Tray Dryer alat pengering rak
Alat pengering berbentuk persegi dan didalamnya berisi rak-rak yang digunakan sebagai tempat bahan yang akan dikeringkan. Udara pengering
dihasilkan dari blower yang dihembuskan melewati heater untuk memanaskan udara yang selanjutnya dialirkan menuju rak-rak yang didalamnya berisi bahan
yang akan dikeringkan.Tray dryer cocok digunakan untuk bahan yang berbentuk padat dan butiran. Alat ini sering digunakan untuk produk yang
jumlahnya tidak terlalu besar. Lama pengeringan dengan tray dryer selama 10- 60 menit.
7
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Gambar II. 1 Tray dryer 2. Rotary Dryer
Pengering kontak langsung yang beroperasi secara kontinyu, terdiri atas silinder yang berputar perlahan, biasanya dimiringkan beberapa
derajat dari bidang horizontal untuk membantu perpindahan umpan basah yang dimasukkan pada atas ujung drum. Bahan yang akan dikeringkan
umumnya diumpankan dari bagian atas silinder dan bahan yang kering menuju ke bagian bawah silinder. Rotary dryer umumnya digunakan untuk
bahan padat dan butiran.
Gambar II. 2 Rotary dryer
8
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
3. Spray Dryer Padatan dan cairan yang dipompakan dihamburkan ke dalam media
pengering. Area spesifik yang luas dari partikel kecil mengikuti aliran larutan untuk dipekatkan dengan cepat, kemudian berubah menjadi serbuk. Produk
kering dan udara pengering dihilangkan pada bagian bawah menara pengering an produk dipisahkan di dalam siklon pemisah. Spray dryer digunakan untuk
mengeringkan bahan jenis larutan, suspensi dan pasta Brown, 1955.
Gambar II. 3 spray dryer
A.6. Zat Warna Alami
Zat warna alami adalah zat warna yang diperoleh dari alam atau tumbuhan baik secara langsung maupun tidak langsung. Secara tradisional
zat warna alami diperoleh dengan ekstraksi atau perebusan tanaman yang ada disekitarnya. Bagian-bagian tanaman yang dapat digunakan untuk zat
warna alami antara lain kulit, ranting, daun, akar,bunga,biji, atau getah. Zat warna alami mempunyai efek warna yang indah dan khas, sehingga masih
banyak orang yang menyukainya dan merupakan pendukung produk-produk eksklusif dan bernilai seni tinggi, namun pewarnaan ini melalui proses yang
lama, sehingga produksinya tidak banyak dalam kurun waktu tertentu.
9
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Beberapa contoh zat warna alami yang biasa digunakan untuk mewarnai makanan Nur Hidayat dan Elfi Anis, 2006, yaitu :
KAROTEN, menghasilkan warna jingga sampai merah. Biasanya digunakan untuk mewarnai produk-produk minyak dan lemak seperti
minyak goreng dan margarin. Dapat diperoleh dari wortel dan pepaya. BIKSIN, memberikan warna kuning seperti mentega. Biksin diperoleh
dari biji pohon Bixa orellana yang terdapat di daerah tropis dan sering digunakan untuk mewarnai mentega, margarin, minyak jagung dan salad
dressing. KARAMEL, berwarna coklat gelap dan merupakan hasil dari hidrolisis
pemecahan karbohidrat, gula pasir, laktosa dan sirup malt. Karamel terdiri dari 3 jenis, yaitu karamel tahan asam yang sering digunakan untuk
minuman berkarbonat, karamel cair untuk roti dan biskuit, serta karamel kering. Selain sebagai pemanis, gula kelapa juga membrikan warna merah
kecoklatan pada minuman. KLOROFIL, menghasilkan warna hijau,diperoleh dari daun-daunan.
Penggunaan paling banyak pada makanan. Pigmen klorofil banyak terdapat pada daun-daunan, misanya daun suji dan daun pandan. Selain
sebagai penghasil warna hijau juga memiliki harum yang khas. ANTOSIANIN, penghasil warna merah, orange,ungu dan biru. Banyak
terdapat pada bunga dan buah-buahan seperti bunga mawar, pacar air, kembang sepatu,bunga kana, krisan dan buah apel,ceri,anggur, strawberri.
KURKUMIN, berasal dari kunyit sebagai salah satu bumbu dapur sekaligus pemberi warna kuning.
Zat warna alami yang umumnya digunakan untuk pewarna batik antara lain :
1. Kayu Mahoni Swietenia mahogani.
10
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Pohon mahoni selama ini dikenal sebagai penyejuk jalanan atau sebagai bahan untuk membuat segala bentuk furniture. Berdasarkan penelitian di
laboratorium,pohon mahoni Swietenia mahogany,termasuk pohon yang bisa mengurangi polusi udara sekitar 47-69.
Mahoni merupakan tanaman yang berasal dari Hindia barat dan Afrika, dapat tumbuh subur bila tumbuh dipasir payau dekat dengan pantai.
Mahoni dikelompokkan menjadi dua, mahoni berdaun kecil
Switenia mahogany Jacq.
dan mahoni berdaun besar
Swietenia macrophylla King
. Keduanya termasuk kedalam keluarga
Meliaceae
. Sifat ekologis yang sangat penting untuk membedakan Switenia mahogani dari Swietenia
macrophylla yaitu kemampuan tumbuh didaerah kering. Jenis ini secara alami dijumpai pada iklim dengan curah hujan tahunan 580-800 mm.
Pohon mahoni selalu hijau sampai semi hijau, tinggi mencapai 30-35 m. Penyebarannya dengan biji, setelah umurnya antara 7-8 tahun mahoni
sudah mulai berbunga. Kulit abu-abu dan halus ketika masih muda,berubah menjadi coklat tua, membumbung beralur dan mengelupas setelah tua.
Daun bertandan,licin,tidak berbulu,panjang 12-15 cm majemuk menyirip dengan 2-4 pasang daun. Daun bulat telur,ujung lancip,panjang 5-6 cm,
lebar 2-3 cm hijau tua ,licin ,tidak berbulu. Bunga berkelamin tunggal, kecil, putih, panjang 8-15 cm malai ramping. Benih berwarna coklat yang
panjangnya 4-5 cm. Kotiledon berada pada dua pertiga panjang sisi benih. coklat yang panjangnya 4-5 cm. Kotiledon berada pada dua pertiga panjang
sisi benih
. 11
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Gambar II.4 Pohon Mahoni
Sistematika Tumbuhan Mahoni
Dalam sistematika taksonomi tumbuhan mahoni diklasifikasikan sebagai berikut, Kingdom
: Plantae Divisi
: Spermatophyta Sub divisi
: Angiospermae Kelas
: Dicotyledoneae Bangsa
: Rutales Suku
: Meliaceae Marga
: Swietenia Jenis
: Swietenia mahagoni Jacq Nama umumdagang : Mahoni
Habitus : Pohon, tahunan, tinggi 5-25 m
Batang : Tegak, berkayu, ujung cabang berbulu, putih kotor.
Daun : Majemuk, menyirip genap, bulat telur, ujung dan pangkal
runcing,tepi rata,panjang 3-15 cm, masih muda merah setelah tua menjadi hijau
Bunga : Majemuk, dalam karangan, di ketiak daun, ibu tangkai bunga
silindris,kuning kecoklatan, benang sari melekat pada mahkota, kepala sari putih, kuning kecoklatan.
12
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Buah : Kotak, bulat telur, berlekuk lima, coklat
Biji : Pipih, hitam atau coklat
Akar : Tunggang, coklat
2. Kulit Soga Jambal
Pelthophorum Ferruginum
Soga
Peltophorum pterocarpum
adalah nama pohon penghasil bahan pewarna batik yang penting. Tumbuhan ini termasuk ke dalam suku polong-
polongan Fabaceae, atau Leguminosae. Soga hidup di lingkungan tropis dengan 1
–3 bulan kering kemarau di hutan hujan atau vegetasi pantai dengan musim kemarau yang jelas, atau di lingkungan sabana berpohon, dengan kisaran curah
hujan antara 1.500 –4.500 mm pertahun. Soga juga dapat tumbuh hingga
ketinggian 1.600 m.Secara alami menyebar luas mulai dari Srilanka, Asia Tenggara, Kepulauan Nusantara, hingga ke Papua Nugini. Dalam agroforestri,
soga ditanam sebagai pohon peneduh, penahan angin, pengikat nitrogen, serta sebagai pupuk hijau. Soga juga ditanam sebagai tanaman pengisi di hutan-hutan
tanaman jati dan mahoni. Di samping itu, daun-daunnya bisa dimanfaatkan sebagai pakan ternak dan bunga-bunganya di India menghasilkan serbuk sari untuk
budidaya lebah. Pohon soga jambal biasanya berukuran sedang tinggi hingga sekitar 30 m,
namun terkadang bisa mencapai 50 m gemang batang hingga 70 cm. Pepagan tebal, hingga 15 mm.Daun majemuk menyirip berganda, 6
–16 inci panjangnya, dengan 5
–11 pasang sirip daun penumpu kecil bentuk garis, lekas tanggal. Anak daun 9
–20 pasang pada sirip yang tengah; lonjong, 0,5–0,7 × 0,3 inci, ujungnya melekuk atau meruncing kecil, pangkalnya sangat tak simetris; agak seperti kertas,
sisi bawah atau kedua-dua permukaan berambut amat halus.Perbungaan bentuk malai terminal, tegak, besar, hingga 18 inci; dengan sumbu berambut beledu
cokelat kemerahan, dan daun pelindung yang lekas gugur. Diameter kuntum bunga sekitar 1,5 inci; mahkota kuning menggelombang, berambut cokelat di
13
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
pangkalnya; benangsari kuning belerang dengan serbuksari berwarna jingga. Buah polong cokelat merah keunguan, 2,5
–5,5 × 1 inci, berisi 1–5 biji
Gambar II.5 Pohon Soga Jambal
Sistematika Tumbuhan Sogo Jambal
Dalam sistematika taksonomi tumbuhan Sogo Jambal diklasifikasikan sebagai berikut:
Kingdom : Plantae
Divisi : Magnoliophyta
Sub divisi : Fabales
Kelas : Magnoliopsida
Bangsa : Fabaceae
Suku : Caesalpinioideae
Marga : Peltophorum
Jenis : P. pterocarpum
Nama umumdagang : Soga Jambal Habitus
: Pohon, tahunan, tinggi 30-50 m
14
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Daun: Menyirip berganda, 6
–16 inci panjangnya, dengan 5–11 pasang sirip; daun penumpu kecil bentuk garis, lekas tanggal. Anak daun 9
–20 pasang pada sirip yang tengah; lonjong, 0,5
–0,7 × 0,3 inci, ujungnya melekuk atau meruncing kecil, pangkalnya sangat tak simetris; agak
seperti kertas, sisi bawah atau kedua-dua permukaan berambut amat halus.
Bunga :Perbungaan bentuk malai terminal, tegak, besar, hingga 18 inci
dengan sumbu berambut beledu cokelat kemerahan, dan daun pelindung yang lekas gugur. Diameter kuntum bunga sekitar 1,5 inci
mahkota kuning menggelombang, berambut cokelat di pangkalnya benangsari kuning belerang dengan serbuksari berwarna jingga. Buah
polong cokelat merah keunguan, 2,5 –5,5 × 1 inci, berisi 1–5 biji.
3. Pohon Tegeran
Tegeran adalah tumbuhan dengan panjang batang dapat mencapai 10 m, menggantung pada tumbuhan lain tapi tidak merambat. Permukaan batang kasar
dan berduri. Percabangan tidak teratur, menggantung, melingkar pada tumbuhan lain atau pada tumbuhannya sendiri, merupakan semak-semak yang berduri. Daun
tunggal letaknya di atas duri-duri dari cabang. Helaian daun bundar telur sampai bundar telur terbalik, ujung tumpul, pangkal runcing, tepi rata. Bunga tunggal
kecil terdapat di ketiak daun atau di ujung batang, buah berbentuk buah batu. Soga tegeran tumbuh di hutan-hutan dataran rendah tropika pada ketinggian ±
100 m dpl. Tumbuhan ini terdapat di Jawa Barat, Tengah, Timur, Madura, di hutan-hutan Kalimantan dan Sulawesi. Kayu tengeran menghasilkan warna kuning
yang bisa digunakan sebagai pewarna alami.
15
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Gambar II.6 Pohon Tegeran
Sistematika Tumbuhan Sogo Jambal
Sistematika tumbuhan tengeran. Dalam sistematika taksonomi tmbuhan tengaran diklasifikasikan sebagai berikut:
Kingdom : Plantae
Divisi : Magnoliophyta
Sub divisi : Fabales
Kelas : Magnoliopsida
Bangsa : Fabaceae
Suku : Caesalpinioideae
Family : Moraceae
Jenis : Cudrania
Species : javanensis
16
commit to user Tugas Akhir
Pembuatan Alat Spray Dryer untuk Zat Warna Alami Tipe Kontinyu Searah Dengan Menggunakan Udara Panas
Program D3 Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
B. KERANGKA PEMIKIRAN