13 senyawa bikarbonat yang larut. Mekanisme penguraian kalsium karbonat
dapat dilihat pada persamaan 9 Mathur, 1978. CO
2
+ CaCO
3
+ H
2
O CaHCO
3 2
..................9 Pada kondisi suhu 45°C, karbonatasi berlangsung lambat dan kurang
sempurna, sedangkan pada suhu di atas 55°C akan terjadi penguraian gula pereduksi yang memunculkan warna coklat. Namun, kelemahan proses
berlangsung pada suhu 55°C, yaitu memicu terjadinya fermentasi asam laktat. Dalam karbonatasi tunggal, sekitar 7-10 volume larutan gula kasar yang
dipanaskan pada suhu 45–55°C, membutuhkan 20 beaume susu kapur Mathur, 1978.
F. PERALATAN KARBONATASI
Dalam karbonatasi, kebutuhan yang sangat penting adalah efisiensi pencampuran susu kapur dan gas CO
2
Mathur, 1978. Selama ini, proses pencampuran tersebut dilakukan dengan menggunakan kolom gelembung,
tangki berpengaduk, plate dan tray kolom, spray tower, dan lain-lain Mandal et al
., 2005. Contoh desain tangki karbonatasi dengan menggunakan pengaduk, tanpa pengaduk, dan dengan sistem plate dan tray kolom dapat
dilihat pada Gambar 7, 8, dan 9 Mathur, 1978.
Gambar 7. Tangki karbonatasi dengan menggunakan pengaduk Stirrer
Liming tank
Gas CO
2
inlet Juice inlet
Juice outlet
14 Gambar 8. Tangki karbonatasi tanpa menggunakan pengaduk
Gambar 9. Sistem plate dan tray kolom juice + lime inlet
Gas CO
2
inlet
Juice outlet Liming tank
Gas CO
2
inlet Juice inlet
Juice outlet Gas CO
2
inlet
15 Proses pencampuran akan berlangsung secara efisien apabila kontak
antara gas CO
2
dan susu kapur semakin luas. Fenomena gas hold up atau fraksi gas dalam cairan menggambarkan kondisi pencampuran antara fasa gas
dan fasa cairan. Pada kolom gelembung, gas hold up sangat dipengaruhi oleh kecepatan gelembung dan waktu tinggal gas dalam cairan Shirsat et al.,
2003.
G. REAKTOR VENTURI BERSIRKULASI
Reaktor Venturi Bersirkulasi RVB merupakan tipe kontaktor basah. Venturi dikenal dengan beberapa nama yang disesuaikan dengan aplikasi,
seperti injector, ejector, eductor, dan penukar panas dengan jet air. RVB merupakan sistem aliran jet dua fasa, yaitu fasa cair dan fasa gas Atay, 1986.
RVB memiliki desain yang sederhana dan tidak membutuhkan energi tambahan untuk mendispersikan gas, seperti blower untuk mengalirkan gas
dan motor untuk memutar pengaduk Mandal et al., 2005. RVB memiliki komponen peralatan utama, yaitu pipa venturi yang terdiri dari nozzle, difuser,
leher venturi, dan konfuser. Adapun desain pipa venturi dapat dilihat pada Gambar 10 Shirsat et al., 2003.
.
Gambar 10. Desain pipa venturi. 1 : Noozle; 2 : Suction chamber; 3 : leher
venturi; 4 : difuser; 5 : konfuser
16 Pada RVB, cairan dialirkan melewati sebuah nozzle pada venturi dan
menyebabkan distribusi droplet gelembung mikro cairan dengan kecepatan jet sonik Atay, 1986. Kondisi ini mengikuti prinsip persamaan Bernaulli
yang menyebabkan penurunan tekanan bahkan menjadi vakum di daerah aliran dengan kecepatan jet. Adanya perbedaan tekanan mengakibatkan terjadinya
difusi gas dari tekanan tinggi menuju tekanan rendah McCabe et al.,1985 dan gas terabsorpsi ke dalam cairan. Aliran gelembung mikro yang sangat
cepat dan terjadinya gesekan antara gelembung-gelembung serta leher venturi yang konvergen menyebabkan aliran menjadi turbulen Mandal et al., 2005.
Oleh karena aliran yang turbulen dan luasnya permukaan kontak pada gelembung mikro, maka akan terjadi proses pencampuran yang sangat efisien.
Selain itu, fenomena gas hold up pada RVB akan meningkatkan kualitas pencampuran dan reaksi gas dalam cairan Wild et al., 2003. Hal itu
dikarenakan aliran yang sangat cepat dan penurunan tekanan sehingga gas yang terjerap di antara gelembung mikro akan tertahan dalam cairan lebih
lama Shirsat et al., 2003. Adapun desain RVB dapat dilihat pada Gambar 11 Shirsat et al., 2003.
.
Gambar 11. Desain RVB. C: kontaktor; SE: tangki pemisah; E: ejektor; GM:
pengukur aliran gas; T: tangki sirkulasi; VS vessel pengumpul; R: Rotarometer; PG; pengukur tekanan; SV: kran solenoid; L: kolom
cairan jernih; PU: pompa; AI: pemasukan gas; V1-V5: kran; dan M1-M8 : Manometer.
17 Terdapat empat rezim yang menggambarkan fenomena kecepatan
dalam venturi diantaranya:
1. Rayleigh jet breakup
Pada rezim ini, kecepatan jet berkisar antara 0 – 500 mdetik, aliran jet sangat dipengaruhi oleh tegangan permukaan dan gelembung belum
banyak terbentuk. Adapun bentuk aliran jet yang terbentuk setelah melewati nozzle venturi dapat dilihat pada Gambar 12a.
2. First wind induced breakup regime
Pada rezim ini, kecepatan aliran jet berkisar antara 500 – 1000 mdetik, aliran jet dan pembentukan gelembung sangat dipengaruhi oleh
diameter aliran jet. Pada kasus ini, meningkatnya pengaruh tegangan permukaan oleh gerakan cairan dan gas disebabkan distribusi tekanan statis
yang melewati aliran jet dan akan mempercepat pemecahan aliran jet. Adapun bentuk aliran jet yang terbentuk setelah melewati nozzle venturi
dapat dilihat pada Gambar 12b.
3. Second wind induced breakup regime
Pada rezim ini, kecepatan aliran jet berkisar antara 1000 – 1800 mdetik. Pembentukan gelembung sangat banyak dan lebih kecil ukurannya
dibandingkan dengan diameter aliran jet. Namun, gelembung yang dihasilkan tidak stabil dan memiliki gelombang ombak yang pendek pada
permukaan aliran jet. Hal ini disebabkan adanya gerakan cairan dan gas dimana tegangan permukaan dipengaruhi oleh pembentukan aliran yang
berombak. Adapun bentuk aliran jet yang terbentuk setelah melewati nozzle venturi dapat dilihat pada Gambar 12c.
4. Atomization regime
Pada rezim ini, kecepatan aliran jet lebih besar dari 1800 mdetik. Pemecahan aliran jet terjadi ketika aliran keluar nozzle, pembentukan
gelembung terjadi sempurna dan ukurannya lebih kecil dari ukuran nozzle.
18 Adapun bentuk aliran jet yang terbentuk setelah melewati nozzle venturi
dapat dilihat pada Gambar 12d. Selain fenomena kecepatan aliran jet, fenomena tekanan dalam reaktor
venturi akan sangat mempengaruhi karakteristik gelembung yang dihasilkan. Pada tekanan rendah 1 – 15 psi, aliran gelembung tidak mengalami
atomization . Selain itu, pada tekanan di bawah 10 psi, sudut aliran gelembung
adalah nol dan aliran cairan ke bawah berupa garis lurus. Apabila tekanan ditingkatkan diatas 15 psi dan di bawah 30 psi maka sudut aliran gelembung
yang terbentuk adalah 15° dan aliran gelembung mencapai dinding leher venturi namun tidak terjadi atomization. Pada tekanan diatas 30 psi, terjadi
atomization dan aliran gelembung mencapai dinding sehingga aliran menjadi
turbulen dimana aliran yang turbulen sangat dibutuhkan dalam kontak antara cairan dan gas. Pada peningkatan tekanan diatas 50 psi, atomization akan
semakin meningkat dan pembentukan gelembung sangat cepat terjadi bahkan tidak lagi dapat dilihat secara kasat mata. Intensitas aliran turbulen akan
semakin meningkat apabila mencapai 100 psi Atay, 1986.
a b
c d
Gambar 12. Aliran empat rezim pada venturi. a Rayleigh; b First wind
induced ;c Second wind induced;d Atomization
19
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. BAHAN DAN ALAT 1. Bahan
Bahan baku utama yang digunakan pada penelitian ini adalah gula kasar raw sugar yang diperoleh dari PT Jawamanis Rafinasi Cilegon,
Banten. Bahan-bahan kimia yang digunakan untuk karbonatasi adalah susu kapur CaOH
2
dan gas CO
2
, serta bahan-bahan kimia untuk analisis.
2. Alat
Peralatan yang digunakan adalah Reaktor Venturi Bersirkulasi RVB dengan menggunakan pompa, flowmeter cairan, dan tabung gas
CO
2
disajikan pada Gambar 13, sedangkan peralatan pendukung seperti wadah, pompa vakum, filtering flask, dan buchner
disajikan pada Lampiran 9. Selain itu, peralatan yang digunakan untuk analisa adalah
spektrofotometer, polarimeter, refraktometer, piknometer, pH meter, dan alat-alat gelas.
Gambar 13. Rangkaian peralatan karbonatasi dengan menggunakan RVB
20
B. METODOLOGI 1. Tahapan Penelitian
