Rekayasa alat pengering semprot untuk membuat serbuk lateks karet alam

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet dan Plastik ke-6 Yogyakarta, 25 Oktober 2017

  

Rekayasa alat pengering semprot untuk membuat serbuk lateks karet alam

Muhammad Sholeh*, Endang Susiani, Hesty Eka Mayasari

  

Balai Besar Kulit, Karet, dan Plastik, Jl. Sokonandi no.9 Yogyakarta, 55166, Indonesia

• *Penulis korespondensi. Telp.: +6274 512929,563939, Fax.: +6274 563655

  Email: muhammad-sholeh@kemenperin.go.id

  

ABSTRAK

  Perekayasaan ini bertujuan untuk mendapatkan rangkaian alat proses penyerbukan lateks skala laboratorium dengan aliran suspensi lateks dan udara pengering di dalam drum cocurrent dari atas ke bawah. Suspensi lateks yang telah ditambah aditif berupa partitioning agent dipompa dari wadah menggunakan tenaga pneumatik udara dari kompresor, lalu disemprotkan membentuk kabut dari bagian atas drum pengering. Udara pengering dipompa dari kompresor dengan kecepatan tertentu melalui pemanas sampai menjadi suhu tertentu lalu dihembuskan dari bagian atas drum pengering. Kabut suspensi lateks bertemu dengan udara pengering mengakibatkan terjadinya penguapan yang cepat air dan amoniak dari lateks, menghasilkan serbuk lateks yang jatuh ke bagian bawah drum pengering. Penyemprotan lateks dengan partitioning agent nano silika atau deterjen ke dalam

  o

  pengering pada suhu 100-105 C menghasilkan campuran serbuk dan granula lateks. Bagian yang berbentuk serbuk berdiameter <0,1 mm. Kinerja pengering masih perlu ditingkatkan dengan cara memperbaiki kompresor 10 hp, menyempurnakan isolasi, menambah pemanas di udara penyemprot, dan mencoba mengurangi jumlah baffle di pemanas.

  Kata kunci: alat pengering semprot, karet alam, serbuk lateks, cocurrent

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet, dan Plastik ke-6 Yogyakarta, 25 Oktober 2017

  

Design of spray dryer for natural rubber latex powderization

Muhammad Sholeh*, Endang Susiani, Hesty Eka Mayasari

  

Center for Leather, Rubber, and Plastics, Jl. Sokonandi no.9 Yogyakarta, 55166, Indonesia

• *Corresponding author. Telp.: +6274 512929,563939, Fax.: +6274 563655

  Email: muhammad-sholeh@kemenperin.go.id

  

ABSTRACT

The engineering is aimed at giving a laboratory spray dryer to obtain natural rubber latex powder.

  

Latex suspension and drying air were flowed in the cocurrent direction from top to bottom of the

drum. Latex suspension withpartitioning agent was pumped from the container using pneumatic air

from the compressor, then sprayed to form a mist from the top of the drum dryer. The drying air is

pumped from the compressor at a certain velocity through the heater to a certain temperature and

then sprayed from the top of the drum dryer. The latex suspension mist heated by the drying air

resulted in the rapid evaporation of water and ammonia from the latex, resulting in latex powder

falling to the bottom of the drum dryer. Spraying latex with partitioning agent of nanosilica or

detergent into the dryer at 100-105°C produced a mixture of latex powder and granules. The

powdered partswere<0.1 mm in diameter. Dryer performance still needs to be improved by

improving the 10 hp compressor, perfecting the insulation, heating the air sprayer, and reducing

the number of baffles in the heater. Keywords: spray dryer, natural rubber, latex powder, cocurrent

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet dan Plastik ke-6 Yogyakarta, 25 Oktober 2017 PENDAHULUAN

  Karet memiliki peranan penting bagi Indonesia, antara lain sebagai sumber pendapatan dan lapangan kerja penduduk, sumber devisa negara dari ekspor non-migas, dan mendorong tumbuhnya agro-industri di bidang perkebunan. Bagi perekonomian nasional, karet merupakan salah satu komoditas utama penghasil devisa terbesar dari subsektor perkebunan.

  Lateks pekat yang berasal dari karet alam dapat ditingkatkan penggunaannya dengan cara mengembangkan industri hilir berbahan baku lateks. Pengembangan industri hilir berbahan baku lateks salah satunya adalah dengan rekayasa proses pembuatan serbuk lateks sebagai bahan baku untuk berbagai industri barang jadi karet. Serbuk lateks diharapkan akan memiliki sifat yang lebih stabil dibandingkan dengan lateks dalam bentuk cair. Selama ini lateks dalam bentuk cair memerlukan penambahan bahan pengawet amonia untuk menjaga kestabilan sistem koloid lateks. Sehingga lateks dalam bentuk serbuk akan memudahkan dalam hal pengangkutan, penyimpanan, dan handling.

  Mun (1980) telah melakukan percobaan pembuatan serbuk karet alam dengan menggunakan kombinasi surfaktan, alginat, dan silika. Serbuk yang dihasilkan tidak stabil dan mulai menggumpal sesaat setelah serbuk terbentuk. Serbuk yang lebih stabil diproduksi ketika partitioning agent ditambahkan secara kimia ke dalam lateks. Dalam penelitian ini digunakan metil metakrilat-grafted (MG) 49.Wang et al. (2005) membuat serbuk karet alam dengan menggunakan suspensi carbon

  

nanotubes yang ditambahkan pada lateks dan sodium dodesil benzena sulfonat (SDAS) sebagai

dispersan. Serbuk yang dihasilkan memiliki diameter kurang dari 5 µm.

  Sae-oui et al. (2010) membuat serbuk karet alam menggunakan high ammonia (HA) lateks dengan tambahan potassium hidroksida, amonium laurat, ZnO, seng dietilditiokarbamat, sulfur, dan

  

wingstay yang dicampur kemudian diserbukkan. Serbuk lateks dicampur dengan HDPE untuk

  menghasilkan elastomer termoplastik. Paiva et al. (2014) menggunakan lateks yang dimodifikasi dengan metil metakrilat dan sodium 4-stirena sulfonat, silika, dan sodium persulfat sebagai inisiator polimerisasi.

  Sopanon and Soottitanawat (2011) menggunakan metode spray drying untuk membuat serbuk lateks dengan menggunakan maltodekstrin sebagai enkapsulan partikel lateks. Rasio massa karet alam :maltodekstrin tidak lebih dari 9:1.Jaiphuephae et al. (2014) telah melakukan percobaan pembuatan serbuk lateks dengan menambahkan sodium dodesil sulfat (SDS) dan silika. Suspensi lateks, SDS, dan silika yang telah diaduk kemudian disemprot menggunakan spray dryer. Partikel serbuk yang dihasilkan berbentuk bulat, berdiameter 5-10 µm.

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet, dan Plastik ke-6 Yogyakarta, 25 Oktober 2017

  Vachlepi et al. (2013) melakukan simulasi karakteristik proses pembuatan serbuk lateks dengan spray dryer menggunakan teknik computation fluid dynamic (CFD), dan dinyatakan bahwa proses pengeringan pada pembuatan serbuk lateks dipengaruhi oleh kadar air lateks dan suhu udara pengering. Nasruddin (2014) menggunakan tabung silinder sebagai vessel dengan aliran counter

  o

current udara panas pada temperatur 100 C dapat menghasilkan granula 91,20% dan tepung lateks

8,72%.

  Tujuan perekayasaan ini adalah untuk mendapatkan rangkaian alat proses penyerbukan lateks skala laboratorium dengan aliran suspensi lateks dan udara pengering di dalam drum cocurrent dari atas ke bawah.

  BAHAN DAN METODE Bahan Penelitian Lateks pekat 60%, sodium alkil benzena sulfonat, darvam, dan nano silika. Peralatan Penelitian Ball mill , rangkaian alat pengering semprot, dan kompresor.Gambar proses pengering semprot terlihat pada Gambar 1.

  Metode Penelitian Perancangan alat pengering semprot

  Dipakai drum primer (D=0,4 m dan H=0,6 m) sebagai tempat penyerbukan dan pengumpulan serbuk lateks yang diperoleh. Drum sekunder dipasang untuk menampung serbuk halus yang lolos dari drum primer. Spray gun dipilih menggunakan yang ada di pasaran untuk menyemprot cat pada proses finishing suatu produk. Udara pendorong suspensi lateks diperoleh dari kompresor 3 HP. Udara pemanas diperoleh dari kompresor 10 HP. Udara dipanaskan di dalam pemanas dengan daya 2,4 kW. Arah semprotan suspensi lateks cocurrent dengan udara panas dari atas drum primer. Disusun neraca massa dan panas dengan asumsi steady state di sekitar rangkaian alat.

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet dan Plastik ke-6 Yogyakarta, 25 Oktober 2017

  

Gambar 1. Rangkaian alat proses pembuatan serbuk lateks

Uji coba alat

  Pembuatan serbuk lateks dalam pengering semprotmenggunakan dua formulasi: 1. Lateks dengan partitioning agent deterjen

  Suspensi lateks-deterjen sebanyak 400 gram dengan kadar padatan 22,5% komposisi:30 gram deterjen (dengan kandungan 23% sodium alkil benzena sulfonat), 100 gram lateks dengan kkk 60%, dan 270 gram air. Pembuatan suspensi: 30 gram deterjen dilarutkan ke dalam 270 gram air. Larutan deterjen dalam air dicampur dengan 100 gram lateks, kemudian diaduk hingga homogen.

2. Lateks dengan partitioning agent nano silika

  Suspensi lateks-nano silika sebanyak 300 gram dengan kadar padatan 10%. Komposisi:25 gram lateks dengan kkk 60%, 60 gram dispersi nano silika (25%), yang sebelumnya dibuat dengan perbandingan nanosilika:air:darvam = 50 : 142 : 8 (dalam gram), dan 215 gram air. Pembuatan dispersi nanosilika 25%: 50 gram nanosilika, 8 gram darvam, dan 142 gram air dimasukkan ke dalam tabung yang berisi bola bola keramik yang selanjutnya diputar dalam ball mill selama 24

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet, dan Plastik ke-6 Yogyakarta, 25 Oktober 2017

  jam. Pembuatan suspensi: 60 gram dispersi nanosilika ditambahkan dengan 25 gram lateks dan 215 gram air diaduk dengan menggunakan rotor pengaduk dalam gelas beker selama 20 menit dengan kecepatan putaran 100 rpm.

  Proses penyemprotan dan pengeringan

  Suspensi lateks yang telah ditambah aditif berupa partitioning agent dipompa dari wadah menggunakan tenaga pneumatik udara dari kompresor, lalu disemprotkan membentuk kabut dari bagian atas drum pengering. Udara pengering dipompa dari kompresor dengan kecepatan tertentu melalui pemanas sampai menjadi suhu tertentu lalu dihembuskan dari bagian atas drum pengering. Kabut suspensi lateks bertemu dengan udara pengering mengakibatkan terjadinya penguapan yang cepat air dan amoniak dari lateks, menghasilkan serbuk lateks jatuh ke bagian bawah drum pengering.Serbuk halus lateks terbawa ke drum sekunder untuk dipisahkan dari udara pengering.

  Pengujian

  Pengujian yang dilakukan meliputi uji Scanning Electron Microscope (SEM) untuk melihat morfologi serbuk lateks hasil pengeringan.

  HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan Neraca Massa Dan Panas Pemanas

Neraca panas di sekitar pemanas terlihat pada Gambar 2. Persamaan neraca panas mengikuti

persamaan (1) dan (2).

  Gambar 2. Neraca Panas di pemanas Panas udara masuk + Panas dari elemen pemanas = Panas udara keluar + Panas hilang (1) H UK1 +Q UK =H UK2 +Q loss1

  (2) Panas Entalpi Dicari Dengan Persamaan (3) Berikut Ini:

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet dan Plastik ke-6 Yogyakarta, 25 Oktober 2017 H = m Cp (T-T R )

  (3)

H adalah entalpi fluida, m adalah massa fluida, Cp adalah panas jenis fluida, T adalah suhu fluida,

dan T R adalah suhu referensi. Panas hilang dicari dengan persamaan (4) berikut ini: Qloss = h A T

  (4)

A adalah luas perpindahan panas, T adalah selisih suhu dinding dengan fluida, dan h adalah

koefisien transfer panas alamiah yang dihitung dengan persamaan (5) s/d (8):

  3 2

2 Gr = D g T /

  (5) Pr = Cp /k (6)

  4

8 Untuk udara pada 10 ,

  ≤ Gr Pr ≤ 10 0,25

  Nu = 0,502 (Gr Pr) (7) h = Nu k/D

  (8)

Gr adalah Bilangan Grashoff, D adalah diameter pipa, adalah densitas fluida, g adalah percepatan

gravitasi bumi, adalah koefisien muai ruang, adalah viskositas fluida, Pr adalah Bilangan

Prandtl, k adalah konduktivitas fluida, dan Nu adalah Bilangan Nusselt. Resume perhitungan neraca panas terlihat pada Tabel 1.

  

Tabel 1. Resume neraca panas di sekitar heater

Aliran Panas masuk, kJ/det Aliran Panas keluar, kJ/det

Udara masuk 0.058718129 Udara keluar 0.733976617

Panas dari elemen 0.923506903 Panas hilang 0.248248416

Jumlah 0.982225033 Jumlah 0.982225033

o

  Aliran udara masuk pengering 0,00587 kg/j pada suhu 150 C. Drum Pengering Neraca massa di sekitar pengering: Massa udara pengering masuk + Massa udara penyemprot masuk

• Massa suspensi lateks masuk pengering = Massa serbuk lateks keluar
• Massa udara basah keluar pengering (9) Neraca panas di sekitar pengering (Gambar 3): Panas Udara pengering masuk + Panas Udara penyemprot masuk

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet, dan Plastik ke-6 Yogyakarta, 25 Oktober 2017

• Panas suspensi lateks masuk = Panas Hilang + Panas serbuk lateks keluar + Panas udara basah keluar pengering (10) H UK2 + H US + H L = Q LOSS2 + H SL + H U+U (11)

  

Gambar 3. Neraca Panas di drum pengering

  Dengan persamaan yang sama dengan perhitungan pada pemanas, diperoleh resume perhitungan neraca panas di sekitar drum pengering yang terlihat pada Tabel 2.

  

Tabel 2. Resume neraca panas di sekitar drum pengering

Aliran Panas masuk, kJ/det Aliran Panas keluar, kJ/det Udara pengering 0.733976617 Panas hilang 0.264231582 Udara penyemprot 0.035821211 Serbuk lateks 0.000451347 Suspensi lateks 0.000300898 Udara basah keluar 0.505415797 Jumlah 0.770098726 Jumlah 0.770098726

  Lateks dengan partitioning agent nano silika o

  Proses penyemprotan dilakukan pada suhu udara panas masuk sebesar ±150

  C. Pada percobaan ini, drum pada spray dryer diisolasi dengan isolasi glass wool+asbes (Gambar 4).

  

o

  Diperoleh data suhu dalam drum sebesar ± 105

  C. Panas yang hilang ke lingkungan telah cukup banyak dikurangi namun penurunan suhu karena udara dingin dari penyemprot lateks masih

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet dan Plastik ke-6 Yogyakarta, 25 Oktober 2017

  menjadi masalah. Hasil yang diperoleh sebagian berbentuk serbuk dan sebagian berbentuk granul (Gambar 5).

  Lateks dengan partitioning agent deterjen

  Pada percobaan ini, dibuat percabangan udara panas seperti terlihat pada Gambar 6. Diperoleh

  o

  data suhu dalam drum sebesar ± 100

  C. Tekanan di tabung kompresor (10 hp) udara pemanas tinggal ± 3 bar karena terjadi kebocoran di saat proses kompresi. Berhasil didapatkan serbuk lateks dengan jumlah yang sangat sedikit.

  

Gambar 4. Drying chamber diisolasi dengan glass woll+asbes

Gambar 5. Hasil serbuk+granul lateks

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet, dan Plastik ke-6 Yogyakarta, 25 Oktober 2017

  

Gambar 6. Percabangan udara panas

Uji morfologi

  Morfologi serbuk lateks diuji menggunakan SEM dengan hasil terlihat pada Gambar 7. Dari Gambar terlihat bahwa terdapat bagian serbuk yang beraglomerasi membentuk butiran-butiran yang lebih besar. Butiran individual berukuran kurang dari 100 m.

  KESIMPULAN

  Penyemprotan lateks dengan partitioning agent nano silika atau deterjen ke dalam dryer pada

  o

  suhu 100-105 C menghasilkan campuran serbuk dan granul lateks. Bagian yang berbentuk serbuk berdiameter < 0,1 mm. Kinerja pengering masih perlu ditingkatkan dengan cara memperbaiki kompresor 10 hp, menyempurnakan isolasi, menambah pemanas di udara penyemprot, dan mencoba mengurangi jumlah baffle di pemanas.

UCAPAN TERIMA KASIH

  Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kementerian Perindustrian yang telah mendanai perekayasaan ini, kepada Ibu Bidhari Pidhatika, Bapak Rangga Kistiwoyo, Bapak Nurwachid Sahadi, Bapak Haris Nursalam, dan Bapak Sugeng yang telah bekerja sama sehingga terselesaikannya Pokja Pembuatan Serbuk Lateks Dengan Metode Spray Drying Tahun 2016.

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet dan Plastik ke-6 Yogyakarta, 25 Oktober 2017

Gambar 7. Morfologi serbuk lateks dengan uji SEM: (a) bahan pengisi deterjen - perbesaran 500x,

  (b) bahan pengisi deterjen

• – perbesaran 3000x, (c) bahan pengisi nanosilika – perbesaran 500x, dan (d) bahan pengisi nanosilika
• – perbesaran 3000x

DAFTAR PUSTAKA

  Jaiphuephae, T., Poochinda, K., & Poompradub, S. (2014). Yield Optimization of Spray-Dried Natural Rubber and Properties of Its Silica-Filled Composite. Advances in Polymer

  Technology , 33(4), 1

• –6. http://doi.org/10.1002/adv.21423 Mun, L. C. (1980). Spray-drying of Natural Rubber Latices. Journal of Rubber Research Institute of

  Malaysia , 28(3), 119 –137.

  Nasruddin, N. (2014). Pembuatan tepung lateks dengan metode aliran bahan dan udara panas berlawanan arah di dalam tabung silinder. Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet, Dan

  Plastik Ke-3 , 249 –260.

  Paiva, L. B. De, Oliveira, A. M. De, & Gavioli, R. R. (2014). Preparation and properties of rubber

• – powder from modi filled-SBR latex by spray drying process. Powder Technology, 264, 507 513. http://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.05.060

  Prosiding Seminar Nasional Kulit, Karet, dan Plastik ke-6 Yogyakarta, 25 Oktober 2017

  Sae-oui, P., Sirisinha, C., & Sa-nguanthammarong, P. (2010). Properties and recyclability of thermoplastic elastomer prepared from natural rubber powder ( NRP ) and high density polyethylene ( HDPE ). Polymer Testing ,

  29 (3), 346 –351.

  http://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2009.12.010 Sopanon, P., & Soottitanawat, A. (2011). Preparation of natural rubber powder by spray drying.

  TIChE International Conference , 1 –3.

  Vachlepi, A., Suwardin, D., & Abidin, A. Z. (2013). Simulasi penetapan karakteristik pengeringan semprot lateks berdasarkan teknik komputasi dinamika fluida. Jurnal Penelitian Karet, 31(1), 30 –44. Wang, J. D., Zhu, Y. F., Zhou, X. W., Sui, G., & Liang, J. (2005). Preparation and Mechanical

  Properties of Natural Rubber Powder Modified by Carbon Nanotubes. Journal of Applied

  Polymer Science , 100, 4697

• –4702. http://doi.org/10.1002/app.23076