PENGENDALIAN PROSES
Desain dan Analisis Sistem Sistem Pengendali Spray Drying Dr ying dalam Pembuatan Deterjen Bubuk
DISUSUN OLEH : RICO EFRIZAL 0807132893
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2011
PENGENDALIAN PROSES SPRAY DRYING DALAM PEMBUATAN DETERJEN BUBUK
A. DESKRIPSI PROSES A.1. Deskripsi Proses Pengering Semprot (Spray Dryer)
Pengering semprot digunakan untuk mengeringkan dan menguapkan larutan/ bubur (slurry) sampai kering dengan cara thermal, sehingga diperoleh hasil berupa deterjen bubuk. y
Prinsip Kerja
Pengering semprot dapat menggabungkan fungsi evaporasi, krtistalisator, pengering, unit penghalus dan unit klasifikasi. Penguapan dari permukaan tetesan menyebabkan terjadinya pengendapan zat terlarut pada permukaan. Dalam pengering semprot, bubur didispersikan ke dalam arus gas panas dalam bentuk kabut atau tetesan halus. Kandungan air akan menguap dengan cepat dari tetesan itu, dan meninggalkan partikel zat padat kering, yang kemudian dipisahkan dari arus gas. Aliran zat cair dan gas itu dapat searah ataupun berlawanan arah.
y
Spesifikasi Alat
Kolom pengering, berbentuk silinder dengan dasar kerucut pendek, dan piring semprot kecepatan tinggi, nozzle tekanan atau nozzle dua fluida. Diameter kolom biasanya dibuat besar, agar partikel basah tidak menumbuk permukaan padat, yaitu sebesar 8-30 ft (2,5-9 m) Piri ng semprot (spray dis k atomiz er), dipasang di at ap kolom pengering. Dalam pengering ini, piring semprot berdiameter 12 in (300 mm) dan berputar pada kecepatan 500010000 rpm. Kipas pembuangan gas terhubung dengan saluran pembuangan horizontal yang dipasang pada sisi kamar, dibagian bawah yang berbentuk silinder. Kipas pembuangan ini berfungsi untuk menghisap gas yang telah mendingin setelah digunakan selama pengeringan. Pemisah siklon berfungsi untuk memisahkan deterjen bubuk dan gas. Katup putar dan konveyor sekrop terletak di dasar kolom pengering yang berfungsi untuk mengeluarkan deterjen bubuk yang mengendap didasar kolom pengering dan digabung dengan zat padat yang dikumpulkan dalam kolom siklon.
y
Spesifikasi Bahan Waktu
pengeringan dalam pengering semprot sangat singkat, sehingga memungkinkan
pengeringan bahan-bahan yang peka panas dan menghasilkan partikel partikel berbentuk bola pejal maupun berongga. Pengering semprot dapat digunakan untuk menguapkan dan mengeringkan bubur, bahan makanan dan deterjen sintetik yang memiliki konsistenti khusus yang hanya dapat diperoleh menggunakan pengering semprot ini. Deterjen bubuk yang dihasilkan biasanya berpori.
A.2. Dinamika Proses
Umpan cair dipompakan melalui pengabut piring semprot (spray disk atomizer) yang dipasang dibagian atas kolom. Zat cair dikabutkan menjadi butir-butir halus yang kemudian disemprotkan secara radial kedalam arus gas panas yang masuk di puncak kolom. Gas yang telah mendingin dihisap dengan kipas pembuang melalui saluran pembuang horizontal. Gas tersebut dilewatkan melalui siklon dimana partikel-partikel yang terbawa ikut lalu dipisahkan. Sebagian besar deterjen bubuk dikeluarkan menggunakan konveyor sekrup, dan digabungkan dengan deterjen bubuk yang dikumpulkan dalam siklon.
Gambar A.1. Bentuk fisis unit spray dryer
A.3. PID spray drying
Objective control
: Mengatur agar tingkat kelembaban deterjen 25% (Casey Carle¶s)
Manipulated variabel : Laju alir udara pengering (fresh air) Gangguan
: Kadar air dalam slurry
Kondisi Operasi 0
Suhu slurry
: 298 K = 25 C
Suhu udara pengering
: 473 K = 200 C
Suhu keluaran (deterjen bubuk)
: 383 K = 110 C
Kelembaban awal (spray)
: 40%
(sumber: Buchi, 2002)
0 0
B. PENURUNAN NERACA MASSA DAN ENERGI B.1. Neraca Massa
Gambar B.1. Neraca massa pada spray dryer
Keterangan : cs = Panas lembab campuran deterjen (slurry) dan udara panas H = Humiditas s = Panas laten deterjen
Dimana :
Dari neraca massa diatas dapat diperoleh diagram proses dibawah ini:
Kemudian diagram proses ini diinputka n ke program matlab-simulink sehingga diperoleh sistem open loop dibawah ini:
Blok diagram sistem open loop diatas disimulasikan menggunakan simulink sehingga dihasilkan respon seperti dibawah ini:
Gambar B.2. Respon H¶s (s) terhadap H¶(s)
B.2. Neraca Energi
Dari neraca energi diatas diperoleh diagra m proses seperti dibawah ini:
Jika diagram proses diatas diinput kedalam matlab-simulink menghasilkan sistem open-loop dan respon seperti gambar dibawah ini:
Respon yang dihasilkan dari diagram blok diatas yaitu:
Gambar B.3. Respon H¶ s2(s) terhadap H¶s1(s), H¶G1, H¶G2(s)
C. PERANCANGAN SISTEM KENDALI C.1. Control Valve
Control valve banyak digunakan pada sistem proses yang menggunakan kendali. Kontrol valve berfungsi sebagai pembatas ( r esistance) laju alir ( flow) agar sesuai dengan set point yang diinginkan. Control valve terdiri dari pneumatic device yang menggerakkan batang valve melalui tekanan ( pr essur e) dari spring loaded yang merubah diaphragm. Posisi batang menahan orifice pada badan valve. Pada saat tekanan dinaikkan, penahan ( plug ) turun dan akan menahan aliran ( flow) yang melalui valve. Aksi ini berlangsung sesuai dengan bukaan angin yang diberikan. Pneumatic device dapat digunakan pada a ngin terbuka maupun angin tertutup dengan pressure antara 5-13 psig. Persamaan untuk control valve yaitu:
Diagram proses untuk control valve :
Pt
Kv
Ps
vs+1
C.2. Controller
Controller merupakan alat yang digunakan untuk mengatur sistem agar sesuai dengan set point yang diinginkan. Controller terbagi menjadi empat macam, yaitu; proportional (P), proportional derivative (PI), proportional derivative (PD) dan proportional integral derivativ (PID). Mode controller dengan proportional (P) hanya memiliki satu macam gain proses. Hal ini menyebabkan error yang cukup besar. Sedangkan pada mode controller proportional derivative, terdapat dua gain proses dengan satu gain proses yang diintegralkan. Hal ini berarti pada mode controller proportional derivative (PI), error yang diterima oleh controller diseragamkan dengan nilai terbesar sehingga diperoleh respon level yang cenderung lebih stabil. Selanjutnya pada mode controller proportional derivaive (PD), juga terdapat dua gain proses dengan satu gain proses didiferensialkan. Hal ini berarti, error yang diterima oleh controller akan diperkecil sehingga respon yang diberikan c ukup stabil. Kemudian pada mode
controller proportional integral derivative (PID) terdapat tiga gain proses yang kemudian dintegralkan dan didiferensialkan. Hal ini menunjukkan bahwa controller akan berusaha untuk tetap merespon nilai perubahan terkecil maupun nilai perubahan terbesar yang terjadi sehingga error direspon dengan ketelitian yang cukup tinggi. Pada unit spray drying ini digunakan mode controller proportional integral derivative (PID).
D. PEMBAHASAN
Sistem closed-loop yang dibentuk dari persamaan neraca massa diperlihatkan pada gambar dibawah ini:
Sedangkan respon yang diberikan dengan mode controller PID, untuk proportional 2, integral 2 dan derivative 2 pada set point 25, yaitu :
Gambar D.1. Respon H¶ s1 pada mode controller PID
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa sistem untuk spray dryer sudah stabil, namun terjadi offset pada t (waktu) ± 3-8.
Ketika sistem ini diberikan kasus servo, yaitu kasus perubahan set point dari 25 menjadi 40, maka respon H¶ s(s) yang diberikan sebagai berikut:
Gambar D.2. Respon H¶ s1 pada kasus servo
Dari respon H¶s(s) diatas dapat dilihat bahwa sistem sudah stabil. Perubahan set point dari 25 menjadi 40 tidak menjadi gangguan yang cukup berarti. Namun jika sistem diberikan gangguan step 1, maka akan diperoleh respon sebagai berikut :
Gambar D.3. Respon H¶ s1 pada r egulating pr oblem
Sistem mula-mula terganggu kemudian menjadi stabil kembali. Ini menunjukkan bahwa parameter yang diberikan sudah cukup baik untuk menjalankan proses
Kemudian untuk sistem closed-loop berdasarkan pada neraca energi diperoleh diagram blok sebagai berikut:
Respon level yang dihasilkan tanpa adanya disturbance dari H¶G2 dan H¶G1 sebagai berikut:
Gambar D.4. Respon H¶ s2 terhadap H¶s1, H¶ G1, dan H¶ G2
Dari respon diatas dapat dilihat bahwa sistem masih kurang stabil. Sistem diatas dilaksanakan pada set point 2691,5.
DAFTAR PUSTAKA
Coughanowr R. Donald. 1991.
³Pr ocess
System Analysis and Cont r ol, 2
nd
edition´.
McGraw-Hill, Inc. Melia E.S., dan Wardah Nazripah. 2010. ³Dr ying Equipment; T r ay Dr ye r , Spr ay yer , Dr
dan Dr um Dr yer ´. http://www.scribd.com/doc/55744723/32235681 -
pralin-pengering. Akses 19 Mei 2011 Geankoplis, C. J. . 1995.
³T r anspo r t Pr ocesses
d
and Unit Ope r ation, 3r Edition´.
Prentice Hall International, Inc. Buchi. 2002. ³T ra ying´. http://www.buchi.com/Spray ining P aper Spr ay Dr Drying.69.0.html?&no_cache=1&file=308&uid=2283. Akses 21 Mei 2011 Supandi, Irwan. 2007.
³Bab
II Pr insip P enentuan Ukur an valve dan P ompa
Sent ri fugal´. http://eprints.lib.ui.ac.id/2902/6/112633-T%2023320Desain%20pengendali-Literatur.pdf . Akses 13 Juni 2011
