DRING OPERASI TEKNIK KIMIA (OTK) CHAPTER 3.pptx

Dryng

1. OPERASI TEKNIK KIMIA II PENGERINGAN

2. Sistem Udara - Uap Air Definisi : Terminologi humidifikasi digunakan untuk operasi yang melibatkan sistem udara-(uap)air Basis : unit massa gas (udara) bebas uap air Humiditas (H) : Massa vapor yang dikandung tiap unit massa gas (udara) bebas vapor (dry basis)

3. Sistem Udara-Air Definisi : Humiditas (H) : Sistem udara-uap air Tekanan parsial uap air dalam udara Tekanan total campuran udara-uap air (umumnya pada 1 atm) Berat molekul H 2 O (18,02) dan udara (28,97)

4. Sistem Udara-Air Definisi : Humiditas (H) : Pada kondisi saturasi Tekanan uap liquida pada suhu udara (gas)

5. Sistem Udara-Air Definisi : Persen Humiditas (H P ) : Ratio humiditas aktual (H) terhadap humiditas saturasi (H S ) pada suhu udara Humiditas Relatif (H R ) : Ratio tekanan parsial vapor terhadap tekanan uap liquid pada suhu udara

6. Sistem Udara-Air Definisi : Humiditas Relatif (H R ) : Hubungan H P dan H R 

7. Sistem Udara-Air Definisi : Humid Heat (c S ) : Panas (J) diperlukan untuk menaikan suhu udara basah (dry air + moisture) sebesar 1°C untuk sistem udara-uap air : Specific heat dry air Specific heat vapor

8. Sistem Udara-Air Definisi : Volume Humid (v H ) : Volume total (1 kg udara kering + kandungan uap air) pada 1 atm & temperatur udara

9. Sistem Udara-Air Definisi : Enthalpi Humid (H y ) : Enthalpi (1 kg udara kering + kandungan uap air) Pada umumnya untuk sistem udara-uap air referen didasarkan pada suhu 0°C dan tekanan 1 atm (101,325 kPa)

10. Sistem Udara-Air Definisi : Dew Point : Temperatur dimana campuran udara-uap air didinginkan pada H konstan menjadi jenuh (saturasi) Kurva Humiditas : Karakteristik campuran udara-uap air digambarkan dalam kurva humiditas ( humidity chart )  H = f(temperatur dry bulb (T))

11. Wet bulb, 50 °C 65 °C 45 °C 40 °C RH, 100 % RH, 2 % RH, 4 % RH, 80 % 60 °C Kurva Humiditas T T w H H=0,0225

12. Sistem Udara-Air Contoh 1 : Udara dalam ruang pada suhu 26,7°C dan tekanan 101,325 kPa mengandung uap air dengan tekanan parsial p A =2,76kPa. Tentukan H, H S , H p dan H R udara tsb. Pada 26,7°C, p AS = 3,50 kPa

13. Sistem Udara-Air Contoh 2 : Udara masuk pengering pada suhu 60°C (dry bulb) dan suhu dew point 26,7°C. Tentukan H, H p , c S dan v H udara pengering tsb. Pada humidity chart  H = 0,0225 kg H 2 O/kg dry air (dari suhu 26,7°C tarik garis vertikal memotong H p =100%) Tarik garis mendatar sampai memotong T=60°C  H p =14%

14. Suhu Penjenuhan Adiabatis Proses : Udara tak jenuh (T, H) dikontakan secara kontinyu dengan air dengan suhu T S Udara mengalami pendinginan dan terhumidifikasi Suhu liquida mencapai suhu steady-state  suhu penjenuhan adiabatis (T S ). Pada steady-state, udara keluar pendingin dalam keadaan saturasi (T S , H S ). Bila udara pada T dan H (unsaturated) T S < T

15. Suhu Penjenuhan Adiabatis Proses : Inlet gas outlet gas Make up H 2 O

16. Suhu Penjenuhan Adiabatis Asumsi : Heat loss = 0 (adiabatis) Steady-state T(liquid) = T(udara out)=T S Entalpi air make up = 0 (Tref = T S ) Neraca massa proses pendinginan : Entalpi udara masuk = entalpi udara keluar

17. Suhu Penjenuhan Adiabatis Neraca massa H 2 O : Neraca entalpi : L : rate liquida teruapkan dan terbawa aliran udara (=) kg H2O/m2.s G : rate udara kering/ dru air (=) kg H2O/m2.s

18. Suhu Penjenuhan Adiabatis Neraca entalpi : Entalpi humid :

19. Suhu Penjenuhan Adiabatis Neraca entalpi : 

20. Suhu Penjenuhan Adiabatis Neraca entalpi : Sistem udara-air :  Persamaan garis penjenuhan adiabatis   Humidity chart

21. Suhu Bola Basah Asumsi : G >> T & H konstan H 2 O << T W suhu steady-state Make-up water, Udara

22. Suhu Pendinginan Adiabatis Proses : Udara tak jenuh (T, H) dikontakkan dengan sejumlah kecil H 2 O dengan suhu T W Pada steady-state : T = T W Tinjau : Droplet H 2 O dengan suhu T W dalam aliran udara tak jenuh sehingga terjadi :

23. Suhu Pendinginan Adiabatis T W (suhu liquid) > T (dew point) dan p AW > p AS . Evaporasi : liquid berdifusi ke aliran udara, dimana panas latent penguapan menggunakan panas sensibel liquid  suhu liquid menurun Saat T W (< T)  panas mengalir dari gas  liquid Steady-state tercapai : aliran panas gas  liquid = aliran panas liquid  gas : T W konstan = T (wet bulb)

24. Suhu Pendinginan Adiabatis Proses : Panas sensibel  Panas latent evaporasi Udara Proses evaporasi droplet H2O ketika kontak aliran udara ~ peristiwa penjenuhan adiabatis Pada proses pendinginan adiabatis : H relatif konstan karena G>>>, D H <<<

25. Suhu Pendinginan Adiabatis Asumsi : Tidak ada perubahan panas sensibel Tidak terjadi heat loss radiasi&konveksi  adiabatis Neraca panas : Panas proses evaporasi Fluks evaporasi A

26. Suhu Pendinginan Adiabatis Campuran encer (x BM ~1,0) : Hubungan humiditas dengan fraksi mol H 2 O dalam udara Campuran encer :

27. Suhu Pendinginan Adiabatis Rate panas evaporasi : Rate panas konvektif gas  liquid (T  T W ) Steady-state : Koefisien HT

28. Suhu Pendinginan Adiabatis Steady-state : or Persamaan garis pendinginan adiabatis  Ratio psychrometrik Udara-air :

29. Suhu Pendinginan Adiabatis Peristiwa pendingan adiabatis ≈ proses penjenuhan adiabatis Kurva humiditas (Humidity chart) Kondisi referen : P = 1 atm Tref = 0°C 

30. Humidity Chart

31. Pengeringan or Drying ? Dehydration process Dehidrasi adalah proses perpindahan panas dan penghilangan / pengurangan kelembaban secara bersamaan dari padatan (foods or products) Proses penghilangan uap air dari padatan dengan mengeringkan media udara Drying/ Pengeringan adalah unit operasi dimana zat cair dipisahkan dari zat padat selain dengan cara mekanis. Hal ini biasanya membutuhkan panas yang disuplai, mengakibatkan penguapan

32. Pengeringan or Drying ? Separation method of water content of the solid-liquid mixture Pressing Evapora tion Centrifuging Filtra tion Drying/pengeringan

33. Drying? Pengeringan biasanya menggambarkan / menjelaskan proses penghilangan zat volatil ( uap air) secara termal untuk menghasilkan produk padat . Kelembaban / Moisture bisa ada dalam bentuk kombinasi kimiawi, hadir sebagai larutan cair dalam padatan atau bahkan terperangkap dalam mikrostruktur padatan, yang memberikan tekanan uap kurang dari cairan murni, disebut kelembapan terikat / bound moisture . Kelembaban yang melebihi kelembapan terikat disebut kelembapan tidak terikat / unbound moisture

34. Drying? Saat padatan basah mengalami pengeringan termal , dua proses terjadi secara bersamaan , yaitu : Perpindahan energi ( kebanyakan sebagai panas ) dari lingkungan sekitar untuk menguapkan kelembapan permukaan Perpindahan kelembaban internal/internal moisture ke permukaan padatan dan penguapan selanjutnya karena proses 1

35. Pengeringan or Drying ? Drying products are depend on the material feeds and goals of drying process The moisture contents of drying products are varied e.g. : Salt  ± 5% Coal  ± 4% Food  ± 5%

36. Methods of drying

37. Methods of drying

38. Methods of drying Direct Contact Drying

39. Methods of drying Direct Contact Drying

40. Goal of Drying Process : Conservation  food, pharmacy Improving of quality  wood End process  packaging Operating modes : Batch : drying process is determined drying time Continuous/flow : drying process is characterized by residence time

41. Drying Process : Direct heating  drying air - solid Vacuum process  rapid evaporation & low operating temperature Freeze drying  sublimation

42. Drying equipments : Batch : Tray dryer Vacuum self dryer Continuous/flow : Tunnel dryer Conveyor dryer Rotary dryer Drum dryer Spray dryer Vertical continuous-flow grain

43. Tray Dryer Compartment tray dryer : A. Truck carrying trays; B. Fresh-air inlet; C. Air outlet; D. Fan; E. Direction vanes; F. Finned-tube heater

44. Tray Dryer

45. Vacuum shelf dryer Vacuum shelf dryer : A. Steam inlet; B. Condensate-outlet manifold; C. Connections to manifold from shelves; D. shelves

46. Vacuum shelf dryer

47. Tunnel dryer

48. Rotary dryer Rotary dryer : A. Air heater ; B. Stationary hoot ; C. Dryer shell ; D. Seal ring; E. Seal support ; F. Sealing member ; G. Tires ; H. Supporting rolls ; J. Thrust rolls ; K. Drive gear ; L. Motor & speed reducer ; M. Air- discharge hoot ; N. Feed chute ; P. Discharge fan ; Q. flights

49. Rotary dryer

50. Roto-Louvre dryer Roto-Louvre dryer : A. Cylindrical shell; B. flights; C. ribs; D. Hot-air distributing chamber; E. Hot-air inlet; F,G. Rotary seals; H. Product discharge

51. Rotary Drum Dryers (sludge drying, paper making)

52. Turbodryer Vacuum shelf dryer : A. casing; B. Base casting; C. Drive gear; D.rods; E. Metal bands; F. Trays; G. Feed opening; H. Leveler blade; J. Scraper; K. Transfer slots; L. Chute for dried product; M. Discharge conveyor; N. Fan shaft; P. Finned-tube reheaters; Q. Air discharge

53. Spray Dryers

54. Mechanism of drying Faktor yang mengatur laju pengeringan adalah suhu udara , kelembaban , dan kecepatan udara panasnya . Ketika udara panas dihembuskan ke atas solid/ makanan basah , uap air berdifusi melalui lapisan tipis udara yang mengelilingi makanan dan terbawa oleh udara yang bergerak . Gradien tekanan uap air terbentuk dari bagian dalam solid/ makanan yang lembab hingga udara kering . Gradien ini memberikan ' kekuatan pendorong ' untuk menghilangkan air dari makanan .

55. Mechanism of drying Film batas bertindak sebagai penghalang untuk perpindahan panas dan pembuangan uap air selama pengeringan . Ketebalan film ditentukan terutama oleh kecepatan udara ; jika kecepatannya rendah , film batas menjadi lebih tebal dan ini mengurangi koefisien perpindahan panas dan laju pembuangan uap air. Uap air meninggalkan permukaan makanan dan meningkatkan kelembapan udara di sekitarnya , menyebabkan penurunan gradien tekanan uap air dan karenanya ada laju pengeringan . Oleh karena itu , semakin cepat udaranya , semakin tipis lapisan film batasnya dan karenanya semakin cepat pula laju pengeringannya . Jadi ada tiga karakteristik udara yang diperlukan untuk pengeringan yang berhasil saat makanan / produk lembab adalah : a moderately high dry-bulb temperature a low RH a high air velocity

56. Mechanism of drying Movement of moisture during drying

57. Classification of Liquid in Solid Particles

58. Equilibrium Moisture Content Proses pengeringan dapat didekati dari sudut pandang kesetimbangan bersama dengan hubungan laju pengeringan . Pada sebagian besar peralatan pengering, bahan dikeringkan dengan campuran uap air-udara. Variabel penting dalam pengeringan adalah kelembaban udara yang ber kontak dengan zat padat yang ber kadar air. Variabel penting dalam pengeringan bahan adalah kelembaban udara yang bersentuhan dengan padatan dengan kadar air tertentu . Misalkan padatan basah yang mengandung uap air dikontakkan dengan aliran udara yang memiliki kelembaban dan suhu H konstan . Udara berlebih digunakan , sehingga kondisinya tetap konstan . Akhirnya , setelah pemaparan padatan cukup lama untuk mencapai keseimbangan , padatan akan mencapai kadar air tertentu . (EMC) Ini dikenal sebagai kadar air keseimbangan bahan (EMC) di bawah kelembaban dan suhu udara yang ditentukan .

59. Equilibrium Moisture Content Process : Padatan basah yang mengandung uap air bersentuhan dengan aliran udara yang memiliki kelembaban konstan, H dan temperatur, T (udara berlebih digunakan, sehingga kondisinya tetap konstan). Setelah berkontak waktu yang lama, padatan mencapai keseimbangan Padatan akan mencapai kadar air tertentu, yang dikenal sebagai kadar air kesetimbangan bahan di bawah kelembapan yang ditentukan, H dan suhu, T. Kadar air pada padatan biasanya diekspresikan sebagai : kg of H 2 O per kg dry solid (bone-dry) or kg H 2 O/100 kg dry solid

60. Equilibrium Moisture Content Adsorption : Padatan kering dikontakkan dengan aliran udara yang memiliki kelembaban konstan, H dan temperatur, T. Desorp tion : Padatan basah bersentuhan / dikontakkan dengan aliran udara yang memiliki kelembaban konstan , H dan temperatur , T. Untuk perhitungan pengeringan digunakan data kadar air kesetimbangan desorpsi yang nilainya lebih besar Pada H = 0%, kadar air kesetimbangan dari semua padatan adalah nol Terdapat nilai yang berbeda untuk kadar air kesetimbangan diperoleh sesuai dengan apakah sampel basah dibiarkan mengering dengan desorpsi atau sampel kering menyerap kelembaban dengan adsorpsi

61. Equilibrium Moisture Content Relative humidity (%) Equilibrium MC (kg H 2 O)/100 kg ds) desorption a d sorption

62. Equilibrium Moisture Content Jika bahan mengandung lebih banyak uap air daripada nilai kesetimbangannya di kontak dengan gas H dan T tertentu, bahan akan mengering sampai mencapai nilai kesetimbangannya. Kelembaban kesetimbangan sangat bervariasi dengan jenis bahan untuk setiap persen RH tertentu. Padatan tidak berpori cenderung memiliki MC ekuilibrium rendah ( glass wool & kaolin )

63. Equilibrium Moisture Content The biological materials show large value of MC. These materials also show that at high %RH (about 60-80%), the equilibrium MC increase very rapidly with increase RH.

64. Bound and unbound water in solids Jika kadar air kesetimbangan suatu bahan dilanjutkan ke perpotongannya dengan garis kelembaban 100%, kelembaban tersebut disebut air terikat . Jika bahan semacam itu mengandung lebih dari yang ditunjukkan oleh perpotongan dengan garis kelembaban 100%, ia masih dapat mengeluarkan tekanan uap setinggi air biasa pada suhu yang sama . Kelembaban berlebih ini disebut air tidak terikat , dan terutama tertahan di dalam padatan . Zat yang mengandung air terikat sering disebut bahan higroskopis .

65. Bound , Unbound & Free Water Moisture content dalam solid pada relative humidity 100%, air yang terdapat dalam solid disebut bound water Sebagai bound water, air dalam solid akan memberikan tekanan uap lebih rendah dari tekanan uap air pada suhu yang sama (p A <p AS ) Bila solid mengandung air lebih besar EMC pada HR 100%, tekanan uap air dari dalam solid sama dengan tekanan uap air pada suhu yang sama (p A =p AS ) Kelebihan MC diatas bound water disebut unbound water

66. Bound , Unbound & Free MC Bound water/ Air terikat ke mungkin an ada dalam beberapa kondisi: Kelembaban di dinding sel atau serat (mungkin ada padatan terlarut di dalamnya dan memiliki tekanan uap lebih rendah) Air cair dalam kapiler dengan diameter sangat kecil . Air dalam bahan organik alami merupakan kombinasi kimiawi dan fisika-kimiawi Air terikat dalam padatan akan memberikan tekanan uap yang lebih rendah daripada tekanan uap normal Air tidak terikat / Unbound water terutama untuk mengisi ruang kosong yang terdapat pada padatan Free moisture content /Kadar air bebas adalah kadar air di atas kadar air kesetimbangan . Kadar air bebas adalah kelembapan yang dapat dihilangkan dengan mengeringkan di bawah persentase kelembapan relatif yang diberikan

67. Bound, Unbound & Free Water Free MC / MC bebas dalam sampel padat adalah MC yang berada di atas MC kesetimbangan. MC ini dapat dihilangkan dengan proses pengeringan di bawah % RH yang diberikan. E.g. Silk has an EMC 8,5 kg H 2 O/kg dry solid in contact with air of 50% RH at 25 o C. If a sample containt 10 kg H 2 O/kg dry solid, only 1.5 kg H 2 O/kg dry solid can be romoved by drying. Free MC of sample under these drying condition

68. Bound , Unbound & Free Water Equilibrium moisture content of solid at H = 100 % . 100 Bound water : p A < p AS Unbound water : p A = p AS 20 60 40 80 4 8 12 20 16 24 28 Relative humidity (%) Equilibrium water content Kg H 2 O 100 kg dry solid Equil. MC  

69. Bound , Unbound & Free Water

70. Bound , Unbound & Free Water Example : Consider curve (10) for wood This instersects the curve for 100% humidity at about 30 kg H 2 O/100kg d.s. A sample of wood containing less than 30 kg H2O/100kg d.s. contains only bound water If the sample contained 34 kg H 2 O/100kg d.s., 4 kg H 2 O would be unbound water and 30 kg H 2 O/100kg d.s. As bound water

71. Rate of Drying Dalam pengeringan berbagai berbagai pertimbangan proses: Biasanya diinginkan untuk memperkirakan ukuran pengering yang dibutuhkan Kondisi pengoperasian (T, H untuk udara) yang digunakan Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan jumlah pengeringan yang dibutuhkan Equilibrium/ Keseimbangan MC berbagai material tidak dapat diprediksi dan harus ditentukan secara eksperimental Karena pengetahuan tentang mekanisme dasar laju pengeringan tidak lengkap, dalam banyak kasus perlu dilakukan pengukuran eksperimental yang sama untuk laju pengeringan.

72. Schematic Diagram:

73. Tray Dryer Experimental

74. MOISTURE CONTENT VARIABLES BASED ON THE MASS OF MOISTURE RELATIVE TO THE MASS BONE DRY SOLID

75. DRYING RATE CURVES Typical drying curve :

76. A’ A B C D E 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 2 4 6 8 10 12 14 Time, t (h) Free moisture X ( ) Kg H 2 O Kg dry solid Typical drying-rate curve for constant drying conditions :  Plot of data as free moisture versus time    Pada awalnya padatan biasanya berada pada suhu yang lebih dingin dari suhu akhirnya , dan laju penguapan akan meningkat . Akhirnya , pada titik B, suhu permukaan naik ke nilai kesetimbangannya . Atau , jika padatan cukup panas untuk memulai , laju dapat dimulai dari titik A '

77. Rate of Drying and Drying Period Constant rate period – saturated surface with film diffusion Falling rate periode – surface is no longer wetted and moisture from inside the solid must be transfered to the surface

78. Rate of Drying and Drying Period time ( hrs ) A B C D time ( hrs ) Moisture content (kg /kg dry solids) D Drying rate, dW/dt (kg/h) A B C t c t c 1a 1b Typical drying rate curve of for food solids.

79. AB = Menetapkan periode di mana kondisi permukaan padat mencapai kesetimbangan dengan udara pengeringan . BC = Periode laju konstan dimana permukaan padatan tetap jenuh dengan cairan karena pergerakan uap air ke permukaan sama dengan laju penguapan . Dengan demikian kecepatan pengeringan tergantung pada kecepatan perpindahan panas ke permukaan pengeringan dan suhu tetap konstan . C = Critical moisture content dimana laju pengeringan mulai turun dan suhu permukaan naik. CD = Falling rate period dimana laju pengeringan mulai turun dan suhu permukaan naik . Hal ini dipengaruhi oleh pergerakan kelembapan dalam padatan dan membutuhkan waktu . Rate of Drying and Drying Period

80. Drying Rate CONSTANT RATE - NO LIMIT TO MASS TRANSFER IN SOLID PHASE SURFACE MOISTURE TRANSFER NEAR SURFACE FALLING RATE – MOISTURE FLUX THROUGH THE SOLID IS HINDERED CRITICAL POINTS OCCUR BETWEEN CONSTANT RATE AND FALLING RATE WITH A CHANGE IN THE FALLING RATE DRYING MECHANISM

81. Drying Rate Convesion of data to rate of drying curve Total moisture content of solid, Xt : Free moisture content, X : Rate of drying : W : weight of the wet solid in kg total water + dry solid W S : weight of the dry solid X* : equilibrium moisture content

82. Typical drying-rate curve for constant drying conditions : 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 A’ A B C D E Constant Rate Falling Rate X C 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Drying rate R ( ) Kg H 2 O h.m 2 Free moisture, X (kg H 2 O/kg dry solid)  Rate of drying curve as rate versus free moisture

83. Typical Drying Curve

84. Drying processes Drying regimes Warming up Constant rate regime Falling rate regime

85. Calculations for Constant Rate Period using Experimental Drying Curve How long would it take to dry this material from a free moisture content of 0.4 to 0.2 kg W/kg dry solid? Ans: ~3 hours Or could use: free moisture content moisture content at time t equilibrium moisture content

86. Calculations for Constant Rate Period using Experimental Drying Curve Which is close to the 3 hours we had before

87. Calculation for Constant Rate Period using Predicted Heat Transfer Coefficients Selama periode laju konstan , padatan menjadi sangat basah sehingga dapat dianggap sebagai lapisan air. Oleh karena itu , laju penguapan dapat dijelaskan dengan rangkaian persamaan yang sama seperti yang digunakan untuk perhitungan bola basah dan suhu padat adalah wet bulb temperature (Tw)

88. Calculation for Constant Rate Period using Predicted Heat Transfer Coefficients Here λw is the latent heat of vaporization at Tw.

89. Calculation for Constant Rate Period using Predicted Heat Transfer Coefficients

90. Calculation for Constant Rate Period using Predicted Heat Transfer Coefficients Can use either one of these equations to calculate const ant drying rate. The one based on T W and T gives more consistent results.

91. Calculation for Constant Rate Period using Predicted Heat Transfer Coefficients

92. Calculation for Constant Rate Period using Predicted Heat Transfer Coefficients

93. Example 6.1: Prediction of Constant-Rate Drying A wet material is being dried in a rectangular pan 1 m x 1 m in length and 50 mm deep. An air stream flowing at 10 ft/s (3.05 m/s) flows parallel to the surface. You measure a wet buld and dry bulb temperature of 40°C and 70°C respectively. Estimate the constant drying rate.

94. Effect of Process Variables on Drying Rate in Constan-rate Period

95. Calculations for Falling Rate Period using Experimental Drying Curve   =drying rate in kg H 2 O/h m 2            1. Rete is a linear function of X :

96. Calculations for Falling Rate Period using Experimental Drying Curve        

97. Calculations for Falling Rate Period using Experimental Drying Curve       and 2. Rete is a linear function through origin :       and

98. Beberapa komentar tentang perpindahan panas radiasi Penurunan sebelumnya semua didasarkan pada perpindahan panas konvektif saja . Radiasi dan perpindahan panas konduktif tidak dipertimbangkan Buku ini mendapatkan persamaan untuk permukaan atas yang memancar ke nampan … ini tidak menarik atau sangat relevan secara industri karena pemanasan radiasi dari peralatan jenis lampu jarang digunakan dan baki di bawahnya tidak melihat radiasi . Radiasi dari gas atau debu dalam gas pengering mungkin penting , tetapi biasanya hanya pada suhu yang tinggi . Dalam kasus tersebut , Anda dapat menemukan hubungan yang berkaitan dengan radiasi gas + radiasi debu dan kemudian mengembangkan koefisien perpindahan panas radiasi ( hR ) sebagai berikut : Where ε is the emissivity and σ the Stefan-Boltzmann constant (5.6 x 10 -8 W/m 2 K)  h T = h c +h R

99. DRYING Pengeringan dengan Pengaruh Konveksi, Radiasi dan Konduksi

100. Pengeringan dengan Pengaruh Konveksi, Radiasi dan Konduksi Pengeringan umumnya dilakukan dalam peralatan pengering tertutup, sehingga dinding pengering yang suhunya relatif tinggi dapat memancarkan panas radiasi dalam ruang pengering Kecepatan pengeringan menjadi lebih cepat oleh pertambahan perpindahan panas selain konveksi dari udara pengering gas T, H, y gas T, H, y q K Cond. heat nondrying surface drying surface (y S , T S , H S ) q C Conv. heat q R, Radiant heat N A hot radiating surface , T R metal Solid being dried z M z S Heat and mass transfer in drying a solid from the top surface

101. Pengeringan dengan Pengaruh Konveksi, Radiasi dan Konduksi Perpindahan panas total pada drying surface : Perpindahan panas konvektif : Perpindahan panas rediatif : Perpindahan panas gabungan konvektif dan konduktif dari bagian bawah tray :             Dimana koefisien perpindahan panas radiatif dinyatakan : Dimana koefisien perpindahan panas gabungan :

102. Pengeringan dengan Pengaruh Konveksi, Radiasi dan Konduksi Perpindahan massa evaporasi moisture : Perpindahan panas evaporatif : Laju pengeringan constant rate dapat dinyatakan : Untuk menentukan R C , maka T S harus dapat diestimasi dengan persamaan (Trial and Error) :          

103. Pengeringan dengan Pengaruh Konveksi, Radiasi dan Konduksi

104. Pengeringan dengan Pengaruh Konveksi, Radiasi dan Konduksi

105. Pengeringan dengan Pengaruh Konveksi, Radiasi dan Konduksi

106. Pengeringan dengan Pengaruh Konveksi, Radiasi dan Konduksi

107. Pengeringan dengan Pengaruh Konveksi, Radiasi dan Konduksi

108. Drying in Falling Rate Period by Diffusion When liquid diffusion of moisture controls the rate of drying in the falling-rate period, the equation for diffusion can be used.

109. Drying in Falling Rate Period by Diffusion The rate of input and output moisture, X in (kg H 2 O/kg d.s)/s The moisture balance in element volume volume ( D x D y D z) m 3

110. Drying in Falling Rate Period by Diffusion The rate of accumulation of moisture in the element volume ( D x D y D z) m 3 : Mointure balance for D x approach zero : D L is the liquid diffusion coefficient in solid, m 2 /h and x is distance in the solid, m

111. Drying in Falling Rate Period by Diffusion In the falling-rate period, the surface of the solid being dried is no longer completely wetted, and the rate of drying steadily falls with time. In many case, the rate of moisture movement in the falling-rate period is governed by the rate of internal movement of the liquid by liquid diffusion or by capillary movement

112. Drying in Falling Rate Period by Diffusion Diffusion is often characteristic of relatively slow drying in nongranular material such as soap, gelatin and glue or in the later stages of drying of bound water in clay, wood, textiles, leather, paper, foods, starches and other hydrophilic solid By assuming that the moisture content at the surface is at the equilibrium, X* and the initial moisture distribution is uniform at t=0, then by integration of diffusion equation we obtain :

113. Drying in Falling Rate Period by Diffusion For long drying times (t ), the equation can be simplified : D L is rarely constant and it varies with moisture content, temeprature and humidity and time of drying 

114. Drying in Falling Rate Period by Diffusion If the diffusion mechanism starts at X 1 =X C , then the rate of drying can be obtained by differentiating the equation : Rate of drying becomes : Relatively constant 

115. Capillary Movement of Moisture in the Solid Water in the pores of solid material can flow by capillary action rather than by diffusion if the pore sizes of solid are suitable As water is evaporated, capillary forces are set up by the internal tension between the water and solid. This forces provide the driving forve for moving the water through the pores to the surface of solid Using a modified form of Poiseuille’s equation for laminar flow by capillary action, we find that the rate of drying R will vary linearly with free moisture content, X.

116. Capillary Movement of Moisture in the Solid The defining equation for the rate of drying is If the R varies linearly with X and time of drying :  S is solid density (kg d.s/m 3 ), then : L S =x 1 A  S

117. Comparison of Liquid Diffusion and Capillary Flow Plot of equation for falling-rate period : (A) for moisture movement by diffusion and (B) for moisture movement by capillary flow ( from R.H. Perry and C.H. Chilton, Chemical Engineers Handbook, 5th ed, McGraw Hill Book company )

118. Typical drying-rate curve (in afine porous solid): Free moisture, X Drying rate, R Free moisture, X Drying rate, R Diffusion controlled falling rate period Capillary controlled falling rate period

119. Drying in Packed Bed

120. Through Circulation Drying in Packed Bed Gas pengering mengalir ke atas atau ke bawah melalui lapisan padatan butiran basah Baik periode dengan laju konstan & periode pengeringan dengan laju penurunan dapat terjadi Padatan butiran disusun di atas layar sehingga gas melewati rongga di antara partikel padat

121. Design equation  Consider : - A bed of uniform cross-section area A m 2 . Gas flow rate of G kg d.a/h.m 2 . A humidity of drying air enter to the bed of H 1 .

122. Design equation Material balance in the volume elemen t, dz : The amount of water removed from the bed by drying air = the rate of drying at this time As s um e : N o heat loss (adiabatic process) Drying will be for unbound moisture in the wet granular solid A bed of uniform cross-sectional area A m 2

123. Design equation Mass balance : (1) Where :

124. Design equation Drying process at the surface of solid : Drying air Solid

125. Design equation Heat balance at the elemen t dz : Heat transfer G  L temperature drop on the bed convective heat transfer through a gas film   heat lost result temperature drops of drying air

126. Design equation By Integra tion : BC : T 2 & T 1 correlated by : (2) (3)

127. Design equation The average t emperature drop at surface of solid (T-T W ) along the bed : Substit ution (2) & (3) ke (4) : (4) (5)

128. Design equation Where : H : heat transfer coefficient, W/m 2 .K G : rate of drying air, kg dry air/ h .m 2 C s : humid heat of drying air, J/kg.K a : specific area of particle in bed, m -1  (6)

129. Design equation A ir flowing parallel to the surface : Drying time for constant rate period : Specific weight of solid : (8) (7)

130. Design equation Substitu tion (5) to (8), drying time for constant rate period : where bed thickness :

131. Design equation By the same approach , falling rate period : Untuk R linier terhadap X : dari definisi :

132. H eat transfer coefficient Predi cting of the heat transfer coefficient for drying process (adiabatis evaporation or no heat loss)

133. Heat transfer coefficient Predi cting of the heat transfer coefficient for drying process (adiabatis evaporation or no heat loss) G t : total mass flow rate (=) kg/ h .m 2 or lb/h.ft 2 D p : equivalent diameter of parti cle (=) m or ft

134. Particle Geometr y Equivalent d iameter is used to calculate N Re For cylindrical particle : 

135. Particle Geometr y Equation of drying in fixed bed is also applicable for fine particle in the conditions : D p = 3 – 19 mm & x 1 = 10 – 65 mm Fine particle : D p = 10 – 200 mesh (1,66 – 0,079 mm) & x 1  11 mm Specific area (a) varies with moisture content  heat transfer coefficient, h and specific area, a predicted by empirical correlation

136. Tray Drying with Var y i ng Air Conditions

137. Tray Drying with Var y i ng Air Conditions Tray dryer  air flowing // to the s urface When air flow is limited, the change of air conditions can not be ignored T 1 H 1 T 2 H 2 b dq T H T+dT H+dH x 1 dL x 1

138. Tray Drying with Var y i ng Air Conditions Heat balance at elemen dL : Heat loss by dT = heat transfer to the solid by convective

139. Tray Drying with Var y i ng Air Conditions Integra tion the heat balance equation : 0  L Varia tion of temperature on tray :

140. Tray Drying with Var y i ng Air Conditions Temperature difference of air-solid (T-T W ) varies :

141. Tray Drying with Var y i ng Air Conditions Drying time for constant rate period : F alling rate period :

142. Continuous Dryers

143. Continuous Countercurrent Drying Dimensi alat kecil Kapasitas besar Operasi kontinyu Kualitas produk pengeringan seragam Pengeringan secara kontinyu memiliki keunggulan / keuntungan :

144. Continuous Countercurrent Drying Neraca massa air : Q Udara Solid Dryer

145. Continuous Countercurrent Drying Neraca energi : Asumsi : Enthalpi wet solid = enthalpi DS + enthalpi MC Panas pembasahan (wetting) diabaikan dan T ref = 0 o C = T Enthalpi udara : 

146. Continuous Countercurrent Drying Neraca energi pada dryer : Heat loss diabaikan ( proses adiabatis, Q=0 ) :

147. Continuous Countercurrent Drying Dryer dengan sirkulasi udara pengering Udara Solid Dryer (1) (6) (3) (4) (2) (5) Q

148. Continuous Countercurrent Drying Neraca MC pada heater : Neraca massa MC pada dryer 

149. Profil Suhu dalam Continuous Dryer Temperature Preheat zone Zone I Constant rate Zone II Falling rate T G2 , H 2 T S2 , X 2 T GC , H C T G1 , H 1 T S1 , X C T S1 , X 1 T S (solid) Distance through dryer

150. Continuous Countercurrent Drying Unbound MC dan surface MC terevaporasi Temperatur solid konstan pada T S ( temperatur saturasi adiabatis, bila heat transfer secara konveksi ) Solid mengalami pengeringan : X 1  X C Udara pengering mengalami perubahan : H C  H 1 Zone I (rate konstan) :

151. Continuous Countercurrent Drying Waktu pengeringan pada rate kosntan : Drying rate :

152. Continuous Countercurrent Drying Pengeringan secara adiabatis  T W or H W konstan : Or

153. Continuous Countercurrent Drying Beda humiditas rata-rata pada zone rate konstan, : H C dievaluasi dari neraca massa pada zone II :

154. Continuous Countercurrent Drying Unsaturated surface dan bound MC terevaporasi Solid mengalami pengeringan : X C  X 2 Udara pengering mengalami perubahan : H 2  H C Zone II (rate falling) :

155. Continuous Countercurrent Drying Waktu pengeringan pada zone falling rate : (*) Rate drying : Asumsi rate drying linier dengan X :