SPRAY DRIER

Pengeringan adalah penghidratan, yang berarti menghilangkan air dari suatu bahan. Tujuannya untuk menurunkan kadar air bahan sehingga bahan menjadi lebih awet, mengecilkan volume bahan sehingga memudahkan dan menghemat biaya pengangkutan, pengemasan dan penyimpanan. Oleh karena itu, teknik pengeringan sangat penting dalam produksi sediaan farmasi untuk menjaga mutu sediaan. Ada dua metode pengeringan, yaitu pengeringan alami dan pengeringan buatan. Pemilihan metode pengeringan didasarkan pada kualitas hasil akhir yang diinginkan, sifat bahan dasar dan biaya.

Salah satu cara dalam pengeringan buatan adalah pengeringan dengan menggunakan alat spray dryer. Spray dryer adalah unit peralatan untuk memproduksi tepung atau bubuk dari bahan cair yang disemprotkan (hingga membentuk partikel halus) ke dalam ruang yang telah dialiri udara panas. Spray dryer merupakan perlatan non standar, karena itu haus dirancang sesuai sifat fisika, sifat kimia, kapasitas output, dan persyaratan lainnya, artinya makin lengkap data yang diketahui maka makin optimum perencanaan peralatan dimaksud. Bahan yang digunakan dalam pengeringan spry drying dapat berupa suspensi, dispersi maupun emulsi. Sementara produk akhir yang dihasilkan dapat berupa bubuk, granula maupun aglomerat. Susu maupun kopi bubuk merupakan produk yang menggunakan proses pengeringan metode spray drying.

Prinsip dasar Spray drying adalah memperluas permukaan cairan yang akan dikeringkan dengan cara pembentukan droplet yang selanjutnya dikontakkan dengan udara pengering yang panas. Udara panas akan memberikan energi untuk proses penguapan dan menyerap uap air yang keluar dari bahan. Spray dryer menyemprotkan cairan melalui atomizer. Cairan tersebut akan dilewatkan ke dalam aliran gas panas dalam sebuah tabung. Akibatnya, air dalam tetesan bisa menguap dengan cepat dan yang tertinggal hanyalah serbuk atau bubuk yang kering. Langkah selanjutnya adalah memisahkan serbuk dari udara yang mengangkutnya. Pemisahan ini dilakukan oleh separator atau kolektor serbuk.

Secara umum proses pengeringan dengan metode spray drying melalui 5 tahap :

1.       Penentuan konsentrasi

Konsentrasi bahan yang akan dikeringkan harus tepat, kandungan bahan terlarut 30% hingga 50%. Jika bahan yang digunakan sangat encer dengan total padatan terlarut yang sangat rendah maka harus dilakukan pemekatan terlebih dahulu melalui proses evaporasi. Jika kadar air bahan yang akan dikeringkan terlalu tinggi maka proses spray drying kurang maksimal dimana bubuk yang dihasilkan masih mengandung kadar air yang tinggi. Selin itu juga menyebabkan kebutuhn energi yang tinggi dalam proses pengeringan.

Perbandingan konsumsi energy yang akan dibutuhkan sesuai dengan Total Solid (konsentrasi) feed (bahan) yang masuk ke dalam spray drying:

-       10 % = 23.650 kJ/kg powder                 - 40% = 3.970 kJ/kg Powder

-       20% = 10.460 kJ/kg powder                  – 50% = 2.680 kJ/kg powder

-       30% = 6.170 kJ/kg powder

2.       Atomization

Bahan yang akan dimasukkan dalam alat spray drier harus dihomogenisasikan terlebih dahulu agar ukuran droplet yang dihasilkan seragam dan tidak terjadi penyumbatan atomizer. Homogenisasi dilakukan dengan cara pengadukan. selanjutnya bahan dialirkan kedalam atomizer berupa ring/wheel dengan lubang-lubang kecil yang berputar. Atomization merupakan proses pembentukan droplet, dimana bahan cair yang akan dikeringkan dirubah ukurannya menjadi partikel (droplet) yang lebih halus. Tujuan dari atomizer ini adalah untuk memperluas permukaan sehingga pengeringan dapat terjadi lebih cepat. Pada Industri makanan, luas permukaan droplet setelah melalui atomizer adalah mencapai 1-400 mikrometer.

3.       Kontak droplet dengan udara pengering

Pada sebagian besar spray dryer, nozzle (atomizer) tersusun melingkar. Dan pada tengahnya disemprotkan udara panas bertekanan tinggi dengan suhu mencapai 300 0C. Udara panas dan droplet hasil atomisasi disemprotkan ke bawah. Kondisi ini menyebabkan terjadinya kontak antara droplet dengan udara panas sehingga terjadi pengeringan secara simultan.

4.       Pengeringan droplet

Adanya kontak broplet dengan udara panas menyebabkan evaporasi kadungan air pada droplet hingga 95% sehingga dihasilkan bubuk. Bubuk yang telah kering jatuh ke bawah drying chamber (ruang pengering) yang berukuran tinggi sekitar 25 m dan diameter 5 m. dari atas chamber hingga mencapai dasar hanya memerlukan waktu selama beberapa detik.

5.       Separasi

Udara hasil pengeringan dipisahkan dengan pengambilan udara yang mengandung  serpihan serbuk dalam chamber, selanjutnya udara akan memasuki separator. Udara hasil pengeringan dan serpihan serbuk  dipisahkan dengan menggunakan gaya sentrifulgal. Selanjutnya udara dibuang, dan serpihan bahan dikembalikan dengan cara di blow sehingga  bergabung lagi dengan produk dalam line proses.

Instrumen Spray Dryer

• Atomizer

Atomizer  merupakan bagian terpenting pada spray drier dimana memiliki fungsi untuk menghasilkan droplet dari cairan yang akan dikeringkan. Droplet yang terbentuk akan didistribusikan (disemprotkan) secara merata pada alat pengering agar terjadi kontak dengan udara panas. Ukuran droplet yang dihasilkan tidak boleh terlalu besar karena proses pengeringan tidak akan berjalan dengan baik. Disamping itu ukuran droplet juga tidak boleh terlalu kecil karena menyebabkan terjadinya over heating.

• Chamber

Chamber  merupakan ruang dimana terjadi kontak antara droplet

cairan yang dihasilkan oleh atomizer dengan udara panas untuk pengeringan. Kontak udara panas dengan droplet akan menghasilkan bahan kering dalam bentuk bubuk. Bubuk yang terbentuk akan turun ke bagian bawah chamber dan akan dialirkan dalam bak penampung.

• Heater

Heater berfungsi sebagai pemanas udara yang akan digunakan sebagai pengering. Panas yang diberikan harus diatur sesuai dengan karakteristik bahan, ukuran droplet yang dihasilkan dan jumlah droplet. Suhu udara pengering yang digunakan diatur agar tidak terjadi over heating.

• Cyclone

Cyclone berfungsi sebagai bak penampung hasil proses pengeringan. Bubuk yang dihasilkan akan dipompa menuju Cyclone.

• Bag Filter

Bag Filter  berfungsi untuk menyaring atau memisahkan udara setelah digunakan pengeringan dengan bubuk yang terbawa setelah proses.

Faktor yang perlu mendapat perhatian dalam sistem Spray Dryer adalah ruang pengeringan yang umumnya berbentuk siklon, yakni hendaklah memilih material siklon yang tepat, kehalusan permukaan dinding bagian dalam siklon yang memenuhi syarat termasuk dimensi dan sebagainya, sehingga tidak menghambat kelangsungan proses pengeringan seperti bahan dapat mengalir turun tanpa hambatan, waktu pengeringan yang cukup, separasi udara dengan bahan dapat berlangsung secara sempurna, dan sebagainya.

Parameter kritis spray drying

1. Suhu pengering yang masuk : Semakin tinggi suhu udara yang digunakan untuk pengeringan maka proses penguapan air pada bahan akan semakin cepat, namun suhu yang tinggi memungkinkan terjadinya kerusakan secara fisik maupun kimia pada bahan yang tidak tahan panas.
2. Suhu pengering yang keluar : Suhu pengering yang keluar mengontrol kadar air bahan  hasil pengeringan (bubuk) yang terbentuk.
3. Viskositas bahan (larutan) yang masuk : Viskositas bahan yang akan dikeringkan mempengaruhi partikel yang keluar melalui nozel. Viskositas yang rendah menyebabkan kurangnya energi dan tekanan dalam menghasilkan partikel pada atomization.
4. Jumlah padatan terlarut : Jumlah padatan terlarut pada bahan yang masuk diatas 30% agar ukuran partikel yang terbentuk tepat.
5. Tegangan permukaan : Tegangan permukaan yang tinggi dapat menghambat proses pengeringan, umumnya untuk menurunkan tegangan permukaan dilakukan penambahan emulsifier. Emulsifier juga dapat menyebabkan ukuran partikel yang keluar dari nozzle lebih kecil sehingga mempercepat proses pengeringan.
6. Suhu bahan yang masuk : Peningkatan suhu bahan yang akan dikeringkan sebelum memasuki alat akan membawa energi sehingga proses pengeringan akan lebih cepat.
7. Tingkat volatilitas bahan pelarut : bahan pelarut dengan tingkat volatilitas yang tinggi dapat mempercepat proses pengeringan. Namun dalam prakteknya air menjadi pelarrut utama dalam bahan pangan yang dikeringkan.
8. Bahan dasar nozzle umumnya terbuat dari stainless steel karena tahan karat sehingga aman dalam proses penggunaannya.

Kelebihan sistem Spray drying

• Kapasitas pengeringan besar dan proses pengeringan terjadi dalam waktu yang sangat cepat. Kapasitas pengeringan mencapai 100 ton/jam.
• Tidak terjadi kehilangan senyawa volatile dalam jumlah besar (aroma)
• Cocok untuk produk yang tidak tahan pemanasan (tinggi protein)
• Memproduksi partikel kering dengan ukuran, bentuk, dan kandungan air serta sifat-sifat lain yang dapat dikontrol sesuai yang diinginkan
• Mempunyai kapasitas produksi yang besar dan merupakan system kontinyu yang dapat dikontrol secara manual maupun otomatis

Kekurangan sistem Spray Drying

• Memerlukan biaya yang cukup tinggi
• Hanya dapat digunakan pada produk cair dengan tingkat kekentalan tertentu
• Tidak dapat diaplikasikan pada produk yang memiliki sifat lengket karena akan menyebabkan penggumpalan dan penempelan pada permukaan alat