Risvan Kuswurj

POTENSI APLIKASI DI PABRIK GULA

Ultrafiltrasi membran

Setelah diketahui karakteristik filtrasi membran dari informasi baik dari dalam maupun luar negeri serta kondisi umum pabrik gula dalam negeri maka dapat dikemukakan potensi aplikasi filtrasi mem­bran untuk pabrik gula. Seperti diketahui bersama bahwa sebagian besar proses pemurnian nira di PG menggunakan proses sulfitasi . Nira jernih hasil pemurnian mutunya masih rendah, turbiditas yang dicapai masih berkisar 70-150 ppm, kandungan polisakaridanya juga tinggi dan warnanya gelap, biasanya lebih tinggi dari 10 000 IU. Dengan kondisi bahan olah (nira jernih) yang demikian sulit diha­rapkan untuk menghasilkan gula dengan mutu yang baik. Di samping itu dengan mutu nira jernih yang jelek pabrik belakang akan mengalami kesulitan, masakan menjadi viskos akibatnya kristalisasi berjalan lambat dan menimbulkan kesulitan pada proses sentrifugal. Akhirnya kehilangan gula dalam tetes meningkat atau recovery gula menurun. Kerugian yang ditimbulkan besar, baik karena mutu produk yang rendah sehingga harga jualnya rendah maupun karena jumlah gula yang dihasilkan lebih sedikit. Aplikasi filtrasi membran berpeluang untuk memperbaiki mutu nira jernih.

Ultrafiltrasi nira jernih

Macam pengotor dalam nira jernih antara lain partikel melayang (suspended solid), makromolekul seperti protein dan berbagai polisakarida yang larut dalam nira jernih. Ultrafiltrasi lebih sesuai digunakan untuk filtrasi nira jernih karena di samping dapat menyingkirkan partikel melayang juga dapat memisahkan makromolekul yang terdapat dalam nira jernih. Hasil penelitian ultrafiltrasi nira jernih (Kwok, 1996; Steindl and Doyle,1999) menunjukkan bahwa UF dapat menekan warna permeate sekitar 10-15 %, sehingga setelah diuapkan menghasilkan nira kental dengan warna 40 % lebih rendah dan setelah dikristalkan warna raw sugar 44 % lebih rendah dari blangko atau sekitar 500 IU.

Sedangkan Saska (1997) melaporkan keuntungan menggunakan filtrasi membran pada skala pilot:

• Mengurangi viskositas masakan dan meningkat­kan efisiensi pemutaran

• Melancarkan koefisien perpindahan panas dan masa di pan penguapan dan pan masak

• Menekan lama masak sebesar 20-30 % untuk masakan A

• Mengurangi warna gula produk sampai dengan 60 %.

Hasil pengamatan pada skala komersial di PG Punene, Hawai (Kwok, 1996) selama 3 musim giling menunjukkan bahwa gabungan antara ultrafiltrasi nira jernih dan penukar ion untuk meminimalkan Ca++ dan Mg++ dapat :

• Meningkatkan mutu gula produk

• Meningkatkan recovery gula

• Menekan penggunaan bahan kimia untuk pem­bersihan kerak di evaporator

• Menghemat pemakaian uap

Sistem UF terdiri atas membran keramik de­ngan luas permukaan 960 m2, ukuran pori 0,02 mm dengan kapasitas 300 m3/jam nira jernih. Fluks yang dicapai sangat tinggi 260-280 L/m2/j. Sedangkan kolom penukar ion ada 2 kolom berisi resin penukar kation kuat dan didesain untuk menyingkirkan sedikitnya 80 % hardness.

Dari informasi yang telah disampaikan baik hasil penelitian skala pilot maupun dari pengamatan pada skala komersial semuanya menunjukkan bah­wa aplikasi filtrasi membran (UF) berdampak positip terhadap peningkatan mutu dan recovery gula. Sekarang bagaimana implikasinya terhadap industri gula nasional?  Rasanya perlu kajian ekonomis yang mendalam terhadap teknologi baru tersebut. Di samping itu secara teknis masih ada masalah yaitu bagaimana memperlakukan retentate yang masih banyak mengandung gula.

Ultrafiltrasi nira mentah

Penelitian filtrasi membran untuk industri gula tebu kebanyakan difokuskan pada filtrasi nira jernih, sedikit sekali penelitian tentang aplikasi membran pada bahan lain, misalnya nira mentah. Padahal apabila filtrasi membran untuk nira mentah berhasil secara teknis dan ekonomis maka akan terjadi per­ombakan besar dalam proses pembuatan gula di PG.

Galt, dkk. (1995) melaporkan hasil pengembangan mikrofiltrasi untuk memurnikan nira mentah beet tanpa liming pada skala pilot. Kehilangan gula rendah, < 0,06 % beet, walaupun nira mentah mengandung 0,1 % dekstran. Pembersihan mem­bran diperlukan hanya 1-2 kali setiap bulan. Hanya perlu diingat bahwa percobaan tersebut dilakukan untuk nira mentah beet yang tentu saja karakternya berbeda dengan nira mentah tebu.

Penelitian filtrasi membran pada umumnya menggunakan membran keramik yang harganya mahal,. Penggunaan membran polimer lebih murah namun tidak tahan suhu tinggi (100°C) yang biasa dioperasikan di PG. Pada akhir-akhir ini tersedia tipe tertentu membran polimer yang tahan terhadap suhu tinggi yang memungkinkan aplikasinya di pabrik gula. Untuk itu  telah diadakan uji coba filtrasi membran skala pilot untuk nira mentah di pabrik gula.

Pengoperasian selama ujicoba dilakukan secara kontinyu dan dikendalikan secara otomatis. Nira mentah pada suhu 85 oC dialirkan ke dalam sistem setelah terlebih dahulu disaring melalui screen wedge type untuk menyingkirkan bagasilo dan partikel lain. Spesifikasi screen seperti disajikan pada Tabel 2, sedangkan spesifikasi membran disajikan pada Tabel 3.

Tabel 2. Screen untuk memisahkan bagasilo dan partikel lain



Tabel 3. Spesifikasi membran untuk ultrafiltrasi

Fluks UF nira mentah

Fluks adalah kecepatan proses UF, dinyatakan dalam L/m2/jam permeate. Merupakan besaran yang penting dalam proses UF membran yang menentukan kelayakan teknis/ekonomis. Pada ujicoba yang dilaporkan ini fluks yang dicapai di­sajikan pada Tabel 4. Semakin tinggi VCR semakin banyak permeate yang dihasilkan, namun akibatnya fluks yang dicapai menurun dan membran harus sering dicuci untuk mempertahankan kondisi operasi tersebut. Pada proses UF membran yang telah komersial biasanya VCR diatur pada nilai 10 X. Pada kondisi tersebut untuk proses UF nira jernih fluks yang dicapai berkisar 200-250 L/m2/jam, nilai ini jauh lebih tinggi dari fluks yang dicapai pada UF untuk nira mentah (70-100 L/m2/jam).

Tabel 4. Fluks dicapai pada ujicoba UF membran

Karakteristik permeate

Permeate yang dihasilkan dari UF nira mentah secara visual sangat jernih dan warnanya lebih ringan dibandingkan dengan nira jernih dari hasil pemurnian secara konvensional. Kadar partikel tersuspensi dari nira jernih dan permeate turun berturut-turut sebesar 87 % dan 99 % dibandingkan dengan nira mentah. Berarti bahwa permeate lebih jernih dibanding nira jernih. Warna nira jernih dan permeate turun berturut-turut sebesar 15 % dan 37 % dibanding nira mentah. Proses UF dapat menghilangkan zat warna dalam nira mentah lebih banyak dibanding dengan proses sulfitasi. Zat warna dalam nira mentah kemungkinan sebagian terdiri dari senyawa dengan BM (berat molekul) tinggi, sehingga terpisah oleh proses UF tetapi tidak terendapkan pada proses sulfitasi.

Kadar nitrogen total nira jernih dan permeate turun berturut-turut sebesar 14% dan 25 % dari kadar nitrogen asal dalam nira mentah. Kadar nitrogen berkaitan dengan kadar protein (makro molekul). Pada proses UF dengan MWCO = 30.000-50.000 hanya sebagian protein saja yang dipisahkan dari nira jernih maupun permeate.

Kadar dekstran nira jernih dan permeate turun berturut-turut sebesar 6 % dan 40 % dari kadar dekstran dalam nira mentah. Perbedaan penurunan kadar dekstran cukup besar sehingga diharapkan sifat alir nira kental yang dihasilkan lebih baik. Adanya suspended solid, kadar nitrogen dan kadar dekstran yang lebih rendah menyebabkan viskositas permeate lebih rendah dan tentunya juga untuk nira kentalnya.

Sudah banyak artikel yang mengusulkan aplikasi teknologi filtrasi membran untuk prosesing di PG. Setelah mempelajari hasil penelitian dan informasi lain, aplikasi yang diusulkan antara lain adalah :

• Mengganti atau melengkapi proses pemurnian nira konvensional

• Memproduksi raw sugar dengan warna yang rendah atau gula rafinasi (back end)

• Memurnikan nira mentah untuk memproduksi gula untuk konsumsi langsung

• Memproduksi sirup invert langsung dari nira tebu

Faktor kritis yang diperlukan untuk menilai kelayakan ekonomis suatu instalasi membran adalah kestabilan fluks, frekuensi pencucian membran dan umur pakai membran. Fluks yang tinggi akan mengurangi jumlah luasan membran per satuan input yang diolah. Frekuensi pencucian akan menentukan biaya operasional (bahan kimia dan tenaga). Sedangkan umur pakai membran menentukan besarnya biaya investasi.

DAFTAR PUSTAKA

Brock, D. (1983). Membrane filtration, a user’s guide and reference manual. Science Tech, Inc. Madison, Wisconsin.

Eringis, A. and Jaferey, I. (2001). Technical and economic benefits of membrane

filtration in cane sugar processing. Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technol., 24: 151-

152

Fechter, W.L., Kitching, S.M., Rajh, M., Reimann, R.H., Ahmed, F.E., Jensen, C.R.C.,

Schorn, P.M and Walthew, D.C. (2001). Direct prodution of white sugar and

whitestrap molasses by applying membrane and ion exchange technology in a cane

sugar mill. Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technol., 24 : 100-107.

Galt, S., McReynolds, K. B. and Moonchild, J. P. (1994). The beet sugar plant of the future. Proc. SPRI workshop on product of sugar beet and sugar cane. New Orleans, USA, 179-188.

Herve, D., Lancrenon, X and Rousset, F. (1995). Sugar Y Azucar , 90 (5), 40-45.

Kearney, M (1997). The amalgamated beet/cane raw juice chromatographic separator.

Sugar y Azucar, 92 : 38-43.

Kearney, M. and Kochergin, V. (2001). Chromatographic application in the cane sugar

industry. Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technol., 24: 11-15.

Kochergin, V. , Kearney, M. ,Jacob, W. , Velasquez, L. , Alvarez, J. , and Smith, B.

(2000). Chromatographic desugarization of syrups in cane mills. Int. Sugar Jnl.

vol. 102, no. 1223, 568-578.

Kwok, R. J. (1996). Ultrafiltration/softening process for the production of super vlc raw sugar, 55 th Annual Sugar Ind Technol. Conference, Durban, 161-173.

Paananen, H. A. (1997). Trends in the chromatographic separation of molasses.

Zuckerindustrie, 122, no. 1, 28-33.

Paananen, H. and Kuisma, J. (2000). Chromatographic separation of molasses

components.Zuckerindustrie 125, no 12, 978-981.

Rearick, D. E. and Kearney, M (1995). Removal of nonsugars from cane molasses by

ion-exclusion chromatography. Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technol., 22: 167-

171.

Rearick, D. E. , Costesso, D. D. and Kearney, M. M. (1999). Chromatography in

sucrose recovery and purification. Int. Sugar Jnl. vol. 101, no. 1208, 423-427.

Rushton, A; Ward, A.S. and Holdich, R.G. (1996). Solid-liquid filtration and separation technology, VCH Publishers Inc. New York, NY (USA).

Saska, M. (1997). Sugarcane Research : Annual Progress Reports, Agriculture Centre, Louisiana State University

Schoenrock, K. (1997). Performance limits in industrial chromatographic separation

processes. Zuckerindustrie, 122, no. 1, 22-17

Steindl, R.J. and Doyle, C.D. (1999). Application and benefits of membrane filtration for

the Australian sugar industry. 21 st Conference of ASSCT.?

Steindl, R.J. (2001). Membrane filtration technology in the cane sugar industry. Proc.

Inte. Soc. Sugar Cane Technol., 24: 3-10.

2 Responses to “APLIKASI TEKNOLOGI FILTRASI MEMBRAN UNTUK INDUSTRI GULA part Three”