Pp 4 percobaan pilot plant

Percobaan Pilot Plant

Pilot Plant

• Pilot plant adalah suatu sistempemprosesan dalam skala kecil yang dioperasikan untuk menghasilkan informasimengenai perilaku sistem yang digunakandalam perancangan fasilitas-fasilitas skalabesar.

• Pilot plant digunakan untuk mengurangi resikoterkait dengan konstruksi dari proses skalabesar.

• Tahap pilot plant merupakan tahap pertengahan penelitian atau pembuatan produk sebelum masuk ke dalam produksi lebih besar.

• Tahap pilot plant ini merupakan jembatan yang dapat membantu produksi skala besar karena skala produksi besar terlalu sulit dilakukan apabila mendesain proses mulai dari skala laboratorium.

• Tahap pilot plant dapat mengevaluasi hasil dari laboratorium dalam pembuatan produk, mengkoreksi dan mengembangkan proses.

• Dapat menyediakan informasi yang digunakan untuk mengambil keputusan dalam pengembangan proses skala besar.

Keuntungan

• Lebih murah untuk dibangun dibandingproses skala besar.

• Menyediakan data yang berharga untukperancangan pabrik skala penuh. Data ilmiahmisalnya tentang reaksi-reaksi, kebutuhan bahan baku, kebutuhan utilitas, kualitas produk, dll.

• Di dalam industri pangan skala besar terdapat beberapa unit operasi yang saling terkait satu sama lain. Misal : proses evaporasi terkait dengan proses pindah panas, proses pengeringan terkait dengan laju pengeringan

• Untuk mendapatkan produk yang sesuai dalam proses pembuatan pabrik pangan, perlu dilakukan tahapan sebagai berikut:

• Skala Lab Skala Ganda Pilot Plant Skala Besar/Pabrik

• Pada skala laboratrium dilakukan percobaan dengan skala kecil. Apabila kita menggunakan reaktor sebagai media pembuatan produk, maka kita dapat menggunakan kapasitas 1 liter. Ketika sudah mendapatkan hasil dari penelitian awal, maka dapat dikembangkan pada skala ganda dengan kapasitas 10-100 liter.

Ukuran Minimal dan Maksimal

• Beberapa faktor dapat mempengaruhi ukuran dari skala pilot plant.

• Contohnya, apabila tujuan percobaan pilot plant untuk mempelajari pengaruh kondisi proses pada kualitas produk, maka jumlah minimal produk yang diproses pada skala ganda sebaiknya memenuhi jumlah sample yang digunakan untuk analisis fisik dan kimia untuk penentuan kualitas produk.

• Sedangkan ukuran maksimal dari skala ganda ditentukan dari jumlah kebutuhan produk yang diproses untuk pengujian penerimaan pasar terhadap produk yang akan diproduksi.

• Pendapat lain menurut Jhonstone and Thring (1957) ukuran dari pilot plant adalah 1/100 sampai 1/10 dari kapasitas skala pabrik.

• Untuk proses batch, desain pilot plant yang memproduksi bagian kecil dari sistem pengolahan pangan akan lebih mudah dalam pelaksanaannya.

• Sebaliknya apabila pada proses continous, lebih membutuhkan ketelitian dan keseriusan dalam percobaannya. Namun data yang diperoleh akan lebih lengkap apabila dibandingkan pada proses batch.

Hal-hal yang perlu dipelajari pada percobaan pilot plant antara lain:

• Studi mengenai produk, meliputi karakterisasi kualitas, pengaruh kondisi proses pada kualitas produk, pengembangan produk baru, studi penerimaan pasar

• Studi mengenai bahan baku, meliputi karakterisasi bahan baku, evaluasi perencanaan dengan menggunakan materi bahan baku yang berbeda.

• Studi mengenai teknologi proses, meliputi kondisi proses yang paling sesuai secara segi ekonomi (biaya yang mininal) dan segi kualitas produk (mendapatkan produk berkualitas), studi mengenai alternatif peralatan proses, pengembangan teknologi baru, pengembangan peralatan baru.

• Studi kebutuhan pelengkap, meliputi evaluasi kesetimbangan massa dan kesetimbangan energi, studi mengenai energi, dan pengembangan dan evaluasi sebagai alternatif sistem kontrol.

SCALE UP

• Peningkatan skala (scale up) merupakansuatu tindakan atau kegiatan yang menggunakan hasil-hasil yang diperoleh daristudi laboratorium untuk merancangprototype dan proses di pilot plant, sertamembangun pilot plant dan menggunakandata pilot plant untuk merancang danmembangun pabrik skala penuh ataumemodifikasi pabrik yang sudah ada.

• Percobaan pada peningkatan skala merupakan percobaan pada laboratorium ukuran besar yang dirancang untuk bersifat fleksibel bagi penggunaan peralatan dan penyesuaian operasi.

• Peningkatan skala merupakan salah satu target penelitian sebagai basis untuk perancangan industri. Oleh karena itu, peningkatatan skala (scale up) merupakan kunci penghubung antara laboratorium dan industri.

Tahapan dalam Scale-Up

A. Mendefinisikan proses yang dibutuhkan untuk membuat produk. Salah satu perangkat yang berguna dalam hal ini adalah pengembangan diagram aliran proses. Diagram ini menunjukkan laju produksi yang diinginkan dan materi yang dibutuhkan pada setiap tahapan proses. Selain itu kebutuhan peralatan ditunjukkan secara skematis pada diagram

B. Memecahkan masalah yang masih terdapat dalam proses peningkatan skala. Kebutuhan ini memerlukan uji coba terhadap peralatan penting di dalam laboratorium pilot plant.

• Percoban-percobaan ini dibutuhkan untuk menentukan parameter optimum untuk skala besar dan untuk menentukan desain peralatan yang dimodifikasi. Selain itu, percobaan juga dilakukan karena di dalam produk pangan sendiri terdapat interaksi kimia dan fisik yang bersifat kompleks. Oleh karena itu, pengetahuan dasar tentang interaksi kimia fisik diantara komponen produk penting untuk dipahami.

• Produk pangan yang ditingkatkan skalanya akan mempunyai karakteristik yang berbeda dengan produk aslinya. Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan rasa, tekstur, aroma dan penampakan visual. Proses skala besar tidak akan menghasilkan produk yang identik dengan produk aslinya, akan tetapi menghasilkan produk yang menyerupai produk aslinya.

• Proses peningkatan skala membutuhkan kekuatan analisis dalam menentukan langkah-langkah yang akan dilakukan.

• Beberapa analisis tersebut diantaranya analisis terhadap kondisi operasi, kondisi desain dan proses optimum.

• Di dalam proses scale up mengasumsikan bahwa peningkatan kapasitas produksi berhubungan dengan peralatan yang secara fisik lebih besar dari peralatan produksi yang digunakan sebelumnya (Valentas, et al., 1991).

Contoh alat yang digunakan dalam percobaan scale-up

Contoh Kasus

Peningkatan kapasitas akan mempengaruhi jumlah bahan baku dan pembantu, kebutuhan energi dan utilitas yang digunakan.

Proses penggandaan skala produksi belum tentu dapat menghasilkan produk sirup rosella yang serupa kualitasnya dengan sirup bunga rosella skala laboratorium

Sehingga diperlukan sebuah penelitian penggandaan skala produksi sirup bunga rosella berdasarkan acuan dasar perlakuan terbaik penelitian skala laboratorium.

• Penggandaan skala produksi dilakukan dengan menambah volume bahan baku, serta melakukan penyesuaian alat dan mesin yang digunakan berdasarkan kapasitas yang ditentukan. Dalam penelitian ini digunakan bahan baku bunga rosella kering sebanyak 1,2 kg. Kemudian dilakukan pengulangan sebanyak dua kali pengulangan.

• Pengamatan yang dilakukan meliputi analisis fisik, kimia, dan organoleptik. Analisis fisik dan kimia yang dilakukan terhadap sirup rosella meliputi: uji pH, Total Padatan Terlarut (TPT), Viskositas, dan Total konsentrasi Antosianin

• Data yang diperoleh kemudian dianalisis menggunakan uji t berpasangan.

Kebutuhan Bahan Baku, Pengemas, dan Tenaga Kerja

• Perhitungan kebutuhan bahan baku meliputi kebutuhan bahan baku utama, yaitu bunga rosella kering. Kemudian bahan baku pembantu, yang terdiri atas gula dan air. Bahan pengemas adalah botol kaca 650 ml. Untuk mengetahui berapa botol yang diperlukan, caranya adalah dengan menghitung jumlah output sirup rosella dibagi 650 ml. Sedangkan kebutuhan tenaga kerja dibatasi pada jenis tenaga kerja langsung untuk bagian produksi.

Kebutuhan Utilitas• Kebutuhan utilitas meliputi kebutuhan air, listrik, dan kebutuhan

bahan bakar. • Kebutuhan air dihitung dengan cara menakar seluruh pemakaian air

pada saat proses produksi, kemudian dilakukan penyesuaian dengan tarif perusahaan air minum yang berlaku saat ini.

• Kebutuhan listrik dihitung dengan mengalikan daya listrik pada alat dan waktu yang dibutuhkan pada saat proses produksi, sehingga didapatkan utilitas listrik dalam satuan KWH. Kemudian dikalikan dengan tarif dasar listrik yang berlaku di PLN.

• Sedangkan kebutuhan bahan bakar LPG dihitung dengan menimbang berat awal dan akhir tabung sebelum dan sesudah proses produksi dilaksanakan. Kemudian dikalikan dengan tarif LPG per kilogram

Hasil proses produksi yang diharapkan (yaituberdasarkan kondisi proses yang dapat

dikendalikan).• Hasil produksi yang diharapkan dari sirup

rosella skala ganda adalah kualitas sirup yang memenuhi standar SNI, yaitu nilai TPT yang sebanding dengan produk sirup rosella ataupun sirup lain yang telah beredar dipasaran. Diketahui bahwa nilai TPT beberapaproduk sirup komersil yang beredar di pasaranberada di kisaran 65,27 – 70 °Brix.

Kriteria Scale up awal

• Kriteria scale up awal adalah teknis produksiberdasarkan penelitian skala laboratoriumoleh Sugianto (2005), dimana diperoleh sirupbunga rosella hasil perlakuan terbaik yaituekstraksi rosella menggunakan air dengansuhu perendaman 70°C, lama perendaman 13 menit, dan dengan penambahan gulasebanyak 70%.

Kriteria kedua proses scale up

• Kriteria ini erat kaitannya dengan kebutuhanbahan baku dan utilitas produksi.

• Produksi sirup rosella skala laboratoriumhanya menggunakan bahan baku bungarosella kering sebanyak 0,04 kg, air sebanyak 1 liter, dan gula sebanyak 0,7 kg. Sedangkandalam skala ganda digunakan bahan bakusebanyak 1,2 kg, air sebanyak 30 liter, dan gulasebanyak 21 kg.

• Penyesuaian jumlah bahan baku tersebutmembuat kapasitas mesin yang digunakanharus lebih besar. Sehingga dalam hal inimenggunakan mesin yang memiliki kapasitasmaksimal 50 kg.

• Dalam penelitian ini, mesin yang digunakanadalah mesin pengaduk serbaguna. Mesin inidigunakan untuk proses pemasakan siruprosella.

Tabel Spesifikasi Mesin Pengaduk Serbaguna

No Bagian Mesin Spesifikasi

1 Motor Pengaduk

- Daya :1 hp = 746 watt

- Putaran Mesin : ± 1420 Rpm

-Transmisi:Gear box tipe 60, rasio 60 : 1

2 Tangki Pengaduk

-Bentuk :Tabung terbuka

-Bahan :Food Grade Stainless Steel

-Kapasitas:50 Liter

- Sistem : double jacket

-Tebal dinding : 1,5 mm

3 Kompor Jenis Bahan Bakar : LPG

Tabel Perbedaan Karakteristik Produksi SirupRosella Skala Ganda per-Batch

No KarakteristikSkala

laboratoriumSkala Ganda

1 Mesin/Alat

Panci dan

kompor

dengan

pengaduk

kayu

Mesin

pengaduk

serbaguna

2 Kapasitas 1 kg 50 kg

3

Bahan yang digunakan:

a. Bahan baku :

Bunga Rosella kering0,04 kg 1,2 kg

a. Bahan pembantu :

- Air

- Gula

1 Liter

0,7 kg

30 Liter

21 kg

4 Lama Pemasakan 5 menit 8 jam

5 Output Sirup Rosella 0,98 Liter 27,06 Liter

Hasil penelitian

• Penggandaan skala produksi sirup bunga rosellaberpengaruh nyata terhadap total antosianin dan total padatan terlarut, serta tidak berpengaruh nyata terhadappH dan viskositas sirup rosella skala laboratorium. Siruprosella skala ganda memiliki rerata total antosianin 4,785 mg/100 g; pH 2,92; Total padatan terlarut 65,35 °Brix; danviskositas sebesar 5,813 cps.

• Uji organoleptik menunjukkan sirup rosella skala gandaberpengaruh nyata terhadap warna, rasa, dan aroma siruprosella kontrol yang beredar di pasaran. Nilai atribut rasa adalah 4,4 (cenderung menyukai), warna 3,6 (cenderungmenyukai), dan aroma 4 (cenderung menyukai).

•Terima kasih...