MODEL PERPINDAHAN MASSA PADA PEMEKATAN JUS JERUK DENGAN

REVERSE OSMOSIS

Erliza Noor Adetiya Rachman

Setyadjit

Departemen Teknologi lndustri Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian

lnstitut Pertanian Bogor

2009

Departernen Pendidi kan 3asional Fakultas Teknologi Pertanian - l ~ ~ s t i t u t Fertanian Bogor

DEPARTEhlEN TEKNOLOGl IKDUS71.RI PEKTANIAN K L i r ~ ~ p u s I?H D ~ I I T I , ~ ~ 1) ( 1 EL), 220 B P : ~ ~ 1 bOO2, Tclp F':! ( { I ? ; I , h2 1 l174

5 tlrrit PendoLurncr~tajl;~r~ I < : i ~ n I ~ I I I iah - --- ---- \ OITIUI- . ktt 1 I ? t: .: l'l', 2000

I PROSI-S 1'1--1 :li.\l ;\\ JU5 JT:Kl ' ) i 5I;ihl (C'ltrus liohil~s I. \-ar rn icro~arpa) 11 I ;NG.-~N i</: ; I ! I { . ~ - L IY.I i o , ~ ~ . ~ . :ooo Psnul I S ErI173 \00r, XJetiya R ~ C ~ I I I I ; U I . S?n.3djlt. I ) U I I & S ~ ' & a l ? [ ~ ~ f I

2. hIODF1. PERPIh13:ZH -2s I S I P I 1 1 4 . 4 JIIS J E K L t i D E N b ;I Y l 7: I ( . S / , { ),(. \ 10.Yl.Y 2 0 tL>

I'enul i s - Er'173 Noar. .+\deti~,n Racl i rn :~~. Sc~!.acl-ii t . li.IJ1.-IN t'ROSE5 PKODI:I\SI BIOIIE SliL 13;\K1 I I H1.11

S Y,,1hIPLUhCi i ra toph?*l lun? inupl~!llutrl [,. 1 200') PcnuIls Er l i i n Nuor . Sc.rqar?lrt. Detfeh Clumi;t_c~h i . n ~ ~ LSIS F ; I : ~ D ~ ~ ' X L . ~ N J I : I ~ I Z S IHI)REJII~SD.ISI L ~ I I ~ O S u\-r[,x I.[\lB.AIl Hlf~ROK.4KBOK lo00 Pt.11u1i.s IIenny P,l?orn\. Erlizn Noor. I.~rl ; i \ i : t t~ Il2rdjito. Za~rl,ll ,-211111, t31hiaria Mplilyai4all

5 HOIRERTENDASI L0\11'05 I!h~l-L'K LI'LI I3;\H HIDR0I;AUHOh 3009 Pcr~uils FIcnny Pqora! . Erl r ~ : ] \bur. 1,lrlai~nr: Ii:irdj ito. %a11131 .411ni, E I ~ I ~ I I ;I

iJ'idyair3t1

Let u a

// I'rof. Dr, ti. Yast111 Sisu-i Indrastr

? . ~ 1 1 ' 1 ')G? 1000 I~18'ICi.~ 2 00 1

-- -. . MODEL PERPINDAHAN MASSA PADA PEMEKATAN JUS JERLIK SLAM DENGAN REVERSE OSMOSIS

Erliza Noor' , Adetiya ~achrnan' dan setyadjit2

1 Lkpt. l ikno/ugi 1niiu.stt-i Perfanian IPB, 2"Ralai Resm Penelitin don Pengem bangan Pmcapunen Per ranian

Pengembangan model yang sesuai menuambarkan kinerja RO sangat penting untuk merancang proses RO. Pengembangan rn ode1 matematis pada RO telah banyak dilakiikan untuk nzrnprediksi fl.;k;i pada pemisahzn gxaii dari l a t a n garam. Salah satu model perpindahan massa untuk RO yang dikembangkan dari larutan garam untuk untuk aplikasi lain adalah model Sulzriion Plflisic~n (SD). Model ini telah bany ak digunakan dan terbukti mampu rnemprediksi fl uksi larutan ideal dari carnpuran komponen yang telah diketahui konsentrasinya (multisolt~fe solution) dengan bai k. Penelitian ini mempelajari model perpindahan massa pada pemekatan jus jeruk siam dengan RO bertekanan rendah atau discbut Low Pressure Reverse O.mo.~is (LPRO) rnenggunakan membran po li am i da berkonfigurasi lilitan spiral pada beberapa variasi kondisi operasi. Fluksi dipredi ksj menggunakan model modi fi kasi Soluiion-D~fission (SD). Model SD yang dikembangkan dengan me1 i batkan tahanan adsorpsi menghasilkan kesesuaian yang lebih baik dibandingkan dengan model modifikasi SD - teori f-ilm. Tekanan transmembran, laju alir dan konsentrasi umpan merupakan variable pentjng yang mempengaruhi proses adsorpsi.

Kata kunci: reverne osmosis tekanan re ndah, j us j eruk, model solutiot~ d~fS~i.szr)n, adsorpsi

ABSTRACT. Adetiya Rachman, Erliza Noor dan Setyadjit. 2009. Mass Transfer Model on Concentration of Citrus Siam (Citrus nobilis) Juice in Application of Reverse Osmosis. Model development which fits to explain reverse osmosis (RO) performance is important in order to design KO process. Modelling in RO has been implemented to predicts flux in sea water desalination. One of RO mass transfer models which developed from salt sotut ion for another application i s Solution Urffi~sion (SD) model. This model has been develop and has proof could predict flux of ideal solution from muititirodure soluliun well. This research studied mass transfer model on concentration of citrus juice by low pressure reverse osmosis (LPRO) using polyarnide spiral wound membrane at various operating conditions. The permeate flux was modeled by modification of Solution-Diffusion (SD) model. Modified solution difision model involved adsorption resistance has a better fit to the experimental values compared to modified SD - thin film model. Trans membrane pressure (TMP), flow rate and feed concentration were the important variables as controlling the adsorption process.

Key words: low pressure reverse osmosis, citrus juice, solution diffusion model, adsorption

PENDAHULUAN

Pengembangan model matematis pada RO telah bany ak dilakukan untuk

mempredi ksi flu ksi pada pemisahan garam dari larutan garam. Pengembangan model

yang sesuai menggambarkan kinerja RO sangat penting untuk merancang proses RO.

Model yang mempredi ksi karakteristik pemisahan juga meminimalkan penelitian yang

harus dilakukan untuk rnenjelaskan sistem tertentu (Williams 3003).

Model matematis perpindahan massa dalarn RO secara garis besar dibagi menjadi

tiga, y aitu model tennodinami ka satu arah (irre versihle therm@amics), model

membran non pori atau homogen (nonporous or hc)ntogenrous nrem bram models) dan

model pori @fire rncdeis) (Williams 2003). Pengembangan model dalarn RO pada

+ awalnya hanya terbatas untuk pemisahan gararn dari air laut menggunakan Iarutan garanl

ideal. Perluasan apli kasi RO mendorong pengembangan model perpinda han massa

dengan RO tidak hanya untuk desalinasi air hut, tetapi juga berkembang untuk aplikasi

lain terutama untuk industri makanan dan farmasi.

Model RO y ang dikernbangkan umumn ya untuk aplikasi pemisahan garam atau

desalinasi air laut. Model RO untuk desalinasi air laut umumnya rnenggunakan larutan

ideal yaitu larutan garam dengan sat u kornponen garam yang diketahui konsentrasinya

seperti pengembangan model yang dilakukan Murthy dan Gupta (1 997) dan Ghiu (2003).

Model yang telah ban yak d igunakan yaitu model yrcfer~rrfilrl .wrptiotr-ccrp~IZay flow

yang pertama kal i diperkenal kan oleh Kimoura dan Sourirajan 1 1 970) yang ternlasuk ke

dalam model poi, model S p i egl er Kedem dan model .soIutiond~fi.rion yang termasu k - kategori model non pori Pencrapan aplikasi RO yang terus berkembang mendorong

pengembangan model perpindahan massa dengan RO tidak hanya untuk desalinasi air

laut, tetapi juga berkembang untuk aplikasi lain terutama untuk industri makanan dan

farmasi.

Salah satu model perpindahan massa untuk RO yang dikembangkan dari larutan

garam untuk untuk aplikasi lain adalah model Solution L>r@.~iot~ (SD) Model ini telah

bany ak digunakan dan terbukti marnpu memprediksi fluksi larutan ideal dari campuran

komponen yang telah diketahui konsentrasinya (multisolutc. sviulro~~) dengan bai k.

Kimura ef al. 1992; Dickson et a/. 1994 menggunakan model ini pada pemekatan

campuran lmtan ideal denpan RO yang menghasilkan kesesuian antara fluksi percobaan

dan fluksi predi ksi, Model SD juga t e l h dikembangkan dan menghasilkan kesesuaian

model untuk aplikasi pemekatan jus buah. Alvarez el a/. (1997) melakukan penelitian

pemekatan jus ape1 dengan RO dan memprediksi fluksi menggunakan model difusi-

larutan (soZutiond~fumion m d e i s ) yang dikombinasikan dengan teori film. Hasil

penelitian menunjukkan model SD y ang di kombinasi kan dengan teori film marnpu

mempredi ksi nilai flu ksi pemekatan jus apel dengan akurat.

Kendala y ang di hadapi dalam pengembangan model perpindahan rnassa adalah

ketidaksesuaian antara niIai fluksi hasit prediksi dan fluksi hasil percobaan. Modif kasi

yang dilakukan Alvarez et a/ . (1997) pada model ST) yang dikembangkan adalah dengan

mengkombinasikan model SD dengan teori film untuk rnenjelaskan fenomena polarisasi

konsentrasi pada permukaan membran. Pengembangan model SD dengan menggunakan

membran LPRO dilakukan oleh Williams (1 989); Bhattacharyy a and Madadi (1 988); r,

Deshmukh (1989); dan Kothari (1991) dia~u &lam Williams (2003) untuk larutan

organik. Pengembangan dilakukan dengan rnenambahkan tahanan adsorpsi pada model

untuk menjelaskan rendahnya r~ilai Cluksi ( / 7 r d . ~ - &up). Williams (1989) mengasumsikan

lam tan organik diadsorpsi oleh permukaan rnembran pada penerapan kondisi operasi

tekanan t ransmernbran (TMP) yang rendah Peristiwa adsorpsi ini menyebabkan tahanan

membran bertambah selain dari tahanan instrinsik mernbran dan dihitung sebagai tahanan

adsorpsi (W i 11 i am s, 2003).

Pengembangan model SD untuk jus buah-buahan telah dilakukan oleh Alvarez et al.

(1997). Bahan baku yang digunakan pada penelitian tersebut adaiah jus apel yang

dip eroleh dari buah apel setelah sebelumnya di klari fi kasi menggunakan membran

mi krofi ltrasi. Model SD untuk pemekatan jus yang telah dikembangkan didasarkan pada * model yang digunakan pada filtrasi lamtan multi komponen ideal yang mampu

menstimulasi komponen jus yang telah dilakukan oleh peneliti sebelurnnya (Sourirajan et

(11. 1982; Kimura c?l al. 1992). Model SD dikembangkan dengan mengkombinasikan

derlgan model teori film untuk menggambarkan polarisasi konsentrasi y ang terjadi pada

permukaan mentbran Penggunaan model SD dengan kornbinasi teori film mampu

rnenghasil kan kesesuaian dalam mempredi ksi fluksi pada proses filtrasi jus apel (Alvarez

el al. 1 997).

Pengembangan model SD untuk jus buah maupun larutan organi k dengan RO pada

umumnya menggunakan jenis membran RO dengan kondisi operasi TMP tinggi diatas 20

Bar Penerapan model SD untuk kondisi operasi T M P yang relatif rendah (dibawah 10

Bar) belum banyak dipublikasikan. Kendala yang dihadapi dalam pengembangan model

perpindahan massa untuk RO dengan tekanan rendah (LPRO) adalah ketidaksesuaian

11ilai fluksi hasil prediksi dengan nilai fluksi hasil percobaan. Williams ( 1 989) melakukan

pengembangan model SD untuk RO dengan tekanan rendah untuk larutan organik.

Pengembangan yang dilakukan y aitu dengan menambahkan tahanan adsorpsi ke dalam

model SD untuk rnenjelaskan rendahnya nilai fluksi yang didapat dari hasil percobaan

Hal serupa juga dilakukan oleh Bhattacharyya and Madadi f 1988); Dcshmukh (1 989); dan

Kothari ( 1 99 1 ) diacu hiam Williams (2003).

Pengembangan 1node1 untuk jus buah dengan menggunakan RO dengan tekanan

rendah belum bany ak dipublikasikan. Pada penelitian ini mencoba menerapkan model

Solution Diflussiun (SD) yang telah terbukti sesuai unhrk mem predi ksi fluksi pada - pemekatan jus buah terutama jus ape1 yang dilakukan oleh Alvarez er ui. ( 1997) yang

menghanakan TMP tinggi (diatas 20 Bar) untuk melihat kesuaian model jika

mertggiinakan kondisi operasi TMP yang relatif rendah (dibawa h i O Bar). Pengembangan

model SD untuk RO tekanan rendah yang dilakukan Williarns (1989) juga digunakan

dalarn penelitian untuk meli hat scjau h mana pengembangan model dengan tahanan

adsorpsi mampu memprediksi fluksi pernekatan jus jeruk dengan RO tekanan rendah.

Penelitian ini bertujuan untuk rnemperolch memperoleh faktor-faktor yang

berpengaruh untuk pernisahan jus jeruk dari model perpindahan massa pada pemekatan

jus jeruk dengan RO.

BARAN DAN METODE

Penelitian dilaksanakan di Laboratoriurn lingkup Departernen teknologi lndustri

Pertanian IPB dan Laboratorium Bdai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen

Pertanian pada bulan April hingga Agustus 2008. Bahan baku yang digunakan dalam

penelitian adalah jus jeru k siam Pontianak hasil mikrofrltrasi ukuran pori 0.1 prn dengan

konsentrasi jus sebesar 6.5 - 8 "Brix dm bahan-bahan kimia untuk analisis komposisi

kimia. Peralatan yang digunakan yaitu membran tni krofiltrasi ukilran 0.1 prn dengan

rnodul berbentuk hr~IIow Jibre berbahan p,&propyene (PP) dan luas permukaan 1 rn2

(Garnbar 1 ). membran RO rejeksi NaCl 939'0, bahan Poliamida (PA), luas permukaan 0.59

m2, bentuk spiral berputar (spiral wound) dengan aliran umpan silang (cl.os..flowfldration)

(Gambar 2) dan alat-alat pengujian produk terdiri dari alai-alat gelas, refraktometer,

neraca, spektrofotometer, pH meter, dan lain-lain. Skerna alat RO dapat dilihat pada

Gambar 3 . Spesifikasi membran RO dapat dilihat pada Tabel 1.

Gambal- I Rangkaian alat membran mi krofiltrasi

Gambar 2 Rangkaian ala t rnembran r e v m e osmosis

Gambar 3 Skema proses rrverse usmosis jus jeruk

Tabel I Spesifikasi membran RO

Spesifikasi Luas pemukaan membran (mZ) Panjang mernbran (m) Lebar feed spacer (m) Maksimum tekanan operasi (MPa) Maksimum debit umpan (m3 s-') Maksimum Iaju alir ( m s-') hlaksimum temperatur operasi (T) pH operasi

Persiapan baban baku

Nilai - . 0.59 0.26289 0.000508 0.86 0.000 125 0.11 45 3.0 -10.0

Tahapan persiapan bahan baku meliputi sortasi, pencucian, pengupasan kulit dan

ekstraksi jeruk untuk menghasilkan jus jeruk, peny aringan jus untuk menghilanghan serat

halus menggunakan kain saring. Jus selanjutnya disaring menggunakan saringan stainless

sieU ukuran 200 mesh.

Mikrofiltrasi jus jeruk bertujuan untuk menghilangkan rasa pahit yang disebabkan

senyawa limonin dan naringin. Jus jeruk hasil persiapan bahan baku diumpankan ke

n~embran mikrofiltrasi dengan kondisi operasi terbaik yang diperoleh Aghjt sni (2008)

yaitu TMP 1.74 Bar dan laju alir 0.08 m s-I.

Penelitian dilakukan dengan menggunakan 4 laju dir umpan (0.0 1, 0.0 15, 0.02,

dan 0.03 m s-') dan 3 TMP (4, 6 dm 8 bar). Pada tahap awal proses filtrasi, keluaran dari

membran akan didaur-ulang (recycmling) sarnpai diperoleh waktu tunak saat tercapai fluksi

yang konstan. Pengarnbilan contoh akan dilakukan setelah waktu tunak diperoleh.

Pernodelan

Mode1 y ang akan digunakan dalam penelitian ini adalah model di fusi-lamtan yang

dikembangkan Alvarez el ul. (1 997) dan mode1 tahanan adsorpsi yang digunakan oleh

Wilt iams (1 989). Model yang dianalisis rnernperti nlbangkan jus jeruk sebagai larutan

multi komponen dan jenis membran yang digunakan. Pemodelan pada akhirny a bertujuan 't

untuk melihat faktor- faktor yang berpengaruh terhadap mekanisme perpindahan rnassa

pemekatan jus jemk dengan RO.

Model Solution Diflusiun (SD) - teori film

Alvarez el al. ( 1 997) menggt~nakan model SD dikombinasikan dengan teori film

untuk mernprediksi fluksi permeat pada pemekatan jus apcl dengan persarnaan scbagai

berikut:

C.,; = C, cxp if; lc')

dimana . w J = fluksi

/,p = permeabilit~q air

II(Cm) = Tekanan osmotik pada perrnukaan mernbran.

k - koefisien transfer rnassa

ModeI SD - tahanan adsorpsi

Model ini dikembangkan Williams (1989) 1Ji &lam Williams (2003) untuk

menjelaskan rendahnya nilai fluksi flux &up) pada pemisahan dan purifikasi larutan

organik dengan LPRO. Model mengasumsi kan te qadi adsorpsi larutan organi k oleh

permukaan membran yang menyebabkan peningkatan tahanan mernbran dalarn

melewatkan pelarut. Model yang digunakan yaitu:

dimana:

.I,,b = fluksi air

= tahanan nlernbran

Rodr = tahanan adsorpsi

Tahap Pengujian Model

Pada tahapan ini akan dilahkan penguj ian terhadap model yang telah diperoleh

dengan menggunakan data-data yang di peroleh dari hasiI percobaan. Parameter yang

akan diuji adalah fluksi permeat. Fluksi yang diperoleh dari llasil percobaan akan

dibandingkan dengan fluksi yang di hjmng berdasarkan model.

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Permeabilitas dan Tahanan Membrsn

Perrneabilitas membran dihitung dengan mengukur fluksi air pada laju a1 ir tetap

dengan beberapa nilai TMP. Nilai permeabilitas merupakan kemiringan (slope) garis

persamaan hubungan TMP dengan fluksi air. (Gambar 4) w

1.40E-05 .

Gambar 4 Grafik hubungan Th@ dengan f Par' uksi air (Laju alir 0 0 1 m s")

Kemiringan garis dari persamaan pada Gambar 4 menunjukkan nilai permeabilitas

membran yaitu sebesar 1.44 x lod m s.' ~ a r - ' atau 5,17 L m.2 jam-' ~ a r - l . Nilai tahanan

membran merupakan kebalikan dari nilai permeabilitas rnembran dan dilambangkan

sebagai I<,, dimana K, = 114. Nilai tahanan nlembran RO yang digunakan dalam

penelitian ini yaitu 6.94 u lo5 Bar s m-' atau sebesar 0.9 1 bar m2 jam L-'.

B. Waktu Tunak

Penentuan waktu tunak dilakukan dengan mengukur fluksi jus dalam beberapa

waktu pada laju alir dan TMF tetap (v = 0.03, TMP = 8 Bar). Fluksi yang diperoleh

dengan resirkulasi permeat dan retentat relatif stabil selama 20 menit pengukuran. Fluksi

stabil rnulai dari menit ke-15 hingga menit ke-20. Berdasarkan nilai fluksi ini ditentukan

t waktu tunak operas; adalah 15 menit.

C. Pernodelan Ro Jus Jeruk

Model yang dianalisis pada penelitian yaitu model S D - teori film dan dan Model

SD - tahanan adsorbsi. Koefi sien permeabilitas (lp) dm tahanan internal membran (It,)

telah dihitung dan dibahas pada bab sebelumnya Pehedaan tekanan osmosis didapat

meIalui perhitungan menggunakan model Gibbs yang dimodi tikasi AIvarez el ul. ( 1 997).

Tahanan adsorpsi (ILd5) dihitung melalui pengukuran tahanan membran setelah membran

digunakan untuk filtrasi jus jemk dikurangi tahanan internal membratl mengi kuti cara Rai

el al. (2006) dalam menghitung tahanan seri ultrafiltasi jus jemk ~nosambi (Cltr~rs

sinensis ( L .) Osheck)

1. Perhitungan Tekanan osmotik

Tekanan osmotik diberikan oleh kornponen terlarut sebagai gaya tolak pembalikan

proses osmosis pada membran semipermeabel terhadap air. Tekanan osmotik dalam

penel it ian diukur seba~ai perbedaan tekanan osmosis pada permukaan membran di sisi

umpan dan tekanan osmosis pada sisi permeat sebagai berikut.

Tekanan osmotik pada jus jeruk ditentukan oleh komponen mayor dengan

konsentrasi yang tinggi dalam jus jeruk yaitu komponen gula (glukosa dan sukrosa) dan

asam organik (asam sitrat). Tekanan osmotik di hitung dengan persamaan berikut :

dimana Cyc dm M, adalah konsentrasi asam sitrat dm berat molekul asam sitrat.

Konsentrasi glukosa pada ditetapkan badasarkan asumsi prosentase glukosa dalam

jus jeruk (ACT 2008) sebesar 52% dari total gula pereduksi. Kosentrasi sukrosa, glukosa

dan asam sitrat pada permukaan membran diukur dengan persamaan berikut :

Niiai koetisien transfer massa komponen ke-i (k,) pada model dirusi larutan yang L. dikembangkan Alvarez el aJ. (1997) diprediksi dari hubungan bilangan tak berdirnensi

untuk modul ~piral wm~td sebagai berikut:

2. Model Perpindahan Massa

hlorlel SD - Teori Film

Fluksi hasil perhitungan dengan model ini sebesar I .28 x 1 o4 - 4.65 x 1 o4 m S"

lebih rendah dibandingkan fluksi hasil percobaan sebesar 5.47 x 1 o-' - 2.02 x m S- ' .

Fluksi hasil percobaan lebih kecil satu orde dibandingkan dengan fluksi perhi tungan

(Gambar 51, tetapi keduanya menunjukkkan pola yang sama. Nilai fluksi percobaan yang w

lebi h kecil dibandingkan nilai prediksi dapat disebabkan faktor lain seperti jenis

mernbran. Model yang digunakan merupakan model yang telah terbukti sesuai pada RO

dengan tekanan tinggi (diatas 20 bar), sedangkan mernbran yang digunakan merupakan

j enis membran RO dengan tekanan rendah (Low Pres.mre Reverse Osmosis).

3 4 5 6 7 8 9 ?MP {Bar)

(a) v = 0.01 rn 5.'

1.00E09

3 4 5 6 7 8 9

TMP 5B"" (c) v = 0. 2 rn 5.'

3 4 5 6 7 8 9

(d) pg.&% Gan~bar 5 Flu ksi hasil percobaan (titik) dan hai l prediksi (garis) model SD - teori fif m

pada variasi iaju a!ir

Model SD - tahanan adsorpsi mengikuti persarnaan (3) yang digunakan Williams

(1989) d~ &!am Williams (2003) dalam rnernprediksi pemisahan larutan organik.

Williams (1 989) di ~hlm Williams (3003) menggunakan membran RQ dengan tekanan

rendah untuk proses separasi dan purifikasi cairan limbah. Model ini dikernbangkan juga

berdasarkan model SD dengan memasukkan nilai tahanan adsorpsi untuk menjelaskan

nil ai fluksi y ang kecil drop) pada proses pemi sahan larutan organi k .

Perhitungan nilai tahanan adsorpsi mengikutj cara Rai el al. (2006) dalam

menghitung tahanan seri ultrafiltrasi jus mosambi (C.'i/rus srtltltrsis (L.) Osheck). Nilai

tabanan adsorpsi merupakan nilai tahanan membran setelah fi ltrasi (R ',) dikurangi nilai

t tahanan mem bran internal (R,) yang diukur dengan menggunakan air murni.

Nilaj tahanan setelah frltrasi (RJm) didapat dari pengukuran ftuksi air mumi pada

beberapa TMP setelah membran digunakan untuk filtrasi jus dalam selang wakh tertentu.

Mernbran yang telah digunakan untuk fi ltrasi j us selanjutnya dibilas dengan air beberapa

kali melalui sirkulasi tanpa perlztkuan TMP untuk membersihkan sisa jus pada p m u k a a n

membran. Fluksi air selanjutnya diukur pada beberapa TMP dan dihitung tahanan

niembran setelah filtrasi (H ',) melalui plot garis TMP vs fluksi air (Gambar 6) . Nilai

kemiringan garis yang didapat ~nempakan nilai R' m. Nilai tahanan adsorpsi (Rads)

didapat dari persarnaan sebagai berikut :

5 -

4

3 - YMP (Bar1

2 -

0 4 . O.OOEt00 1.00EQ7 2.00E47 3.00E-07 4.00E07 S.OOE-07 6.00E07

Fluksl (m 5')

Gambar 6 Plot garjs tahanar~ rt~embran setelah filtrasi ( R ',)

Kerniringan garis pada Garnbar 6 menunjukkan nilai R'm sebesar 9.07 x 1 Bar s

ml. Nilai tahanan adsorpsi yang didapat yaitu sebesar 8.38 x lo6 Bar s rn-'. Besarnya

tahanan adsorpsi menunjukkan adanya interaksi antara Iarutan dengan bahan membran

yang digunakan, dalam ha1 ini sebagian solut pada larutan umpan diadsorpsi oleh

pennukaan rnembran dan seiebihnya melewati dinding membran melalui proses difusi.

Tahanan adsorpsi selanjutnya dimasukkan ke persamaan (3) untuk mendapatkan prediksi

fluksi. Nilai fluksi hasil prediksi dengan model sebesar 9.79 x 1 O-R - 3.56 x 1 0-7 m m-'

menunjukkan kedekatan nilai dengan fluksi h a i l percobmn (Gambar 7). Hal ini

menunjukkan bahwa model SD - tahanan adsorpsi mamyu memprediksj fl uksi lebih baik

dibandingkan model SD - tsori film (Gambar 8).

TMP (Bar)

(a) v = 13-01 m s-'

l . lOE46

""lrsi l.lOE-07 (m 5 - I ]

l . l O E 4 8

1.10E-09

3 4 5 6 7 8 9

T M P (Bar)

1.00E-05 - . .

(c) v = 0.02 m s '

1 .ODE-06 - F'uksi l,OOEU7 - (m rl)

1,OUE-08 - 1.00E-09

3 4 5 6 7 8 9 TMP (Bar)

(d) v = 0.03 m s-'

a

Gambar 7 Fluksi hasil percobaan (tit ik) dan hasi I prediksi (garis) model SD - tahanan adsorpsi pada variasi laju alir

3 4 5 6 7 8 9

TMP (Bar)

(b) v = 0.015 rn 5 '

Prediksi nilai fluksi pada variasi laju alir dengan model SD - tahanan adsorpsi

n~enunjukkan perpindahan massa dipengaruhi proses adsorpsi pada dinding membran,

din~ana peningkatan laju alir akan rnenurunkan adsorpsi pada dinding membran. Semakin

besar laju alir, semakin kecil kontak lmtan detlgan dinding membran sehingga adsorpsi

solut oleh dinding menlbran semakin kecil. Pengaruh TMP pada fluksi yang diprediksi

dengan model SD - tahanan adsorpsi menunjukkan adsorpsi pada dinding membran akan

sernakin meningkat dengan peningkatan TMP.

Berdasarkan kedekatan nilai fluksi antara nilai perhitungan dan fluksi percobaan

menunjukkan bahwa model SD - tahanan adsorpsi marnpu rnemprediksi fluksi lebih baik

dibandingkan model SD - teori film. Tahanan adsorpsi memberikan pengaruh yang

signi fikan terhadap tahanan mernbran y ang pada akhirny a meny ebabkan rendahnya nilai * fluksi v u x drop) pada pemekatan jus jeruk dengan membran RO yang digunalian.

Menurut Goosen et crl. (2004) tahanan adsorpsi menunjukkan adanya lapisan adsorpsi

soIut pada permukaan membran yang bersi fat reversiibke yang merupakan penyebab

utama penurunan fluksi selama filtrasi membran.

-- - J v S O - T f

-JvSD- Rads

Jv perc

TMP (Bar) Gambar 8 Perbandingan nilai fluksi hasil prediksi model dengan nilai fluksi

percobaan (v = 0.03 rn s" )

3. Neraca Massa Proses Pemisahrn Jus Jeruk

Neraca massa digunakan untuk melihat liesetimbangan massa pada proses

pemisahan dengan membran, dimana total massa yang masuk (urnpan) hams sama

dengan total massa yang keluar (permeat d m retentat). Ketidakseimbangan neraca massa

menunju kkan adanya ioss (kehilangan) pada pemisahan mernbran. Nilai kehilangan

massa dapat menunjukkan adanya adsorpsi pada dinding rnembran. Neraca massa total

gula dapat per satuan waktu (ddik) dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2 Neraca rnassa total gula pada pemisahan jus jeruk

Massa (g 6') lajualir TMP Oib (m S-I) (Bar) Masu k Keluar adsorpsi

U m ~ a n Permeat Retentat adsomsi total

Tabel 2 menunjukkan nilai ketidakseimbangan antara massa rnasuk (umpan) dan

massa keluar (permeat dan retentat), dimana nilai massa masuk lebih besar dari massa

keluar, sehingga terjadi lux^ (kehilangan) massa pada system yang disebabkan adanya

adsorpsi pada dinding membran. Besar adsorpsi dari 'Fabel 2 menunjukkan peningkatan

nilai yang signifi kan dengan kenaikan TMP. Pengamh laju alir tidak signifikan pada TMP

rendah, tetapi pada TMP 8 Bar dari Tabel 2 terlihat dengan kenaikan laju alir terjadi

penurunan nilai adsorpsi. Hal ini dapat disebabkan pada TMP tinggi, waktu kontak

larutan umpan dengan dinding membran sernakin singkat dengan meningkatny a laju alir

sehingga komponen solut lebih sedikit teradsorpsi pada dinding membran.

Manisme perpindahan massa proses pemekat an j us jeruk dengan Reverse Osmosis

dipengaruhi oleh W , konsentrasi umpan, laju alir, dan sifat membran yang digunakan

yang ditunjukkan oleh kesesuaian nilai fluksi percobaan dengan tluksi prediksi

menggunakan model Sol~tliun Ilrfision - tahanan adsorpsi. Kond isi operasi TMP

member; kan pengaruh lebi h besar dibandingkan laju alir pada perpindahan massa

pemekatan jus j eruk dengan Reverse Clsmr>sis.

DAFTAR PUSTAKA

Alvarez S, Riera FA, Alvarez R, Coca J, Cuperus FP, Bouwer ST, Boswinkel G, van Gernert KW, Veldsink JW, Giorno L, Donato L, Todisco S, Drioli E, OIsson J, Tragardh G, Gaeta SN, Panyor L 2000. A new integrated membrane process for producing clarified apple juice and apple juice aroma concentrate. J. Food Eng 46. 109-125.

Aivarez V, S AIvarez, FA Riera dan R Alvarez. 1997. Permeate flux prediction in apple juice concentration by reverse osmosis. J . Memb. Sci. 127: 25-34

'c. Cassano A, E Drioli, G Galaverna, R. Marchelli, G Di Silvestro, dan P Cagnasso. 2003. Clarification and Concentration of Citrus and Carrot Juices by Integrated Membrane Processes. J. Food Eng. 57: 153- 163

Girard B, Fukun~oto LR. 2000. Membrane processing of fruit juice and beverages: a review. Critical Reviews on Food Science and Nutrition, 40(2): 9 1-1 57.

Goosen MFA, SS Sablani, H Al-Hinai, S Al-Obeidani, R Al-Belushi dan D Jackson. 2004. Fouling of Reverse Osmosis and Ultrafiltration Membranes: A Critical Review. Separation Science and Technology, 39 (1 0): 2261 -2298.

Jesus D.F., M.F. Leite, L.F.M. Silva, R.D. Modesta, V.M. Matta dan L.M.C. Cabral. 2007. Orange (Citrus sinensis) juice concentration by reverse osmosis. J. Food Eng. 8 1 : 287-29 1 .

Koseoglu, S S . , Lawhon, J. T., & Lusas, E. W. (1990). Use of membranes in citrus juice processing. Food Technology, 44( 12): 90 - 97.

Rai P, C Rai, GC Majurndar, S DasGupta dan S De. 2006. Resistance in series model for ultrafiltration of rnosan~bi (Citrus sinensis (L.) Osbeck) juice in a stirred continuous mode. J. Memb. Sci 10: 116-122.

Silva FT, J G Jardine, V M Matta. 1998. Orange Juice Concentration {Citrus Sinensis) By Reverse Osmosis. Cienc. Tecnol. Aliment. Vol. 18 Jan. IApr. 1998. www.scielo br/scielo.php/3fscrip~3dsci~arttext~26pid~3dsO1OI- 206 1 19980001 0002 1 [24-05-20071

White D, B Ditgens, G Laufenberg. 2002. Concentration of metabolites and other organic salts by batch reverse osmosis. J . Food Eng. 53 (2002): 185- I 92

Williams ME. 2003 A Review of Reverse Osmosis Theory. EET Corporation and Williams Engineering Services Company, lnc.