A. Bagan Pengolahan Gula Putih Dari Tebu

1. Pengolahan tebu menjadi gula terdiri atas beberapa tahapan, yaitu Pemerahan Nira, Pemurnan Nira, Penguapan Nira, Kristalisasi dan Pemutaran dan Penyelesaian

2. Bahan baku adalah tebu, kapur, belerang, phosphat, floculant, yang disebut bahan pembantu

3. Ampas, tetes, blotong disebut hasil samping

4. Nira mentah, nira encer, nira kental, masakan adalah hasil utama

5. Gula (SHS) produk utama / akhir

6. Setiap 100 bagian tebu akan menghasilkan gula 8 bagian, tetes 4 bagian, blotong 3 bagian.

Nira mentah 100 bagian, nira encer 102 bagian, nira kental 24 bagianmasakan 12 bagian.

Bahan pembantu yang dipergunakan meliputi : kapur 0,2 ton, belerang 50 kg, phosphat 100 ppm dan floculant 1-3 ppm, jumlah hasil dan bahan yang digunakan tersebut diatas dapat berubah, tergantung pada mutu tebu dan kinerja pabrik

7. Selalu diupayakan agar sejumlah tebu yang digiling dapat diperoleh gula sebanyak mungkin (kehilangan gula dalam ampas, blotong, tetes dan kehilangan yang lain minimal)

B. TEBU

1. Gula yang terdapat dalam tebu dibentuk dari CO₂ dan H₂O dalam proses fotosintesa ini terjadi pada daun yang brwarna hijau (mengandung chlorophyll) dan dengan bantuan sinar matahari.

2. Kandungan gula dalam tebu (rendemen) ditentukan oleh banyak faktor antara lain lahan, curah hujan, (iklim), air, jenis tebu, umur, dan kultur teknis

3. Kehilangan gula dalam tebu sejak di kebun sampai menjadi gula dapat terjadi karena : tebu lewat masak, serangan hama penyakit, pembiakan vegetatif/ generatif, tebu ditebang tidak segera diangkut ke pabrik, tebu di halaman pabrik tidak seera digiling dan kehilangan dalam proses pengolahan.

4. Syarat tebu giling = manis, bersih, segar (MBS)

5. Manis

Kadar gula / rendemen tinggi

Faktor penting = umur, varietas, kultur teknis, lahan curah hujan/ iklim

6. Bersih

7. Kadar kotoran (trash) maks. 5%

yang termasuk trash = pucuk tebu, sogolan, daun, daun kering, dan tanah

Trash dapat mengakibatkan : kapasitas giling lebih rendah, kehilangan gula lebih besar, kesulitan proses, mutu gula tidak memenuhi standard, biaya transport tebu lebih tinggi

8. Segar

Tenggang waktu tebang – giling 1 x 24 jam

jika tidak segar dapat mengakibatkan kapasitas turun, kesulitan proses, kehilangan gula lebih besar, mutu gula tidak memenuhi standar.

Tebu terbakar dan tidak segar mengakibatkan kehilangan gula lebih besar dan pertumbuhan mikroba terutama Leuconostoc lebih besar dengan hasil kerusakan gula yang disebut dextran menimbulkan nira menjadi viskus.

C. PEMERAHAN NIRA

1. Tujuan pemerahan nira adalah memerah nira sebanyak mungkin dari tebu. Pemerahan ini dilaksanakan dengan cara yang efisien, dan kerusakan gula sedikit mungkin.

2. Pemerahan nira lazimnya digunakan gilingan dan diffuser. Gilingan memerah dengan tekanan, sedangkan diffuser dengan proses difusi.

Sebelum digiling tebu dipersiapkan di alat kerja pendahuluan yang dapat berupa pisau tebu, Hammer Shreeder, Unigrator. Dengan alat kerja pendahuluan tebu di cacah, dipukul, dipotong, dirusak strukturnya sehingga sebagian besar sel tebu terbuka.. Alat kerja pendahuluan dapat meningkatkan ekstraksi, mempermudah bercampurnya imbibisi dan meningkatkan kapasitas.

3. Nira terdapat dalam sel tebu. Pada gilingan awal terperah nira yang kemurniannya lebih tinggi, yang berasal dari sel-sel yang tua. Pada gilingan berikutnya terperah nira yang kemurniannya lebih rendah (berasal dari sel tebu muda, ruas). Makin kebelakang nira yang terperah makin sedikit.

4. Tidak mungkin seluruh nira terperah. Ampas mengikat sejumlah nira yang seimbang dengan berat sabut (lebih kurang 50 %)

5. Untuk mengambil gula yang terdapat dalam sisa nira dalam ampas dilakukan dengan memberikan air imbibisi. Air imbibisi mengencerkan sisa air dalam ampas sehingga meskipun jumlahnya tetap kurang lebih 50% tetapi kadar gulanya lebih rendah.

6. Sistim imbibisi dibedakan menjadi imbibisi sederhana hanya air yang diberikan sebagai imbibisi, dan imbibisi majemuk (jika selain air diberikan pula nira). Disebut imbibisi tunggal (air dinilai di satu tempat), Dobel,tripel (air diberikan di dua,tiga tempat, dst.), Contoh imbibisi majemuk n₃ a₁, n₄ a₂, w a₃

7. Jumlah air imbibisi 20 – 40 % tebu. Makin banyak air yang diberikan ekstraksi meningkat pula, tetapi bukan gula yang terektrasi juga semakin banyak. Dampak negatifnya beban penguapan semakin besar, kadar air ampas meningkat sehingga dapat menyebabkan gilingan selip dan nilai kalori ampas menurun.

8. Imbibisi air panas (60 ^oC) dapat meningkatkan ekstraksi, tetapi dapat pula mengakibatkan makin banyak pula bukan gula yang terperah dan gilingan selip.

9. Ampas menyerap 5 – 10 kali beratnya. Hal ini merupakan salah satu penyebab tidak meratanya imbibisi.

10. Imbibisi memberikan pada ampas dengan disemprotkan pada ampas dengan nozzle , pipa berlubang, luapan dan maserasi.

11. Imbibisi diberikan di ampas pada saat keluar dari gilingan atau pada saat akan masuk ke gilingan.

12. Faktor yang berpengaruh pada keberhasilan imbibisi yaitu jumlah, suhu, sel yang terbuka, cara pemberian, dan pol dalam ampas gilingan di mukanya.

13. Sanitasi gilingan adalah kegiatan untuk mematikan / mengurangi populasi mikrobia, Sanitasi dapat dilakukan dengan penyemprotan uap di stasiun gilingan, pembersihan ceceran nira / ampas. Pemberian Biosida di nira gilingan, menggunakan talang nira yang terbuat dari tembaga (sifat oligodinamis ), tidak ada sudut mati pada talang nira, bak penampung nira gilingan yang tidak terlalu besar.

14. Keberhasilan ekstraksi dinilai dengan HPG (normal 96-98 %), HPB_I (normal 55-80 %), HPB_Total (normal 90-94 %), pol ampas (normal 1,5 – 2,0) , pencampuran imbibisi dengan angka factor campur (normal 50 %), kehilangan karena mikrobia dinilai dengan PSHK (96 %).

D. PEMURNIAN NIRA

1. Pemurnian nira bertujuan untuk memisahkan zat bukan gula yang terdapat dalam nira dengan menjaga agar kehilangan gula serendah mungkin, dan dengan cara yang efisien.

2. Zat penyusun nira meliputi: air, sukrose, monosakarida (glukose & fruktose), asam organik,zat inorganik, senyawa nitrogen (asam amino & protein), polisakarida (selulose, hemiselulose, lignin), lipida (lilin tebu, asam lemak), dan zat warna.

3. Sukrose dalam larutan yang bersifat asam terinversi menjadi gula invert (campuran glukose dan fruktose). Inversi makin besar jika pH makin rendah, suhu makin tinggi dan waktu makin lama.

Dalam larutan yang bersifat netral/alkalis sukrose tidak rusak.

4. Pada suhu >200 ^oC suckrose mengalami karamelisasi membentuk zat warna coklat yang disebut karamel.

5. Sucrose mudah larut dalam air kelarutannya sebesar S=64,1835+0,1047t+0,0005307t2. S= Kelarutan sukrose (%) t=suhu larutan (^oC)

6. Sukrose bersifat optis aktif.

Sifat ini digunakan untuk menentukan kadar sukrose dalam larutan. Sukrose tidak menghantarkan arus listrik, Dengan kapur membentuk kalsium sakarat.

7. Monosakarida dalam larutan yang bersifat alkalis (pH>7) rusak menjadi zat berwarna coklat jika suhu > 55 ^oC. Pada suhu <55^oC terbentuk asam-asam (tidak berwarna coklat). Makin tinggi suhu dan lama, waktu perpecahan semakin besar.

8. Monosakarida dengan asam amino dapat membentuk zat warna coklat yang disebut senyawa melanoidins. Reaksinya disebut reaksi Maillard.

9. Asam inorganik meliputi : asam sitrat, suksinat, oxalat, fumarat, asetat. Makin tinggi kadar asam, pH makin rendah. Asam bereaksi dengan kapur membentuk garam yang larut / tidak larut. garam yang larut berpotensi membentuk kerak. Kecepatan reaksi asam-asam tergantung pada konstanta disosiasinya.

10. Senyawa inorganik meliputi K, Na, Ca, Mg, Fe, Al, Si, P, Cl.Sebagian diendapkan pada pengapuran, sebagian menjadi kerak, sisanya terikut tetes.

11. Senyawa yang mengandung N (protein dan asam amino)berpotensi membentuk zat warna coklat (reaksi Maillard).Protein merupakan kolloid dalam nira.Pada pemanasan dapat terkoagulasi dan mengendap.

12.Amylum merupakan polisakarida yang larut dalam nira, Disamping dextran,amylum merupakan bahan yang menimbulkan tingginya viskositas nira. Polisakarida yang tidak larut missal selulose, hemiselulose, dan lignin.Senyawa ini terukat dalam ampas.

13. Senyawa lipida misalnya lilin tebu dan asam lemak. Senyawa ini tidak larut dalam air.Lilin tebu dapat menyumbat saringan nira dan gilingan selip.

14. Zat Warna meliputi zat yang aslinya berwarna (Chlorophyll, xanthophylls, caroten, anthocyanin), aslinya tidak berwarna (polyphenol, senyawa amino). Disamping itu ada pula zat warna yang berbentuk dalam proses (karamel, melanoidin, dan perpecahan gula)

15. Proses pemurnian dapat dilakukan secara defekasi, sulfitasi dan karbonatasi. Yang banyak digunakan dalam pengolahan gula putih saat ini adalah sulfitasi.

16. Mekanisme proses meliputi : fisis, khemis, fisis-khemis dan kombinasi ketiganya.

17. Variabel proses adalah : pH, suhu, waktu, dan konsentrasi. Variabel proses diatur pada kondisi optimalnya, bukan maksimumnya.

18. Pemanasan nira dimaksudkan untuk mencapai kondisi yang optimal pada pembentukan endapan yang maksimum dan kehilangan gula yang rendah disamping itu bermanfaat untuk pengendalian kolloid dan mematian jazat renik.

19. Pengapuran pada pH yang tinggi dimaksudkan untuk pembentukan endapan calsium sulfit yang baik (disosiasi asam sulfit), penghilangan bukan gula yang maksimal. Pembentukan warna oleh monosakarida dapat ditekan rendah selama suhu tidak terlalu tinggi dan waktu tinggal di tangki reaksi singkat (maksimum 1 menit).

20. Untuk mengakomodasi reaksi yang lambat terutama asam-asam yang polyvalent, waktu reaksi pada defekasi dapat mencapai 3-5 menit. Adanya kolloid dengan titik isoelektris yang berbeda-beda, dapat dilakukan pengapuran bertahap.

21. Kapur dalam jumlah yang cukup (± 1,9 ku / 1000 ku tebu) diberikan dalam bentuk susu kapur 7 ^oBe. Densitas yang rendah dapat mempercepat reaksi, tetapi kebutuhan uap untuk menguapkan air lebih besar. Kapur dapat diberikan dalam bentuk sakarat kapur.

22. Phospat diperlukan untuk memperbaiki treaksi defekasi. Phospat diberikan dalam bentuk asam phospat atau larutan TSP. Jumlah penambahan tergantung pada kadar phospat dalam nira mentah. Penambahan phospat untuk memperoleh kejernihan nira yang baik dikaitkan dengan zat pembentuk kolloid, yaitu Fe, Al, dan Si

P₂O₅

Fe₂O₃ + Al₂O₃ + SiO₂

Jika pebandingan tersebut <0,15> 0,25 nira jernih. Dalam praktek penambahan dapat mencapai 50 – 200 ppm : (sisa P₂O₅ dalam nira encer besarnya ± 50 ppm)

23. Gas SO₂ yang keluar dari tobong belerang kadarnya ±10 %. Kadar gas SO₂ dan konsentrasi kapur dalam nira menentukan ukuran endapan CaCO₃, yang terbentuk. Konsentrasi yang terlalu tinggi menghasilkan endapan lembut yang kurang menguntungkan.

24. Untuk mengurangi pembentukan warna di Evaporator / mengurangi inversi pH nira encer 6,9 – 7,2. Di pengendapan dapat terjadi penurunan 0,2 – 0,3 point akibat reaksi yang masih berlanjut. Sehubungan degan hal ini proses proses sulfitasi diakhiri pada pH ± 7,2

25. Sebelum nira diencerkan, dipanaskan sampai ± 105 oC. Pemanasan ini dimaksudkan untuk menyempurnakan reaksi dan pengeluaran gas yang larut dalam nira. Pelepasan gas dapat dilaksanakan dalam bejana pengembang

26.Proses pengendapan diharapkan berjalan dengan cepat. Untuk mempercepat pengendapan, ke dalam nira ditambahkan flokulan sebesar 1-3 ppm. Kecepatan pengendapan dipengaruhi beberapa factor sesuai dengan Hukum Stoke.

g D² (d₁ – d₂)

V =

18 m

g = percepatan grafitasi

D = diameter partikel

d₁ = densitas endapan

d₂ = densitas nira

m = viskositas nira

27. Nira kotor yang dihasilkan ditapis menggunakan RVF atau pressan. Karena masih keruh, nira tapis RVF dikembalikan ke nira mentah tertimbang atau diolah dengan proses talofiltrat. Nira tapis pressan dicampur dengan nira jernih pengendapan menghasilkan nira encer yang kemudian diuapkan di evaporator.

28. Susu kapur dibuat dengan cara memadamkan kapur tohor(Ca0) dengan air panas. Reaksinya Ca0 +H₂0 =====Ca(0H)₂ +Kalori. Digunakan air panas agar diperoleh partikel Ca(OH)₂ yang kecil sehingga dispersitas susu kapur baik. Dispersitas yang baik akan lebih mudah bereaksi dan tidak mudah mengendap di pipa. Setelah terbentuk Ca(OH)₂ ditambah air dingin sehingga diperoleh Be yang diharapkan.(7^oBe). Digunakan air dingin agar diperoleh kelarutan yang lebih tinggi yang berdampak pada kecepatan reaksi yang lebh tinggi.

29. Gas S0₂ diperoleh dari pembakaran belerang dalam tobong belerang. Sebelum dioksidasi menjadi gas S0₂, belerang padat mencair dan menguap menjadi belerang uap.

Reaksi pembakaran sbb: S +0₂ =====S0₂+ kalori. Reaksinya mengeluarkan panas.Apabila tidak didinginkan, suhu pembakaran menjadi terlalu tinggi.Hal ini merugikan karena gas S0₂ dapat teroksidasi lebih lanjut menjadi gas S0₃ yang dengan air dapat membentuk asam sulfat yang sangat korosif. Suhu pembakaran sebaiknya sekitar 360 ^oC. Untuk menghilangkan panas yang berkelebihan diperlukan pendinginan pada tobong belerangnya. Penguapan belerang yang terlalu cepat yang tidak diimbangi udara yang cukup, mengakibatkan belerang uap belum teroksidasi. Belerang uap ini dapat menyublin di pipa2.

Udara yang masuk tobong harus kering karena uap air dapat merupakan katalisator pembentukan gas S0₃.

Contoh :

Proses pemurnian nira cara sulfitasi (lihat bagan pada gambar 2)

1. Nira mentah dipanaskan di pemanas sampai suhu 75 _oC
2. Dari pemanas I nira dialirkan ke defekator I. Dalam tangki ini nira ditambah susu kapur 7oBe sampai netral (pH = 7,0). Waktu tinggal nira dalam defekator I selama + 3 menit
3. Dari defekator I nira dialirkan ke defekator II dan dikapuri lagi sampai + pH 8,6 (sulfitasi netral). Nira tinggal dalam defekator II selama maksimum 1 menit.
4. Dari defekator II nira dialirkan ke tangki sulfitasi. Dalam tangki ini nira ditambahkangas SO₂ sehingga ira mempunyai pH + 7,2
5. Dari SO₂ tower nira mengalir ke tangki reaksi untuk memberi waktu pembentukan endapan. Waktu tinggal nira dalam tangki ini selama +5 menit.
6. Dari tangki reaksi nira dialirkan ke pemanas II dan dipanaskan sampai 105 oC. Pemanasan ini dimaksudkan untuk penyempurnaan endapan dan mempermudah pelepasan gas yang terlarut dalam nira di flash tank
7. Di Flash tank terjadi pelepasan gas yang terlarut dalam nira sehingga tidak mengganggu proses pengendapan kotoran dalam peti pengendap.
8. Sebelum nira masuk ke tangki pengendapan ditambahkan floculant sebanyak 1-3 ppm. Di dalam tangki pengendap kotoran dalam nira mengendap dan terpisahkan dengan bagian jernihnya. Endapan disebut nira kotor, sedangkan bagian nira yang jernih disebut nira jernih. Nira kotor diolah lebih lanjut dalam rotary vaccum filter, menghasilkan blotong dan filtrat. Blotong dibuang, sedangkan filtrat dikembalikan ke nira mentah

E. PENGUAPAN

1. Penguapan dimaksudkan untuk menguapkan sebagian besar air ( ± 70 %) sehingga diperoleh nira kental yang mendekati jenuh.(brix 64%).

Air diuapkan di penguapan E= Gne (1- bne/bnk). Gne = berat nira encer, bne = brix nira encer, bnk = brix nira kental.

Penguapan dilaksanakan dalam kondisi hampa agar kerusakan gula lebih kecil.

Untuk menghemat uap penguapan dilaksanakan dalam penguapan majemuk. Bahan pemanas yang digunakan adalah uap jenuh bertekanan 0.4-1 ato (suhu maksimum uap 130^oC, suhu maks nira 120^oC).

2. Dalam penguapan majemuk 1 kg uap dapat menguapkan N kg air. N adalah jumlah Badan penguap dalam seri penguapan. Makin banyak nilai N penghematan semakin besar, meskipun kenaikkannya tidak linier. Jumlah N>5 penguapan kurang menguntungkan karena penguapan menjadi sangat lambat.

3. Hampa di kondensor dibentuk oleh kondensasi uap nira. Kondensasi ini mengakibatkan volume menyusut ± 5000 kali. Pompa hampa berfungsi untuk mengeluarkan gas yang tidak mengembun di kondensor

4. Jumlah air diuapkan ditentukan oleh jumlah panas yang dipindahkan dari uap ke nira. Jumlah panas yang dipindahkan dihitung dengan rumus : Q = U A D T

Q = Jumlah panas yang dipindahkan, Kcal/jam

U = Koefisien perpindahan panas, Kcal/m²/^oC/jam

A = Luas bidang pemanas

DT= Selisih suhu pemanas dengan nira

Nilai u dipengaruhi oleh: jenis logam pipa pemanas, tebal pipa pemanas, kerak pada sisi nira, kerak pada sisi uap, pengeluaran gas tak terembunkan, pengeluaran kondensat, viskositas nira, suhu nira, selisih suhu nira dan pemanas, level dalam pipa.

Luas bidang pemanas (=A) besarnya tertentu, tidak berubah dengan proses, tergantung pada spesifikasi badan penguap.

Selisih suhu uap dan nira tergantung pada tekanan uap bekas yang tersedia dan hampa badan terakhir.

5. Faktor Penting Operasional

· Tekanan ube (0,6 – 1,0)

· Hampa BP terakhir + 65 cm/h

· Suhu dan tekan ruang uap/ruang nira sesuai SOP PG masing-masing

· Level nira dalam BP I 1/3 tinggi pipa (kuadrupel)

· Pengeluaran kondensat lancar

· Pengeluaran gas tak terembunkan baik

· Pengerakan

· Kondensat ada gula

· Air jatuhan pH, gula

· Pencapaian brix nira kental

· Waktu proses

6. Kehilangan Gula

a. Kehilangan secara mekanis

Puncratan nira kondensor/BP berikutnya. Dengan penukaran nira yang baik dapat ditekan <>

Kemungkinan penyebab : penangkap nira yang kurang baik, hampa terlalu tinggi (normal 65 cmHg), level nira terlalu tinggi, kecepatan penguapan yang terlalu tinggi (> 3,6 – 4,6 m/dt), pemasukan nira diatas kalandria, tinggi ruang diatas kalandria <>

b. Kehilangan secara kimia

1) Inversi

Angka normal besarnya inverse : maksimum 0,2 % kadar sucrose

Cara mendeteksi : glucose ratio (normal naik 4 %), apabila ratio ini tetap atau turun, menunjukkan adanya inverse sucrose.

Kemungkinan penyebab : terlalu tinggi di BP no.I, waktu terlalu lama, pH terlalu rendah

2) Karamelisasi

Cara mendeteksi : kenaikan warna coklat ne – nk yang tidak proporsional kemungkinan penyebab : suhu terlalu tinggi, waktu terlalu lama di badan penguap, resirkulasi nira.

7. Penghematan Uap

a. Penguapan majemuk

Makin banyak BP dalam seri, penghematan uap makin tinggi. Dalam penguapan multiple effect, untuk menguapkan 1 kg air diperlukan + 1/n kg uap. n = jumlah badan dalam seri. Makin tinggi seri penguapan, kenaikan efisiensi tidak linier

b. Penyadapan

Penghematan uap dengan penyadapan uap = m/n x w

m = no.BP yang disadap, n = jumlah BP dalam seri, w = berat uap yang disadap

c. Thermokompresor

Thermokompresor digunakan untuk menaikkan nilai uap nira dengan menaikkan suhu dan tekanannya menggunakan uap baru..

Penghematan uap dengan thermokompresor = uq/n

u = entrainment ratio, q = jumlah uap baru yang dikonsumsi oleh thermokompresor, n = jumlah effek.

Menguntungkan jika konsumsi uap bekas > produksi uap bekas.

Kondisi yang membatasi pemasangan thermokompresor adalah : jumlah uap nira yang diaspirasikan terbatas, jumlah uap nira yang masuk ke kondensor tidak dapat lebih rendah dari bats tertentu

d. Turbokompresor

Menaikkan nilai uap nira dengan menekan turbokompresor.

F. PEMUTARAN DAN PENYELESAIAN

1. Gaya Pemisahan

Pemisahan gula dari strop masakan dalam pemutaran menggunakan gaya sentrifugal

K = mv² / R

K = gaya sentrifugal, m = massa masakan, v = kecepatan linier, r = jari-jari puteran

2. Pemisahan Strop

Pada tahap awal yang terpisah adalah strop bebas. Setelah kristal makin rapat tinggallah strop yang terperangkap diantara kristal. Akhirnya tinggal strop yang menempel pada permukaan kristal yang pemisahannya perlu penyiraman dengan air.

Pencucian air sebaiknya tidak terlambat / terlalu awal, air siraman diberikan setelah + 75% strop dipisahkan.Jumlah air siraman 10% gula. Pemberian dengan uap untuk menghilangkan sisa air pada permukaan kristal. Uap yang dipakai adalah uap jenuh sebanyak + 20% berat gula.

Pencucian dapat dilakukan pula dengan air superheated (tekanan 50 pig, suhu 230 oC).

Pengeringan gula dilaksanakan di talang goyang/pengering gula. Gula dikarungi dalam keadaan dingin agar tidak menggumpal/basah dalam penyimpanan.