CONTOH JURNAL TENTANG DESTILASI TERBARU DAN LENGKAP

DISTILASI UAP PADA PEMISAHAN MINYAK ATSIRI

DENGAN MENGGUNAKAN UAP SUPERHEATED

Penelitian tentang distilasi uap dengan menggunakan uap superheated bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan uap superheated serta suhu uap terhadap laju perolehan hasil distilasi uap, waktu distilasi dan efisiensi energi untuk distilasi. Penelitian dilakukan di dalam kolom distilasi berdiameter 30 cm, tinggi 50 cm yang dilengkapi dengan boiler sebagai sumber uap air dan kondenser dengan tipe double pipe. Percobaan dilakukan dengan bahan kertas yang dibasahi dengan minyak kerosene dengan kadar tertentu dan bunga melati. Mula-mula bahan yang akan didistilasi dimasukkan ke dalam kolom distilasi dan dialiri uap air superheated pada suhu tertentu. Uap minyak dan air yang keluar dari kolom distilasi kemudian dikondensasikan dan sampel yang keluar diukur volume minyak dan airnya serta dicatat setiap dua menit.

Dari percobaan yang dilakukan telah menunjukkan peningkatan laju perolehan minyak dalam distilat dengan peningkatan suhu uap dan memperbesar komposisi minyak dalam distilat, Laju perolehan minyak tertinggi diperoleh pada suhu uap 120^oC. Laju uap yang tinggi akan menurunkan komposisi minyak dalam distilat tetapi menaikkan laju perolehannya. Beban padatan yang tinggi dalam kolom distilasi akan meningkatkan laju perolehan minyak tetapi memperlama waktu distilasi. Untuk bahan dengan kadar minyak yang rendah, peningkatan suhu uap tidak secara signifikan menaikkan laju perolehan minyak

Kata kunci : distilasi uap, uap superheated, minyak atsiri

ABSTRACT

Study on steam distillation using superheted steam is aimed to obtain the influence of superheted steam and steam temperature on the rate of distilation product, distillation time and energy efficiency. This study is conducted on distillation column 30 cm in diamter, 50 cm in height equiped with boiler and double pipe condenser. Experiment was using paperboard wetted with kerosene in specific moisture and jasmine flower. The material is subjected to distilation colum and closed tightly. Superheated steam at certain temperature flows through the material. The discharged  sample was measured its volume and recorded every two minutes

The research concluded that rate of oil distilat increased with increasing of temperature of steam. The composition of oil was also increasing. The highest oil rate was reached at temperature of 120^oC. Higher rate of steam will lower the composition of oil in the distilate but increase its rate. The higher load of solid increase rate of distilation product but require longer time to reach final result. Steam temperature has little influence on the rate of distillation at low composition of oil in solid

Keyword : steam distillation, superheted steam, essential oil

PENDAHULUAN

Prinsip dari distilasi uap adalah dengan mengalirkan uap air ke dalam campuran bahan yang terdapat komponen yang akan dipisahkan. Contohnya adalah pada pemisa-han minyak atsiri yang terdapat pada batang, daun dan bunga tumbuhan. Aliran uap air di sekitar batang, daun atau bunga akan menyebabkan dari minyak akan ter uapkan dan terbawa bersama uap air yang kemudian diembunkan dan terpisah dengan cara dekantasi.

Penelitian tentang distilasi uap diarahkan untuk menemukan cara pemisahan minyak atsiri dari tumbuhan tertentu dengan membuat beberapa variabel seperti ukuran pencacahan bahan, kepadatan bahan, bentuk alat distilasi dan lain-lain. Dalam penelitian ini akan dicoba untuk menerapkan prinsip thermodinamika kesetimbangan uap-liquid-liquid agar biaya operasional distilasi menjadi lebih murah.

Jika uap air mengalir melalui bahan yang mengandung minyak atsiri maka sebagian uap air akan mengembun dan menguapkan minyak atsiri. Banyaknya minyak yang menguap ini adalah sedemikian rupa sehingga jika distilasi diakukan pada tekanan atmosfer maka konsentrasi minyak maksimum pada fase uap adalah sesuai dengan tekanan parsial uap jenuhnya. Kebanyakan operasi distilasi uap, tekanan parsial minyak belum mencapai tekanan jenuh atau tekanan maksimumnya karena sedikitnya waktu kontak antara uap air dengan bahan yang didistilasi.

Penelitian ini mencoba untuk mengatasi lamanya operasi distilasi dengan menggunakan uap air superheated, bukan menggunakan uap saturated seperti yang selama ini dipakai. Jika suhu uap adalah sedemikian rupa, maka selama melewati bahan, tidak ada uap yang mengembun. Panas untuk menguapkan minyak hanya akan diambilkan dari panas sensibel dari uap air. Dengan menggunakan cara distilasi seperti ini diharapkan minyak atsiri yang terkandung dalam tumbuhan akan lebih banyak yang. Biaya operasi distilasi ini juga akan menjadil lebih kecil.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan uap bertekanan dan superheated serta suhu uap superheated pada proses distilasi uap terhadap yield hasil distilasi yang diperoleh, waktu distilasi dan energi yang diperlukan.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1   Prinsip Distilasi Uap

Distilasi uap merupakan salah satu jenis distilasi yang merupkan gabungan antara distilasi kontinu dan distilasi batch. Bahan yang akan dipisahkan dengan distilasi berada dalam kolom distilasi (batch) sedangkan uap air mengalir melalui bahan secara kontinu

Bahan baku yang akan didistilasi ditempatkan diatas plat penyangga yang berlubang-lubang tempat aliran uap. Selama operasi distilasi berlangsung, uap air akan mengalir melalui sela-sela bahan baku dan memanaskan minyak yang terkandung sehingga menguap dan terbawa bersama uap air. Campuran uap air dan uap minyak ini kemudian dembunkan di dalam kondenser sampai seluruhnya mencair. Karena antara minyak dengan air tidak dapat larut maka akan dengan mudah dapat dipisahkan dengan cara didiamkan (dekantasi)

2.2 Kesetimbangan Uap-Liquid-Liquid

Distilasi uap dapat diterangkan secara thermodinamikan menggunakan kesetimbangan Uap-Liquid-Liquid. Kesetim-bangan uap-liquid dapat diterangkan dengan menggunakan hukum Raoult dimodifikasi, yang persamaannya dapat dituliskan

Dari persamaan 5 dan 6 dapat diketahui bahwa pada distilasi uap minyak akan dapat menguap pada suhu yang lebih rendah dari 100 ^oC pada tekanan 1 atm. Bentuk grafik kesetimbangan uap-cair untuk sistem dua komponen dengan liquid yang tidak saling larut tampak pada gambar 1.

Contoh sistem yang berhubungan dengan dengan kesetimbangan uap-liquid-liquid adalah pada distilasi uap. Antara minyak dengan air akan membentuk sistem yang tidak larut sama sekali. Jika sistem ini dididihkan maka komposisi uap yang terbentuk pada kesetimbangan akan berada pada titik E. Pada gambar tersebut tampak bahwa suhu T* nilainya selalu lebih rendah daripada titik didih minyak maupun titik didih air. Dengan menggunakan prinsip ini dapat disimpulkan bahwa dengan cara distilasi uap, titik didih minyak yang jika dalam keadaan murni akan jauh lebih tinggi daripada titik didih air, akan dapat diturunkan menjadi di bawah titik didih air. Karena itulah kebanyakan pemisahan minyak atsisri dilakukan dengan distilasi uap selain dengan cara ekstraksi.

3. METODE PENELITIAN

Penelitian dilakukan di dalam kolom distilasi berdiameter 30 cm, tinggi 50 cm yang dilengkapi dengan boiler sebagai sumber uap air dan kondenser dengan tipe double pipe seperti yang tampak pada Gambar 2. Percobaan dilakukan dengan bahan kertas yang dibasahi dengan minyak kerosene dengan kadar tertentu dan bunga melati sebagai bahan percobaan yang mengandung minyak atsiri. Mula-mula bahan yang akan didistilasi dimasukkan ke dalam kolom distilasi dan ditutup rapat. Selanjutnya air di dalam boiler dipanaskan sampai menguap. Uap yang keluar dari boiler kemudian dipanaskan kembali samapi suhu tertentu sehingga menjadi uap superheated. Uap minyak dan air yang keluar dari kolom distilasi kemudian dikondensasikan di dalam kondenser dan sampel yang keluar diukur volume minyak dan airnya serta dicatat setiap dua menit.

Grafik kesetimbangan T,x,y sistem ini dapat dilihat pada gambar 3. Seperti yang tampak pada grafik tersebut, kesetimbangan uap cair sistem air kerosene memiliki titik kesetimbangan tiga fase pada suhu 372,61 K dengan konsentrasi pada fraksi mol air 0,9804 atau setara dengan persen berat air 84.14%. Jika dilakukan distilasi uap pada kondisi kesetimbangan maka hasil distilat yang akan diperoleh akan memiliki komposisi 84.14% air dan 15.86% kerosene. Tetapi kebanyakan distilasi uap tidak memiliki cukup waktu untuk mencapai kesetimbangan ini sehingga biasanya komposisi air akan selalu lebih besar daripada komposisi kesetimbangannya.

4.2.  Pengaruh suhu uap terhadap laju perolehan minyak

Pada distilasi uap menggunakan bahan uji kerosene, didapatkan bahwa suhu uap berpengaruh terhadap laju perolehan distilat.

Dari percobaan yang dilakukan tampak bahwa jika suhu uap air ditinggikan maka volume minyak dalam distilat akan lebih cepat diperoleh. Seperti yang tampak pada gambar 4 dengan menaikkan suhu uap menjadi 105^oC volume minyak yang diperoleh pada waktu-waktu awal lebih besar daripada jika distilasi dilangsungkan pada suhu 100^oC. Hal ini menunjukkan bahwa distilasi uap akan lebih dapat dipercepat dengan menggunakan uap superheated daripada menggunakan uap saturated.

Jika menggunakan uap saturated maka ketika melewati tumpukan padatan yang akan didistilasi sebagian uap akan mengembun dimana panas yang terkandung akan digunakan untuk menguapkan minyak sehingga jumlah uap air akan berkurang. Hal ini tidak terjadi pada uap superheated, karena suhu uap lebih tinggi maka ketika melewati tupukan padatan maka uap air akan menggunakan panas sensibel yang dimiliki untuk memanaskan dan menguapkan minyak. Adanya panas sensibel ini akan mengurangi jumlah uap air yang mengembun sehingga baik uap air ataupun uap minyak akan berada dalam jumlah yang lebih besar. Adanya uap air yang mengembun akan mengurangi efektifitas distilasi uap karena adanya energi yang hilang. Hipotesis ini didukung oleh data eksperimen seperti tampak pada gambar 4 dan gambar 5 dimana dengan meningkatnya suhu uap maka jumlah uap yang mengembun sebelum sampai ke kondenser akan menjadi lebih kecil, ditunjukkan dengan meningkatnya laju akumulasi air distilat seiring meningkatnya suhu uap.

Peningkatan suhu uap tidak selalu diikuti oleh peningkatan laju akumulasi distilat minyak. Seperti tampak pada gambar 5 dengan meningkatkan suhu uap air dari suhu 100^oC menjadi 120^oC maka laju perolehan minyak akan menjadi lebih basar, tetapi jika suhu ditingkatkan menjadi lebih tinggi sampai 140^oC ternyata laju perolehan minyak menjadi menurun walaupun masih lebih tinggi daripada laju perolehan minyak pada suhu uap 100^oC. Hal ini menunjukkan bahwa ada suatu nilai suhu tertentu dimana laju perolehan minyaknya akan menjadi maksimum. Suhu uap air yang tinggi akan menyebabkan koefisien perpindahan panas akan menurun. Rendahnya koefisien perpindahan panas mengakibatkan minyak yang terkandung dalam padatan akan lebih lambat dalam menyerap panas dari uap air. Akibatnya adalah laju minyak yang menguap akan mengalami penurunan sehingga laju perolehan distilat minyak juga akan turun.

Grafik hubungan akumulasi distilat minyak terhadap waktu pada sistem kerosene untuk laju uap 29 L/menit pada beban tumpukan bahan (a) 300 gram dan (b) 600 gram

4.3.  Pengaruh laju uap terhadap laju perolehan minyak

Semakin tinggi laju uap akan meningkatkan laju perolehan minyak dalam distilat. Jika dibandingkan gambar 4 dengan gambar 5 menunjukkan bahwa laju akumulasi minyak yang lebih tinggi pada laj auap yang tinggi, dimana slope kurva hubungan antara akumulasi distilat terhadap waktu, untuk waktu awal akan lebih tinggi pada gambar 5 daripada gambar 4. Tetapi pening-katan laju perolehan minyak dengan semakin tingginya laju uap ini diikuti dengan penurunan komposisi minyak dalam distilat, dimana dengan tingginya laju uap maka komposisi distilat akan lebih banyak mengandung air baik untuk distilasi dengan uap saturated ataupun uap superheated. Hal ini merupakan suatu kerugian karena panas akan lebih banyak yang hilang

4.4.  Pengaruh beban distilasi terhadap laju perolehan minyak

Beban padatan bahan dalam kolom distilasi yang lebih besar akan meningkatkan laju perolehan minyak dalam distilat. Hal ini dapat dibandingkan antara gambar 5a dan gambar 5b dimana pada waktu-waktu awal komposisi minyak dalam distilat akan lebih tinggi untuk beban 600 gram dibandingkan pada beban 300 gram. Tetapi pada beban 600 gram waktu yang diperlukan untuk menghabiskan minyak di dalam padatan akan lebih lama. Dengan adanya beban padatan yang lebih besar maka waktu kontak antara uap air dengan minyak akan lebih lama sehingga transfer panas akan lebih besar yang mengakibatkan minyak yang menguap akan semakin banyak

4.5.  Distilasi uap pada bunga melati

Kadar minyak yang rendah pada bunga melati menyebabkan efektifitas pemanasan menjadi rendah. Waktu kontak antara uap air dan minyak tidak cukup lama untuk menguapkan minyak yang terkandung di dalam bunga sehingga komposisi minyak di dalam distilat akan didominasi oleh air, baik untuk waktu awal maupun akhir. Dengan meningkatkan suhu uap ternyata tidak terlalu meningkatkan komposisi minyak. Seperti tampak pada gambar 7, laju perolehan minyak dengan menggunakan suhu uap 130 ^oC tidak banyak berbeda dengan distilasi pada suhu 100 ^oC. Dalam hal ini penggunaan uap superheated akan efektif jika menggunakan bahan alam dengan kadar minyak yang tinggi mengingat dari percoba-an dengan menggunakan kerosene telah menunjukkan hasil yang berbeda.

Grafik hubungan akumulasi distilat terhadap waktu pada sistem bunga melati untuk laju uap 29 L/menit pada beban tumpukan sampel 1000 gram

KESIMPULAN

1.      Dengan peningkatan suhu uap telah menunjukkan peningkatan laju perolehan minyak dalam distilat, memperbesar komposisi minyak dalam distilat serta meningkatkan efisiensi energi untuk distilasi

2.      Semakin tinggi suhu uap air maka laju perolehan minyak akan menurun, suhu uap untuk laju perolehan minyak tertinggi diperoleh pada suhu 120^oC

3.      Laju uap yang tinggi akan menurunkan komposisi minyak dalam distilat tetapi menaikkan laju perolehannya.

4.      Beban padatan yang tinggi dalam kolom distilasi akan meningkatkan laju perolehan minyak tetapi memperlama waktu distilasi.

5.      Untuk bahan dengan kadar minyak yang rendah, peningkatansuhu uap tidak secara signifikan menaikkan laju perolehan minyak

DAFTAR NOTASI

P = Tekanan (kPa)                                                             subskrip

P^sat = tekanan uap jenuh (kPa)                                           i  = komponen i

P* = tekanan kesetimbangan tiga fase (kPa)                      superskrip

T = suhu (K)                                                                      a, b = fase a,b

x = fraksi mol fase cair                                                      * = pada kesetimbangan tiga fase

y = fraksi mol fase uap                                         

g = koefisien aktifitas

DAFTAR PUSTAKA

Chemat F., M.E. Lucchesi, J. Smadja, L. Favretto, G. olnaghi, F. Visinoni, 2006, Microwave accelerated steam distillation of essential oil from lavender: A rapid, clean and environmentally friendly approach, Analytica Chimica Acta, vol 555, Issue 1, p 157–160

Khoury, Fouad M, 2000, Predicting the Performance of Multistage Separation Processes, 2^nd ed, CRC Press, New York

Naima Sahraoui, Maryline Abert Vian, Isabelle Bornard, Chahrazed Boutekedjiret, Farid Chemat, 2008, Improved microwave steam distillation apparatus for isolation of essential oils: Comparison with conventional steam distillation, Journal of Chromatography A, vol 1210, Issue 2, p 229–233

Phineas Masango, 2005, Cleaner production of essential oils by steam distillation, Journal of Cleaner Production, vol 13 Issue 8, p 833 – 839

Rouatbi, Mouin ; Duquenoy, Albert ; Pierre Giampaoli, 2007, Extraction of the essential oil of thyme and black pepper by superheated steam, Journal of Food Engineering 78, p 708–714

Tri Yogo Wibowo , Suryatmi R.D, 2002, Kajian Proses Penyulingan minyak biji adas dengan metode uap langsung, Prosiding seminar nasional Undip,

Vargasa, R.M.F., N. Martinez, D. Lorenzo, E. Dellacassa, 2009, Steam distillation modeling for essential oil extraction process , Industrial Crops and Products, vol 29, Issue 1, p 171–176

Yang, N.S , Chuang, K.T , Afacan, A , 2003, Improving the Efficiency and Capacity of Methanol-Water Distillation Trays, Ind Eng Chem Res,  Vol 42. p 6601 – 6606

loading...