www.themegallery.com
L/O/G/O
“PENINGKATAN KINERJA EKSTRAKSI ETHANOL
DARI BROTH SINTETIK MENGGUNAKAN PELARUT
ALKOHOL YANG MEMPUNYAI ATOM C LEBIH
TINGGI: EKSPERIMEN DAN PEMODELAN”
Disusun oleh:
Achbarida Praba A Ika Purwantiningsih
2308 100 064 2308 100 072
Pembimbing:
Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M. Eng
Ir. Budi Setiawan, MT
Laboratorium Teknologi Biokimia
Jurusan Teknik Kimia
www.themegallery.com
Latar Belakang
“ Menunjukan kinerja dari macam pelarut terhadap kinerja packed coloumn yang dinyatakan sebagai %recovery ekstraksi”
Kinerja Pelarut
1. Dipengaruhi oleh 2 parameter yakni Kde dan 2. Menggunakan pelarut n-amyl alcohol dan
1-dodecanol
Ekstraksi
1. Membantu proses pemisahan kolom distilasi 2. Pemilihan pelarut untuk menunjang fermentasi
ekstraktif
Fermentasi Kontinyu
1.Memperbaiki kelemahan Fermentasi Batch 2. Masih mengandung gula sisa fermentasi
www.themegallery.com
Rumusan Masalah
Penelitian ini dilakukan untuk menunjukkan kinerja
dari beberapa macam pelarut, laju alir pelarut dan macam
packing terhadap proses ekstraksi yang akan menunjang
proses fermentasi ekstraktif secara eksperimen maupun
permodelan yang dinyatakan sebagai %recovery.
www.themegallery.com
Batasan Masalah
Proses berjalan Isothermal
Proses ekstraksi berjalan
steady state
Pressure Drop diabaikan
Pola alir Plug Flow 4
1
2
3
www.themegallery.com
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mempelajari secara teoritis dan
eksperimen pengaruh jenis, laju alir
pelarut dan jenis packing terhadap
kinerja packed column yang
dinyatakan dengan %recovery
ekstraksi
Tujuan
www.themegallery.com
Relevansi atau Manfaat Tugas Akhir
Manfaat
Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat
diperoleh usaha untuk memaksimalkan kinerja
packed coloumn yang dinyatakan sebagai
%recovery ekstraksi sehingga akan
mengurangi beban energi saat proses destilasi
dengan pemilihan pelarut yang tepat.
www.themegallery.com
Proses pemisahan satu atau lebih zat terlarut dari larutan dengan menggunakan pelarut yang mempunyai daya larut lebih besar dibandingkan larutan
Usaha untuk memperluas permukaan perpindahan massa dengan cara mengisi kolom dengan isian (packing) .
Pola aliran pada kolom secara aksial mempengaruhi perubahan konsentrasi dan secara horizontal dianggap sama
Ekstraksi cair-cair
www.themegallery.com
Packing
Syarat pokok untuk packing (isian menara) adalah :
Tidak bereaksi dengan fluida didalam menara.
Tidak korosif, biasanya terbuat dari bahan ceramics, carbon dan plastics.
Kuat, tetapi tidak terlalu berat.
Mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu banyak zat cair yang terperangkap atau menyebabkan penurunan tekanan terlalu tinggi.
Memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair dengan gas/cairan.
Tidak terlalu mahal.
Ukurannya kecil dan tidak lebih besar dari 1/8 diameter kolom.
ball
www.themegallery.com
Packed Column
Persamaan neraca massa makroskopik
dz
Broth (F)
yin
E
xout
y c
y+dy x+dx
F
y
Ekstrak (E)
x
)()()()( yFxEyFxE outin
www.themegallery.com
• Persamaan Neraca Massa mikroskopik
• Untuk
• Adapun untuk menghitung koefisien transfer
massa digunakan persamaan Laddha dan
Degeelasan,1978
0z
F
AyyK
dz
dy od )( *
xSy *
0)( * zAyyKFyFy odzzzzz
www.themegallery.com
Sehingga didapat:
• Koefisien perpindahan massa overall
• %recovery
5.0)(023.0 cdsd SUk (Laddha dan Degaleesan, 1978)
%100cov% xy
yyeryre
in
outin
dcod kSkK
111 (Treyball, 1981)
www.themegallery.com
Peneliti-peneliti dahulu
• Mengkaji operasi ekstraksi, data karakteristik dan korelasi-korelasi yang ada untuk tipe packing tradisional yang diketahui tidak efisien untuk distilasi, absorpsi, dan stripping juga tidak efisien untuk ekstraksi
Laddha dan Dgaleesan
(1978)
• Melakukan upaya-upaya penghambatan pertumbuhan mikroorganisme oleh etanol yang diproduksi dan mengusulkan proses fermentasi ekstraktif
Minier Gomma (1982)
• Memprediksikan model produktivitas etanol 82,6 gr/L jika feed glukosa 750 gr/L difermentasikan dengan pelarut yang memiliki koefisien distribusi sebesar 0,5 pada laju pelarutan pelarut sebesar 5h-1
Kollerup dan Daugulis (1985)
www.themegallery.com
Peneliti-peneliti terdahulu
• Mengkaji sistem fermentasi ekstraktif menggunakan immobilized yeast cells yang dikembangkan untuk mempelajari produksi etanol dari gula konsentrasi tinggi
Baros, Cabral, dan
Novais(1987)
• Mengkaji karakteristik hidrodinamik dan perpindahan massa pada ekstraksi didalam 10,2 cm packed column untuk berbagai tpe packing seperti ceramic Raschig Ring, metal Pall Rings, dll. Kajian karakteristik hidrodinamik yang penting adalah kajian mengenai batas flooding, pressure drop dan disperse phas holdup.
A. Frank dan James R. Fair
(1988)
• Mengkaji garis besar performa pelarut yang ditunjukkan dari nilai Kde dan alfa yang dipengaruhi oleh cabang dan posisi dari hidroxyl serta solubilitas dari macam-macam pelarut.
Richard D. Offeman dkk
(2008)
www.themegallery.com
Penelit
ian
Penelitian dilakukan secara eksperimen dan permodelan
KD
E
Untuk permodelan,diperlukan nilai koefisien distribusi etanol yang didapat secara eksperimen
% e
rror Perbedaan
hasil eksperimen dan pemodelan dinyatakan dalam % error
www.themegallery.com
Langkah-langkah Simulasi
Eksperimen
Validasi
Data sifat kimia & fisika bahan
Data properties packing
Data parameter Thermodinamika
Estimasi harga kc, kd, Kod dengan korelasi Laddha dan Degaleesan
Permodelan packed column untuk ekstraksi etanol dengan pelarut n-amyl alcohol dan 1-dodecanol menggunakan Metode Euler Modifikasi
Koefisien transfer massa pelarut n-amyl alcohol dan 1-dodecanol
% Recovery ekstraksi
www.themegallery.com
Kondisi Operasi
Suhu
Laju Alir
Broth
Tinggi
Packing
Diameter
Kolom
10% 1 atm
9,6
cm3/menit 35 cm
310,15 K
3 cm
Konsentra
si etanol
di broth
Tekanan
Kondisi
Operasi
www.themegallery.com
Variabel yang dipelajari
• n-amyl alcohol
•1-dodecanol
•Glass Raschig Rings 7 mm
panjang 1 cm
•Ball 6 mm
Macam
Pelarut
Laju Alir
Fasa Pelarut
Tipe
Packing
Variabel Penelitian
• 10-40 cm3/menit
www.themegallery.com
Variabel Penelitian
Variabel
Response
2.
% recovery
ekstraksi
1.
Koefisien
Transfer
Massa fasa
disperse
(kd)
www.themegallery.com
Prosedur Penelitian Pemodelan
www.themegallery.com
a. Pengambilan Data Kesetimbangan
Prosedur
Penelitian
4
Melakukan langkah 1-3
hingga 3 kali
1
Mencampurkan broth
dengan pelarut pada
perbandingan
pelarut:broth sebesar 1:9
3
Menganalisa tiap broth
menggunakan Gas
Chromatography untuk
ekstrak dan rafinat
2
Mengocok campuran
broth dan etanol pada
corong pemisah
5
Membuat grafik
kesetimbangan antara
ekstrak dan rafinat
www.themegallery.com
a. Penentuan koefisien perpindahan massa fasa kontinyu
Menentukan Sauter Mean Drop diameter
Menentukan Slip Velocity untuk aju alir fasa terdipersi rendah
Menentukan Tortuosity factor
Menentukan kecepatan superficial fasa kontinyu pada saat flooding 4
1
2
3
Menentukan kecepatan interstitial fasa kontinyu
Menentukan Slip Velocity l untuk aju alir fasa terdipersi tinggi
5
6
b. Perhitungan %Recovery
www.themegallery.com
Perhitungan %Recovery
b. Penentuan koefisien perpindahan massa fasa Terdispersi
Menentukan
bilangan
Schmidt
untuk fasa
terdispersi
Menentukan
teta untuk
menentukan
penggunaan
rumus kd
www.themegallery.com
Perhitungan %Recovery
Menentukan kecepatan superficial fasa kontinyu pada saat flooding
c. Menghitung nilai koefisien perpindahan massa overall
dengan menyubstitusi kedua koefisien tersebut
d. Menentukan nilai distribusi aksial konsentrasi solute dalam
fasa kontinyu maupun fasa terdispersi dengan menggunakan
neraca massa mikroskopik
e. Memprediksi berapa banyak solute yang
terekstrak (yakni dalam %recovery)
www.themegallery.com
Prosedur Penelitian Eksperiment
www.themegallery.com
1. Mengalirkan larutan n-amyl alcohol dan
broth ke dalam packed column secara
Counter-current dengan laju alir yang telah
ditentukan dengan raschig ring packing
2. Menampung hasil ekstrak yang keluar
dari packed column
4. Mengulangi langkah 1-3 dengan
menggunakan pelarut 1-dodecanol
3. Menganalisa kadar etanol hasil ekstrak
dengan metode GC
Eksperiment 5. Menghitung % recovery etanol
6. Mengulangi langkah 1-5 dengan ball
packing
www.themegallery.com
Validasi Perhitungan
Validasi
Setelah dilakukan perhitungan secara teoritis menentukan
%recovery ethanol, maka perlu dilakukan eksperimen untuk
mengukur perbedaan nilai yang didapat secara teoritis
dengan aktual yang disajikan dalam bentuk %error
www.themegallery.com
Eksperimen Kesetimbangan
y = 0,9092x
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 2 4 6 8
Ek
str
ak
Rafinat
Gambar 1 Grafik Kesetimbangan Broth
dengan Pelarut n-amyl alcohol
y = 0,8154x
0
1
2
3
4
5
6
7
0 2 4 6 8 10
Ekstr
ak
Rafinat
Gambar 2 Grafik Kesetimbangan Broth
dengan Pelarut 1-dodecanol
www.themegallery.com
Perbandingan Hasil Eksperimen dan Permodelan
Ekstraksi Menggunakan Packing Raschig Rings
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0 10 20 30 40 50
Kd
LD (cm3/menit)
Kd Eksperimen
Kd Permodelan
%error rata-
rata= 1,04%
Gambar 3 Grafik perbandingan hubungan antara LD (Liquid Disperse)
terhadap kd secara Eksperimen dan Permodelan Pelarut 1-dodecanol
dengan raschig ring packing
0
0,002
0,004
0,006
0,008
0,01
0,012
0 20 40 60
Kd
LD (cm3/menit)
Kd Eksperimen
Kd Permodelanl
%error
rata-rata=
5,36%
Gambar 4 Grafik perbandingan hubungan antara LD (Liquid Disperse)
terhadap kd secara Eksperimen dan Permodelan Pelarut n-amyl alcohol
dengan raschig ring packing
www.themegallery.com
Perbandingan Hasil Eksperimen dan Permodelan
Ekstraksi Menggunakan Packing Raschig Rings
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50
%re
co
ve
ry
LD (cm3/menit)
%recovery eksperimen
%recovery permodelan
%eror rata-
rata= 10,5%
Gambar 5 Grafik perbandingan hubungan antara LD (Liquid Disperse) terhadap
%recovery secara Eksperimen dan Permodelan pelarut 1-dodecanol dengan raschig
ring packing
www.themegallery.com
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50
%re
co
very
LD (cm3/menit)
%recovery eksperimen
%recovery permodelan
%eror rata-rata= 10,10%
Perbandingan Hasil Eksperimen dan Permodelan
Ekstraksi Menggunakan Packing Raschig Rings
Gambar 6 Grafik perbandingan hubungan antara LD (Liquid Disperse) terhadap
%recovery secara Eksperimen dan Permodelan pelarut n-amyl alcoholdengan raschig
ring packing
www.themegallery.com
Perbandingan Hasil Eksperimen dan Permodelan
Ekstraksi Menggunakan Ball Packing
Gambar 7 Grafik perbandingan hubungan antara LD (Liquid Disperse)
terhadap kd secara Eksperimen dan Permodelan Pelarut 1-dodecanol
dengan raschig ring packing
Gambar 8 Grafik perbandingan hubungan antara LD (Liquid Disperse)
terhadap kd secara Eksperimen dan Permodelan Pelarut n-amyl alcohol
dengan raschig ring packing
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0 10 20 30 40 50
Kd
LD (cm3/menit)
Kd Permodelan
Kd Eksperimen
% error rata-
rata = 3,81%
0
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
0 20 40 60
Kd
LD (cm3/menit)
Kd Permodelan
Kd Eksperimen
% error rata-
rata = 0,84%
www.themegallery.com
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50
%re
co
very
LD (cm3/menit)
%Recovery Permodelan
% Recovery Eksperimen
%eror rata-rata= 15,14%
Perbandingan Hasil Eksperimen dan Permodelan
Ekstraksi Menggunakan Packing Ball
Gambar 9 Grafik perbandingan hubungan antara LD (Liquid Disperse) terhadap
%recovery secara Eksperimen dan Permodelan pelarut 1-dodecanol dengan raschig ring
packing
www.themegallery.com
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50
%re
co
ve
ry
LD (cm3/menit)
%recovery eksperimen
%recovery permodelan
%eror rata-rata10,8%
Perbandingan Hasil Eksperimen dan Permodelan
Ekstraksi Menggunakan Ball Packing
Gambar 10 Grafik perbandingan hubungan antara LD (Liquid Disperse) terhadap %recovery
secara Eksperimen dan Permodelan pelarut n-amyl alcoholdengan raschig ring packing
www.themegallery.com
Perbandingan Eksperimen Ekstraksi Menggunakan
Ball Packing dengan Glass Raschig Rings
Gambar 11 Grafik perbandingan hubungan antara LD (Liquid
Disperse) terhadap kd secara Eksperimen dan Permodelan Pelarut 1-
dodecanol dengan raschig ring packing
Gambar 12 Grafik perbandingan hubungan antara LD (Liquid
Disperse) terhadap kd secara Eksperimen dan Permodelan Pelarut n-
amyl alcohol dengan raschig ring packing
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60
%R
Eeco
very
LD (cm3/menit)
%Recovery Raschig Ring Packing
%Recovery Ball Packing
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60
%R
Eeco
very
LD (cm3/menit)
%RecoveryRaschig Rings Packing
%Recovery Ball Packing
www.themegallery.com
Perbandingan Permodelan Ekstraksi Menggunakan
Ball Packing dengan Glass Raschig Rings
Gambar 13 Grafik perbandingan hubungan antara LD (Liquid
Disperse) terhadap kd secara Eksperimen dan Permodelan Pelarut 1-
dodecanol dengan raschig ring packing
Gambar 14 Grafik perbandingan hubungan antara LD (Liquid
Disperse) terhadap kd secara Eksperimen dan Permodelan Pelarut n-
amyl alcohol dengan raschig ring packing
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60
%R
eco
very
LD (cm3/menit)
%recovery glass raschig rings
%recovery ball packing
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50
%R
eco
very
LD (cm3/menit)
%recovery glass raschig rings
%recovery ball packing
www.themegallery.com
Kesimpulan
1. Waktu steady state yang dibutuhkan untuk eksperimen proses ekstraksi adalah 7 menit
2. Kelarutan etanol terhadap n-amyl alcohol lebih besar dibanding pada 1-dodecanol, yakni
0,9092 pada n-amyl alcohol dan 0,8154 pada 1-dodecanol.
3. Semakin tinggi laju alir pelarut, maka semakin tinggi nilai koefisien transfer etanol
4. Koefisien transfer massa etanol (kd) pada pelarut n-amyl alcohol lebih besar dibandingkan
dengan pelarut 1-dodecanol
Raschig Rings
•1-dodecanol eksperimen = 0,0023486-0,0023538
•1-dodecanol permodelan = 0,0023494-0,0024155
•n-amyl alcohol eksperimen = 0,0060456-0,0060509
•n-amyl alcohol permodelan = 0,0060537-0,0061821
Ball Packing
•1-dodecanol eksperimen = 0,0026327-0,0032864
•1-dodecanol permodelan = 0,0026421-0,0027282
•n-amyl alcohol eksperimen = 0,0067048-0,006766
•n-amyl alcohol permodelan = 0,0067111-0,0068827
5. Semakin tinggi laju alir pelarut, semakin tinggi pula %recovery etanol baik pada
eksperimen maupun pada permodelan
www.themegallery.com
6. Persen recovery etanol menggunakan pelarut n-amyl alcohol lebih besar dibanding pada
pelarut 1-dodecanol
Raschig Rings
•1-dodecanol eksperimen = 76,36%-86,437%
•1-dodecanol permodelan = 78,779%-99,097%
•n-amyl alcohol eksperimen = 82,413%-90,033%
•n-amyl alcohol permodelan = 90,579%-99,997%
Ball Packing
•1-dodecanol eksperimen = 61,775%-84,802%
•1-dodecanol permodelan = 74,683%-96,505%
•n-amyl alcohol eksperimen = 81,192%-88,543%
•n-amyl alcohol permodelan = 87,952%-99,934%
7. Persen recovery etanol menggunakan Raschig Rings packinglebih besar dibanding dengan
menggunakan Ball packing
8. Hasil perbandingan antara hasil eksperimen dan permodelan didapatkan
Raschig Rings Ball Packing
•%error rata-rata 1-dodecanol =10,5% 15,14%
•%error rata-rata n-amyl alcohol =10,107% 10,8%
www.themegallery.com
Saran
1. Melakukan analisa GC langsung setelah eksperimen dilakukan untuk
mencegah pelarut maupun etanol banyak yang menguap sehingga
menyebabkan ketidakvalidan data yang dihasilkan.
2. Melakukan eksperimen maupun permodelan ekstraksi etanol dengan
pelarut 1-octanol
3. Melakukan proses ekstraksi secara eksperimen dan permodelan dengan
meninjau selektivitas pelarut.
www.themegallery.com
L/O/G/O
Thank You!
www.themegallery.com
• Fermentasi Ekstraktif
• Ekstraksi cair-cair dalam packed column
• Macam Pelarut
• Packed Column
• Packing
• Bahan dan Alat
• Rencana Jadwal Penelitian
• Perbandingan void dan a
• Perhitungan broth
• Error