Pada penelitian di masa mendatang perlu ditinjau mengenai model dinamika fluida pemisahan minyak nilam dan air distilat yang mencakup pengaruh laju alir distilat, rasio dimensi diameter dan tinggi separator dan analisa kromatografi gas pada air distilat yang terbuang.
Perlu dilakukan uji coba penyulingan dan pemisahan minyak nilam dan air distilat pada laju alir distilat yang lebih tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
Balittro 2004. Profil Pengusahaan Minyak Nilam. Unit Komersialisasi Balai Penelitian Rempah dan Obat (Balittro). Bogor.
Bird R B, Stewart W E, Lightfoot E N. 2002. Transport Phenomena. 2ed. John Wiley and Sons. USA.
Clark R J dan Read C. 2000. Production of Peppermint Oil. RIRDC. Australia de Nevers N. 2005. Fluid Mechanics for Chemical Engineers. Ed 3. McGraw-Hill
International.
Denny E F K. 2001. Field Distillation for Herbaceous Oil. Denny, McKenzie Associates. Australia.
Denny E F K. 2002. Distillation of Eucalyptus Oil. Penerbit Taylor and Francis. Fleisher A, Fleisher Z. 1985. Yield and quality of essential oil from Pelargonium
graveolens cultivated in Israel. J. Sci. Food. Agric. 36 : 1047-1050 dalam Masango P. 2005. Cleaner production of essential oils by steam distillation. J. Cleaner Production, 13: 833-839.
Guenther E. 1987. Minyak Atsiri. Jilid I. Terjemahan. Semangat Ketaren. UI-Press. Jakarta.
Hansen E W M. 2001. Phenomenological Modelling and Simulation of Fluid Flow and Behaviour in Offshore Gravity Separators. PVP-Vol. 431.
Ketaren S. 1985. Teknologi Minyak Atsiri. Balai Pustaka. Jakarta.
Lawrence B. 1995. The Isolation of Aromatic Materials from Natural Plant Products. dalam Manual on Essential Oil Industry. De Silva, K Tuley [Editor]. UNIDO. Austria.
Masango P. 2005. Cleaner production of essential oils by steam distillation. J.Cleaner Production, 13: 833-839.
McCabe W L, Smith J C, Harriott P. 1985. Unit Operations of Chemical Engineering. Ed4. McGraw-Hill Book Company. Singapura.
Nurdjannah N, Hidayat T, Winarti C. 2006. Teknologi Pengolahan Minyak Nilam. Balitbang Deptan.
Oldcastle. 2010. Oil Water Separators Guidelines for Design, Instalation and Operation. Oldcastle Inc. USA.
42
Perry R H dan Green D W. 1999. Perry’s Chemical Engineer’s Handbook. McGraw Hill. USA.
Rajeswara-Rao B R, Kaul P N, Syamasundar K V, Ramesh S. 2002. Water soluble fractions of rose-scented geranium (Pelargonium species) essential oil. Biores. Technology, 84: 243-246.
Rangus A. 2007. The Essential Oil Industry in The Former Yugoslavia. IFEAT International Conference Proceedings. Hongaria.
Sastrohamidjojo H. 2004. Kimia Minyak Atsiri. UGM Press. Yogyakarta.
Seidel R. 2009. Essential Oil Separator for Making Essential Oils and Hydrosols. www.essentialoil.com/essencier.html [akses pada tanggal 13 Januari 2009] Yanyan, Zainuddin A, Sumiarsa D. 2004. Peningkatan Kadar Patchouli Alkohol
Minyak Nilam (Patchouli Oil) dan Usaha Derivatisasi Komponen Minornya. Perkembangan Teknologi TRO VOL. XVI, No 2.
Rajendra I M dan Anom Arsani I A. 2009. Proses Dekantasi Minyak Atsiri dengan Variasi Plat Interceptor dalam Dekanter. Jurnal Kimia 3 (2) : 81-86
44
Lampiran 1.
A. Kecepatan Rata-Rata Butiran Minyak Nilam Bergerak Naik dalam Air pada Berbagai Suhu
Suhu Rata-Rata (oCelcius) Jarak (mm) Waktu (menit) Kecepatan Rata-Rata (mm/menit) 28.0 300 45 6.6 38.5 300 41 7.3 43.8 300 22 13.5 53.5 300 17 18.0 62.0 300 11 27.0
B. Prosedur Pengukuran Kecepatan Butiran Minyak Nilam dalam Air
Gelas ukur berpenutup berukuran 1000 ml dengan tinggi 300 mm diberi alat pengukur suhu (termometer) pada bagian atasnya. Sebanyak 900 ml air dengan beberapa variasi suhu (28oC sampai 62oC) dan 100 ml minyak nilam dituang ke dalam gelas ukur tersebut, lalu ditutup dan dikocok. Setelah pengocokan maka campuran cairan menjadi homogen. Selanjutnya campuran tersebut dibiarkan selama waktu tertentu (menit), diukur dengan menggunakan stoptwatch. Pengamatan dihentikan ketika minyak dan air berpisah sempurna; terlihat jelas pemisahannya (clear), dan pengamatan dihentikan (stopwatch stop). Pengukuran dilakukan dengan dua kali ulangan. Perhitungan kecepatan rata-rata butiran minyak nilam bergerak naik dalam air adalah sebagai berikut:
Kecepatan Rata - Rata (mm/menit) = Jarak (mm) Waktu (menit)
45
Lampiran 2.
A. Prosedur Pengukuran Kehilangan (Loss) Minyak Nilam pada Separator Pada lubang pengeluaran air buangan distilat pada separator (baik prototipe ataupun separator konvensional IKM) ditempatkan sebuah botol yang berisi spon. Selama periode penyulingan tertentu air buangan distilat masuk melewati spon tersebut. Cairan (campuran minyak dan air) yang terikat pada matriks spon selanjutnya diperas. Selanjutnya minyak dan air tersebut dipisahkan dengan melewatkannya melalui saringan kain monel. Volume minyak yang diperoleh diukur dengan menggunakan gelas ukur (ml).
B. Perhitungan Kehilangan (Loss) Minyak Nilam pada Separator
Cara perhitungan persentase kehilangan minyak nilam pada separator adalah sebagai berikut :
% Kehilangan (vol/bobot) = Volume minyak yang lolos dari separator (liter) x 100% Bobot minyak yang diperoleh (kg)
C. % Kehilangan (loss) Rata-Rata Minyak Nilam pada Separator Prototipe Skala Industri Suhu (oCelcius) "loss" minyak (ml) Minyak diperoleh (Kg) % Kehilangan (v/b) 36 5.0 2.65 0.19 39 3.3 2.00 0.17 43 4.5 3.33 0.14 47 2.1 2.45 0.09
46
Lampiran 3.
Perhitungan Disain Separator Prototipe
Pada tahap awal laju distilat yang akan digunakan ditentukan dahulu yaitu
Z liter/menit atau 1000Z cm3/menit. Selanjutnya ditentukan suhu pemisahan X oC untuk separator ketika bekerja berdasarkan suhu pemisahan yang dianggap terbaik pada pengukuran kecepatan butiran minyak nilam bergerak naik dalam air.
Diamater silinder dalam ditentukan yaitu sebesar A cm. Lalu dihitung luas alas silinder dalam ini dengan menggunakan perhitungan luas alas lingkaran diperoleh luas alas sebesar B cm2. Asumsi holding time (waktu yang aman bagi minyak nilam untuk berpisah dari air) yaitu selama 4 menit. Hal ini berarti volume yang masuk ke dalam silinder dalam selama 4 menit yaitu sebanyak C cm3.
Volume = Luas Alas x Tinggi
C cm3 = B cm2 x Tinggi Tinggi = D cm
Maka tinggi silinder dalam yang aman untuk menampung laju alir distilat Z
liter per menit yaitu Y cm ( ditambah dengan extra safety).
Pada suhu XoC, kecepatan linier butiran-butiran minyak nilam bergerak naik dalam air yaitu E mm per menit atau F cm per menit. Supaya kecepatan air bergerak turun kurang dari kecepatan minyak nilam bergerak naik maka luas permukaan di luar silinder dalam harus lebih besar daripada Z x 1000 ÷ F = G
cm2.
Luas permukaan (dasar separator) menjadi B + G = H cm2. Untuk mendapatkan nilai diameter separator yang diperoleh dari:
Luas Alas = π x jari-jari
H = π x jari-jari Jari-jari = cm
47
Lampiran 3 (Lanjutan)
Maka diameter separator keseluruhan yang dapat memberikan margin keamanan yaitu I cm (ditambah safety). Dengan demikian luas alas dasar separator total sebesar J cm2. Luas alas dasar di luar silinder dalam sebesar J - B = K cm2.
Pada laju alir distilat sebesar Z liter/menit, kecepatan fluida bergerak turun dalam ruang di silinder luar sebesar Z x 1000 ÷ K = L cm per menit. Hal ini berarti kecepatan bergeraknya air turun lebih rendah daripada kecepatan bergeraknya butiran minyak nilam dalam air. Jika kecepatan minyak lebih lambat daripada kecepatan air maka minyak tersebut mudah terbawa air buangan dan terjadi kehilangan (loss).
48
Lampiran 4.
Perhitungan Bilangan Reynold (NRe)
Bilangan Reynold = (diameter x kecepatan x densitas) / (viskositas)
Keterangan: Diameter (m) Kecepatan (m/detik) Densitas (kg/m3) Viskositas (kg/m detik)
Jika NRe < 2100 maka aliran fluida termasuk region laminar Jika NRe > 2100 maka aliran fluida termasuk region turbulen
A. Perhitungan 1. Bilangan Reynold untuk separator prototipe skala industri
(Pendekatan berdasarkan laju alir distilat yang masuk ke separator pada suhu 45oC)
Diketahui : Diameter silinder dalam = 15 x 10-2 m Tinggi silinder dalam = 60 x 10-2 m
Luas permukaan selubung silinder dalam = 0.28 m2 Laju alir = 1.2 L/menit = 0.072 m3/jam
Kecepatan aliran = 0.072/(3600 x 0.28) = 7.14 x 10-5 m/detik Diameter pipa corong J = 2.54 x 10-2 m
Densitas fluida = 1000 kg/m3
Viskositas fluida = 0.6 x 10-3 kg/m detik
Maka Bilangan Reynold (NRe) = (2.54 x 10-2 x 7.14 x 10-5 x 1000)/( 0.6 x 10-3) = 3.02 (region laminar)
B. Perhitungan 2. Bilangan Reynold untuk separator prototipe skala pilot
(Pendekatan berdasarkan laju alir distilat sebesar 60 ml/menit yang masuk ke dalam separator)
Diketahui : Diameter silinder dalam = 4 x 10-2 m Tinggi silinder dalam = 23 x 10-2 m
Luas permukaan selubung silinder dalam = 0.028 m2 Laju alir = 60 ml/menit =3.6 x 10-3 m3/jam
Kecepatan aliran = 3.6 x 10-3/(3600 x 0.028) = 35.7 x 10-5 m/detik Diameter pipa corong J = 1 x 10-2 m
Densitas fluida = 1000 kg/m3
Viskositas fluida = 0.6 x 10-3 kg/m detik
Maka Bilangan Reynold (NRe) = (1 x 10-2 x 35.7 x 10-5x 1000)/( 0.6 x 10-3) = 5.95 (region laminar)
49
C. Perhitungan 3. Bilangan Reynold untuk separator prototipe skala pilot
(Pendekatan berdasarkan laju alir distilat sebesar 90 ml/menit yang masuk ke dalam separator)
Diketahui : Diameter silinder dalam = 4 x 10-2 m Tinggi silinder dalam = 23 x 10-2 m
Luas permukaan selubung silinder dalam = 0.028 m2 Laju alir = 90 ml/menit =5.4 x 10-3 m3/jam
Kecepatan aliran = 5.4 x 10-3/(3600 x 0.028) = 53.6 x 10-5 m/detik Diameter pipa corong J = 1 x 10-2 m
Densitas fluida = 1000 kg/m3
Viskositas fluida = 0.6 x 10-3 kg/m detik
Maka Bilangan Reynold (NRe) = (1 x 10-2 x 53.6 x 10-5x 1000)/( 0.6 x 10-3) = 8.93 (region laminar)
50
Lampiran 5.
Simulasi % Kehilangan Minyak Nilam dalam Separator dengan Kecepatan Minyak Nilam Bergerak Naik dalam Air (% Kehilangan sebagai fungsi dari kecepatan) y = 5.7956x-1.5629 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 Kecepatan (mm/menit) K e h ila n g a n ( % ) Y = Kehilangan minyak (%)
51
Lampiran 6.
Persamaan Neraca Momentum untuk Fluida di dalam Separator ( diasumsikan sebagai aliran fluida di dalam silinder, Bird 19)
Asumsi-asumsi: • steady-state • aliran laminar • densitas = ρ • viskositas = μ • tinggi silinder = L • radius silinder = R • kecepatan = v Postulat: vz = vz (r) vr = 0 p = p(z) τrz = τzr = - μ (dvz/dr) Neraca momentum: (2πrLφrz)|r - (2πrLφrz)|r+∆r + (2πr∆r)(φzz)|z=0 - (2πr∆r)(φzz)|z=L + (2πr∆rL)ρg =0 ...(1) Dibagi dengan 2π∆rL dan limit ∆r → 0 :
Lim {(rφrz)|r +∆r - (rφrz)|r} = {(φzz)|z=0 - (φzz)|z=L + ρg } r ……….(2) ∆r→0 ∆r L
Turunan pertama r τrz terhadap r :
∂ (rφrz) = (φzz|z=0 - φzz|z=L + ρg) r ……….(3) ∂r L φrz = τrz + p vr vz = - μ(∂vz/∂r)+ ρ vrvz ... (4) φzz = p + τzz + ρ vzvz = p - 2μ(∂vz/∂z)+ ρ vzvz ………...(5) Persamaan (3) menjadi : ∂ (r τrz) = ((p0 - ρg0) -(pL - ρgL) r = (Po - PL) r………....(6) ∂r L L
Persamaan (6) diintegralkan menjadi: τrz = (Po - PL) r + C1 2L r C1 → Pada r = 0, τrz = finit → C1 = 0
τrz = (Po - PL) r 2L
52 vz = - (Po - PL) r2 + C2 4 μ L C2 → pada r = R, vz = 0, C2 = (Po - PL) R2 4 μ L Distribusi Kecepatan, vz = (Po - PL) R2 [ 1 - (r/R)2 ] 4 μ L
Kecepatan Maksimum, vz max → pada r = 0 :
vz max = (Po - PL) R2 4 μ L
Kecepatan Rata-Rata < vz> = laju alir volumetrik / luas alas selubung silinder
< vz> = (Po - PL) R2 = vz max/2 4 μ L
53
Lampiran 7.
Simulasi Prediksi Hubungan Laju Alir Distilat Terhadap Kecepatan Air Bergerak Turun Di Dalam Separator Prototipe
y = 0.0005x - 2E-15 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Laju alir distilat (cm3/menit) = X
Kec e p a tan a ir tu ru n (c m /m n t) = Y
Grafik di atas di plot berdasarkan simulasi data pada Tabel di bawah ini:
Laju alir (cm3/menit) = X kecepatan air *(cm/menit) = Y
1200 0.55 1400 0.64 1600 0.73 1800 0.82 2000 0.91 2200 1.00 2400 1.09 2600 1.18 2800 1.27 3000 1.36 3200 1.46 3400 1.55
* kecepatan air diperoleh dari = ( luas alas total separator prototype/laju alir )
Contoh: Pada laju alir 1200 cm3/menit, kecepatan air bergerak turun di dalam separator yaitu sebesar 2198/1200 = 0.55 cm/menit