PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA I EKSTRAKSI CAIR-CAIR

I. TUJUAN

1. Mengenal dan memahami prinsip operasi ekstraksi cair-cair.

2. Menghitung koefisien distribusi dan yield proses ekstraksi.

3. Menghitung neraca massa proses ekstraksi pada beberapa variabel percobaan.

II. DASAR TEORI

Ekstraksi cair-cair (liquid extraction, solvent extraction) adalah proses pemisahan solut dari cairan pembawa (diluen) menggunakan solven cair. Campuran diluen dan solven bersifat heterogen (immiscible, tidak saling campur), dan jika dipisahkan terdapat 2 fase, yaitu fase rafinat berisi diluen dan sisa solut sedangkan fase ekstrak berisi solut dan solven (Mirwan, 2013).

Prinsip dasar dari ekstraksi cair-cair yaitu mengontakkan suatu larutan dengan pelarut (solven) lain yang tidak saling melarut (immiscible) dan mempunyai densitas yang berbeda sehingga akan terbentuk dua fasa setelah penambahan solvent. Perbedaan konsentrasi solut di dalam suatu fasa dengan konsentrasi pada keadaan seimbang merupakan pendorong terjadinya pelarutan (pelepasan) solut dari larutan yang ada. Hal ini menyebabkan terjadinya perpindahan massa solut dari pelarut asal ke pelarut pengekstrak (solven) disebabkan oleh adanya daya dorong (driving force) yang muncul akibat adanya beda potensial kimia antara kedua pelarut. Sehingga proses ektraksi cair-cair merupakan proses perpindahan massa yang berlangsung secara difusional (Nathan, P Joseph. 1967).

Proses ekstraksi cair-cair terdiri dari dua tahap, yaitu pencampuran secara intensif bahan ekstraksi dengan pelarut dan pemisahan kedua fase cair itu sesempurna mungkin dengan menggunakan corong pisah. Pemisahan terjadi atas dasar kemampuan larut yang berbeda dari komponen-komponen dalam campuran. Solut akan berpindah ke solven yang memiliki kemampuan lebih besar dalam mengikatnya (solut) (Timothy, C Frank and friends, 2008).

Ada tiga faktor penting yang berpengaruh dalam peningkatan karakteristik hasil dalam ekstraksi cair-cair, yaitu:

1. Kenaikan jumlah pelarut.

Kenaikan jumlah pelarut yang digunakan akan meningkatan hasil ekstraksi tetapi harus ditentukan rasio perbandingan pelarut-umpan yang minimum agar proses ekstraksi menjadi lebih ekonomis.

2. Waktu ekstraksi.

Ekstraksi yang efisien adalah maksimumnya pengambilan solut dengan waktu ekstraksi yang lebih cepat.

3. Kecepatan pengadukan.

Untuk ekstraksi yang efisien maka pengadukan yang baik adalah yang memberikan hasil ekstraksi maksimum dengan kecepatan pengadukan minimum, sehingga konsumsi energi menjadi minimum (Wibawa, Indra. 2010).

Untuk menghitung yield, koefisien distribusi, serta neraca massa dari komponen yang digunakan saat proses ekstraksi, perlu dilakukan pengukuran konsentrasi dari ekstrak yang diperoleh, salah satu caranya yaitu dengan memplotkan nilai absorbansi dengan kurva kalibrasi yang diperoleh dengan pengukuran menggunakan metode spektrofotometri sehingga diperoleh sebuah persamaan untuk menentukan jumlah konsentrasinya dalam volum.

Spektrofotometri merupakan salah satu metode dalam kimia analisis yang digunakan untuk menentukan komposisi suatu sampel baik secara kuantitatif dan kualitatif yang didasarkan pada interaksi antara materi dengan cahaya. Peralatan yang digunakan dalam spektrofotometri disebut spektrofotometer. Cahaya yang dimaksud dapat berupa cahaya visibel, UV dan inframerah, sedangkan materi dapat berupa atom dan molekul namun yang lebih berperan adalah elektron valensi. Konsentrasi dari analit di dalam larutan bisa ditentukan dengan mengukur absorban pada panjang gelombang tertentu dengan menggunakan hukum Lambert-Beer.

Hukum Lambert-Beer menyatakan hubungan linieritas antara absorban dengan konsentrasi larutan analit dan berbanding terbalik dengan transmitan (Triyati, Etty 1985).Dalam hukum Lambert-Beer tersebut ada beberapa pembatasan, yaitu :

b. Penyerapan terjadi dalam suatu volume yang mempunyai penampang yang sama c. Senyawa yang menyerap dalam larutan tersebut tidak tergantung terhadap yang lain

dalam larutan tersebut

d. Tidak terjadi fluorensensi atau fosforisensi

e. Indeks bias tidak tergantung pada konsentrasi larutan Hukum Lambert-Beer dinyatakan dalam rumus sbb :

A = e.b.c

dimana : A = absorbansi e = absorptivitas molar b = tebal kuvet (cm) c = konsentrasi

Pertimbangan pemakaian proses ekstraksi sebagai proses pemisahan antara lain:

1. Komponen larutan sensitif terhadap pemanasan jika digunakan distilasi meskipun pada kondisi vakum.

2. Titik didih komponen-komponen dalam campuran berdekatan. 3. Kemudahan menguap (volatility) komponen-komponen hampir

sama.

Berdasarkan sifat diluen dan solven, sistem ekstraksi dibagi menjadi 2 sistem : 2. Immiscible extraction, solven dan diluen tidak saling larut.

3. Partially miscible, solven sedikit larut dalam diluen dan sebaliknya, meskipun demikian, campuran ini heterogen, sehingga jika dipisahkan akan terdapat fase diluen dan fase solven.

Parameter –parameter yang sering dijadikan ukuran dalam pemilihan pelarut yang digunakan dalam proses ekstraksi cair-cair adalah:

1. Koefisien distribusi(Ki)

Ki =

konsentrasi solut dalam fasa ekstrak konsentrasi solut dalam fasa rafinat

Sebaiknya dipilih pelarut yang mempunyai nilai Ki besar sehingga jumlah

solven yang dibutuhkan lebih sedikit. 2. Yield (Ye)

Ye =

massa kresoldalam ekstrak massa kresoldalam umpan ×100

Solven harus dapat menghasilkan yield yang besar dari hasil ekstraksi. 3. Recoverability (kemampuan untuk dimurnikan)

Perbedaan titik didih dari solut dan solven harus cukup jauh agar mudah dipisahkan dengan cara distilasi.

4. Chemichal reactivity

Pelarut merupakan senyawa yang stabil dan inert terhadap komponen-komponen dalam sistem.

5. Selektifitas (factor pemisahan = β) β=

fraksimassa solut dalam ekstrak atau fraksimassa diluant dalam ekstrak fraksi massa solut dalam rafinat atau fraksimassa diluent dalam rafinat Agar proses ekstraksi dapat berlangsung, harga β harus lebih besar dari satu. Jika nilai β =1 artinya kedua komponen tidak dapat dipisahkan.

6. Densitas

Perbedaan densitas dari fasa solven dan fasa diluen harus cukup besar agar mudah dipisahkan pada proses separasi. Perbedaan densitas ini akan berubah selama proses ekstraksi dan mempengaruhi laju perpindahan massa.

7. Tegangan antar muka

Tegangan antar muka yang besar akan membuat proses transfer massa menjadi lebih sulit, sedangkan pelarut yang memiliki tegangan antar muka kecil akan mempermudah terjadinya proses transfer massa namun kontak antara solut dan solven menjadi lebih kecil, oleh karena itu untuk memperbesar kontak dapat dilakukan pengadukan (shaker).

8. Pelarut tidak beracun dan mudah didapat (Mc Cabe, 1993).

III. PROSEDUR KERJA

3.1 Alat

Pada Gambar 1 ditunjukkan alat-alat yang digunakan dalam praktikum ekstraksi cair-cair.

c. Labu takar (25 ml dan 50 ml) d. Gelas beker (100 ml) e. Erlenmeyer (100 ml) f. Shaker bath g. Corong kaca h. Corong pemisah (250 ml) i. Statif dan Klem

j. Gelas ukur k. Piknometer l. Neraca analitik

m. Spektrofotometer UV-Vis n. Kuvet

a b c d e f g h i j k l m n

Gambar 1. Alat-alat Praktikum Ekstraksi Cair-cair

3.2 Bahan

a. Kresol b. Kerosin c. Metanol d. Aquades

Kresol (2ml) Kerosin (23ml) Larutan Umpan

8 % Kresol

Metanol (60 ml)

7 ml larutan sampel

14 ml larutan solven21 ml larutan solven7 ml larutan sampel

Dibuat 3 larutan, dengan rasio perbandingan 1:2(A), 1:3(B) dan 1:4(C)

Di shaker selama 10 menit pada kecepatan 200 rpm

Larutan rasio 1:2 homogenLarutan rasio 1:3 homogenLarutan rasio 1:4 homogen

Didiamkan dalam corong pemisah selama 90 menit, lalu dipisahkan

Ekstrak A Rafinat A Ekstrak B Rafinat B

Diukur volume dan massanya dan dicari absorbansinya dengan Spektrofotometer UV-Vis pada λmaks 347 nmDiukur volume dan massanya dan dicari absorbansinya dengan Spektrofotometer UV-Vis pada λmaks 347 nmDiukur volume dan massanya dan dicari absorbansinya dengan Spektrofotometer UV-Vis pada λmaks 347 nm

3.3 Skema Kerja

Pada Gambar 2 ditunjukkan skema kerja pada praktikum ekstraksi cair-cair.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Pengukuran Absorbansi ekstrak pada panjang gelombang 347 nm

Tabel 1. Absorbansi Larutan Ekstrak

Rasio sample Massa (g) Volume (ml) Absorbansi

1:2 12,42 13,5 0,493

1:3 19,24 21 0,362

1:4 27,26 29 0,287

Tabel 2. Data perhitungan densitas Ekstrak menggunakan Piknometer Rasio sample Massa (g) Volume (ml) Densitas (gr/ml)

1:2 9,38 10 0,938

1:3 9,32 10 0,932

1:4 9,47 10 0,947

2. Data Kalibrasi

Tabel 3. Data Kurva Kalibrasi Larutan Kresol-Metanol

Konsentrasi (%) Absorbansi 2 0,331 4 0,032 8 0,04 15 0,074 20 0,103 60 0,316 80 0,455

Tabel 4. Data Hasil perhitungan, Konsentrasi Kresol dalam Ekstrak

Rasio Sampel Konsentrasi (%) Absorbansi

1 : 2 89,018 0,331

1 : 3 65,2 0,032

0.00 50.00 100.00 f(x) = 0.01x + 0 R² = 0.99

Kurva Kalibrasi kresol - metanol pada λmaks = 347 nm

sampel ekstrak Kurva kalibrasi Linear (Kurva kalibrasi)

Konsentrasi (%) Absorbansi

V. KESIMPULAN DAN SARAN

1. Kesimpulan

Dari praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:

a. Kresol yang terkandung dalam Kerosin dapat diekstraksi menggunakan solven metanol 80%, dengan cara terlebih dahulu di shaker untuk memperbesar kontak antara pelarut dan umpan kemudian dilanjutkan dengan proses separasi menggunakan corong pemisahan.

b. Yield masing-masing sampel adalah:

1:2 = 3728,3% 1:3=2428,6% 1:4 = 2652%

Koefisian distribusi dari masing-masing sampel adalah: 1:2 = -1,0175 1:3 = -1 ,0311 1:4 = -1,031

2. Saran

a. Karena bau senyawa kresol sangat menyengat dan kerosin berbahaya bagi kulit, disrankan untuk menggunakan masker dan sarung tangan yang baik. b. Berhati-hati pada saat ingin membuat larutan sampel maupun solven agar

perbandingannya sesuai dan dengan jumlah yang tepat pula.

a. Saat menggunakan alat shaker bath, ikat erlenmeyer pada jarring kawat shaker bath dengan kencang agar tidak terlepas saat proses shaker berlangsung.

DAFTAR PUSTAKA

Mirwan, Agus. 2013. “Kerberlakuan Model HB-GFT Sistem n-Heksana – Mek – Air Pada Ekstraksi Cair-Cair Kolom Isian” Jurnal Teknik Kima. Progam Studi Teknik Kimia Universitas Lambung Mangkurat.

Wibawa, Indra. 2010. Ekstraksi Cair-Cair. Jurnal Teknik Kimia. Program studi Teknik Kimia Universitas Lampung.

Nathan, P Joseph. 1967. Liquid-Liquid Extraction. Journal of Chemical Education. Mexico.

Timothy, C Frank and friends. 2008. Perry’s Chemical engineers’ Handbook 8th_{edition. The McGraw Hills Company,Inc.}

Mc Cabe, Smith and Harriot. 1993. Unit Operations of Chemical Engineering - 5th edition. The McGraw Hills Company,Inc.

Nama/NIM : Yessie Patricia/5213413055

Lampiran

Perhitungan pada praktikum Ekstraksi Cair-Cair

1. Membuat larutan Sampel dan Solven

Dik : Variabel : Rasio Perbandingan Sampel dengan Pelarut yaitu 1:2, 1:3 dan 1:4 Feed = 7 ml umpan (1)

Solven = 80% metanol

Dit : jumlah masing-masing larutan yang dibutuhkan untuk membuat solven dan umpan.

Jawab :

Jumlah solven yang dibutuhkan = 14 ml + 21 ml + 28 ml = 63 ml Jumlah umpan yang dibutuhkan = 7 ml+7 ml + 7 ml = 21 ml Membuat larutan sampel dan solven

a. Kresol 8% dengan labu takar 25 ml

= (8% x 25)ml kresol + (92% x 25)ml kerosin = 2 ml kresol + (92% x 25)ml kerosin

b. Metanol 80% dengan labu takar 75 ml

= (80% x 75)ml metanol + (20% x 75) ml aquades = 60 ml metanol + 15 ml aquades

2. Menghitung massa jenis ekstrak a) Feed : solven = 1:2

Mencari ρ dengan data yang diperoleh menggunakan piknometer : Volume sampel ekstrak = 10 mL

Massa sampel ekstrak = 9,38 gr ρ= massa

volume=

9,38 gr

10 mL =0,938 gr/ml b) Feed : solven = 1:3

volume=

9,32 gr

10 mL =0,932 gr/ml c) Feed : solven = 1:4

volume=

9,47 gr

10 mL =0,947 gr /ml 3. Menghitung Konsentrasi Ekstrak Dik : persamaan : y = 0,0055x + 0,0034 dimana y = Absorbansi

x = konsentrasi

Absorbansi Feed : solven = 1:2 yaitu 0,493 Absorbansi Feed : solven = 1:2 yaitu 0,362 Absorbansi Feed : solven = 1:2 yaitu 0,287 Dit : Konsentrasi ekstrak dari masing-masing variabel. Jawab : a) Feed : solven = 1:2 x =(A - 0,0034)/0,0055 x = (0,493 - 0,0034)/0,0055 x = 89,018 b) Feed : solven = 1:3 x =(A - 0,0034)/0,0055 x = (0,362 - 0,0034)/0,0055 x = 65,2 c) Feed : solven = 1:4 x =(A - 0,0034)/0,0055 x = (0,287 - 0,0034)/0,0055 x = 51,56

4. Penghitungan Yield proses ekstraksi cair-cair Dik : ρ kresol = 1.0456 g/ml

Feed : solven = 1:2 Vekstrak = 13,5 ml Vrafinat = 7,5 ml

Feed : solven = 1:3 Vekstrak = 21 ml Vrafinat = 7 ml

Feed : solven = 1:4 Vekstrak = 29 ml Vrafinat = 6 ml

Dit : Yield dari masing-masing variabel Jawab :

a) Feed : solven = 1:2

Volume kresol dalam ekstrak =%konsentrasi kresol di ekstrak x Volume ekstrak = 89,018 ×13,5 ml

= 21,02 mL

Massa kresol dalam ekstrak = ρ kresol x volume kresol = 1,0465 g/ml x 21,02 ml = 21,997 gram

Volume kresol dalam umpan = 0,56 mL

Massa kresol dalam umpan = ρ kresol x volume kresol = 1,0465 gr/ml x 0,56 ml

` = 0,59 gr

Yield = massa kresoldalam ekstrak_{massa kresoldalam umpan}×100

=

21,997 g0,59 g ×100 = 3728,3 %

b) Feed : solven = 1:3

Volume kresol dalam ekstrak =%konsentrasi kresol di ekstrak x Volume ekstrak = 65,2 ×21 ml

= 13,692 mL

Massa kresol dalam umpan = ρ kresol x volume kresol = 1,0465 gr/ml x 0,56 ml

` = 0,59 gr

=

14,329 g0,59 g × 100 = 2428,6 % c) Feed : Solven = 1 : 4

Volume kresol dalam ekstrak =%konsentrasi kresol di ekstrak x Volume ekstrak = 51,56 ×29 ml

= 14,952 mL

Massa kresol dalam rafinat = ρ kresol x volume kresol = 1,0465 gr/ml x 0,56 ml

` = 0,59 gr

Yield = massa kresoldalam ekstrak_{massa kresoldalam umpan}×100

=

15,647 g0,59 g ×100 = 2652 %

5. Penghitungan Koefisien distribusi proses ekstraksi cair-cair Dik : ρ kresol = 1.0465 g/ml

BM kresol = 108 g/mol

Feed : solven = 1:2 mkresol di ekstrak = 2,438 g mkresol di rafinat = 2,802 g

Dit : Koefisien distribusi untuk masing-masing variable Jawab :

a) Feed : solven = 1:2

Konsentrasi solut di ekstrak =

(

21,997 g 108,13 g

mol

)

= 0,01507

Konsentrasi solut di rafinat = Konsentrasi solut di umpan - Konsentrasi solut di ekstrak =

(

0,59 g 108,13 g mol

)

21 ml – 0,01507

=

0,00026 – 0,01507 = - 0,01481 Ki =

konsentrasi solut diekstrak konsentrasi solut di rafinat

=

_−0,014810,01507

= - 1,0175

b) Feed : solven = 1:3

(

14,329, g 108,13 g

mol

)

21 ml

= 0,0063

(

0,59 g 108,13 g mol

)

28 ml – 0,0063

=

0,00019 – 0,0063

= - 0,00611

Ki =

=

_−0,009510,0063

= -1,0311

c) Feed : solven = 1:4

(

15,647 g 108,13 g

mol

)

29 ml

= 0,00499

(

0,59 g 108,13 g mol

)

35 ml – 0,00499

=

0,00015 – 0,00499 = -0,00484 Ki =

=

_−0,004840,00499

Yessie Patricia/5213413055 Pembahasan

Pada praktikum ekstraksi cair-cair ini dilakukan proses ekstraksi kresol dari campuran kresol-kerosen yang memiliki kadar kresol 8% dengan menggunakan campuran metanol-aquades dengan kadar metanol 80% sebagai pelarut. Larutan umpan yang digunakan sebanyak 25 ml, dimana kebutuhan sebenarnya untuk masing-masing variabel berjumlah 14 ml. Pertama-tama larutan umpan, yaitu kresol 8% di buat dengan memasukkan 2 ml kresol kedalam labu takar 25 ml, kemudian ditambahahkan kerosin hingga mencapai batas 25 ml, kemudian diaduk agar homogen. Hal ini dilakukan karena setiap komponen memiliki densitas/kerapatan yang berbeda-beda sehingga penambahan kerosin dilakukan tidak pas 23 ml, melainkan hingga batas 25 ml, pada saat praktikum, jumlah kerosin yang ditambahkan yaitu 23,04 ml. Untuk membuat larutan solven, cara pencampuran juga dilakukan dengan cara yang sama seperti pada pembuatan larutan solven, yaitu 60 ml metanol dimasukkan kedalam labu takar 75 ml kemudian ditambahkan aquades hingga batas 75 ml, kemudian diaduk agar homogen.

Pada percobaan ini terdapat tiga variabel perbandingan umpan dengan solven, yaitu 1:2, 1:3 dan 1:4. Larutan sampel dan larutan solven kemudian dicampur berdasarkan perbandingan yang telah ditentukan di dalam erlenmeyer 250 ml, kemudian diletakkan diatas shaker bath selama 10 menit dengan frekuensi pengadukan yang sama yaitu 200 rpm. Tujuan pengadukan ini yaitu untuk memperbesar kontak antara 2 larutan yang tidak saling larut ini sehingga proses difusi solute dari diluen ke solven dapat berjalan semakin baik. Setelah waktu pengadukan selesai, larutan solven dan sampel terlihat bercampur akibat proses pengontakan ini. Akibat proses pengadukan ini, terjadi perpindahan massa kresol dari pelarutnya yaitu kerosin kepelarut pengestrak yaitu metanol akibat adanya daya dorong (driving force) antara kedua larutan yang muncul akibat beda potensial kimia antara kedua pelarut.

Setelah pengadukan di alat shaker bath selesai, masing-masing larutan dituang kedalam corong pemisah yang berbeda-beda dan didiamkan selama 90 menit di dalam lemari asam. Hal ini dilakukan untuk memisahkan campuran tersebut dan mengambil larutan solven yang telah mengikat solute. Pada praktikum ini alat yang digunakan untuk memisahkan campuran yaitu corong pemisah, karena campuran masih merupakan larutan yang tidak saling larut dan memiliki perbedaan densitas yang cukup jauh sehingga mudah untukdipisahkan dengan corong pemisah. Sebelum mencapai waktu 90 menit sudah mulai tampak larutan mulai terpisah menjadi 2 lapisan, yaitu lapisan atas dan lapisan bawah, namun untuk memaksimalkan proses pemisahan maka waktu separasi dilakukan selama 90 menit. Fase ekstrak yang berada di bagian bawah merupakan fase yang berisi solute (kresol) dan solven (metanol dan aquades) yang memiliki massa jenis lebih tinggi dibandingkan rafinat, sedangkan fase rafinat yang berada dibagian atas berisi residu dan diluen (kerosin) yang memiliki massa jenis lebih rendah daripada ekstrak, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Keadaan ekstrak dan rafinat setelah 90 menit dipisahkan menggunakan corong pemisah.

Langkah selanjutnya yaitu mengeluarkan eksrak dari corong pemisah kemudian mengukur volume, massa, dan menghitung absorbansinya dengan spektrofotometer. Dari praktikum diperoleh bahwa volume ekstrak yang dihasilkan yaitu 13,5 ml dari variabel rasio 1: 2, 21 ml dari variabel rasio 1: 3 dan 29 ml dari variabel rasio 1: 4. Kemudian diambil sampel larutan ekstrak dan dimasukkan kedalam kuvet untuk dianalisis absorbansinya menggunkan alat Spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum 347 nm. Dari alat spektrofotometer, absorbansi masing-masing dan ekstrak diperoleh 0,493 dari variabel rasio 1: 2, 0,362 dari variabel rasio 1: 3 dan 0,287 dari variabel rasio 1: 4.

Untuk mengetahui konsentrasi dalam volum, untuk masing masing variabel, maka nilai absorbansi dapat diplotkan dengan kurva kalibrasi yang memiliki persamaan y = 0,0055x + 0,0034, sehingga diperoleh data konsentrasi ekstrak yaitu 89,018 untuk variabel rasio 1: 2, 65,2 untuk variabel rasio 1: 3 dan 51,56 untuk variabel rasio 1: 4 dengan demikian variabel rasio 1:2 memberikan konsentrasi ekstrak yang paling besar. Kemudian dilakukan perhitungan untuk memperoleh nilai yield dan koefisien distribusi, sehingga di peroleh bahwa yang memberikan nilai yield paling tinggi yaitu variabel dengan rasio 1:2 3728,3% sedangkan yang memberikan nilai koefisien distribusi yang paling besar adalah variabel dengan rasio 1:3 yaitu -1,0311.