KOEFISIEN PERPINDAHAN MASSA PADA EKSTRAKSI MINYAK IKAN GATUL DENGAN PELARUT N-HEXANE

(1)

KOEFISIEN PERPINDAHAN MASSA PADA

EKSTRAKSI MINYAK IKAN GATUL

DENGAN PELARUT N-HEXANE

Setiyadi dan Ery Susiany R.

Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik

Universitas Katolik Widya Mandala

SURABAYA

A b s t r a k

Salah satu faktor yang sangat menentukan dalam kecepatan ekstraksi adalah koefisien perpindahan massa. Persamaan tentang koefisien perpindahan massa sangat membantu dalam melakukan proses ekstraksi yang optimal.

Tujuan penelitian adalah untuk membuat persamaan tentang koefisien perpindahan massa minyak pada ekstraksi ikan gatul menggunakan pelarut n heksana. Persamaan yang diperoleh dinyatakan dalam bentuk bilangan tak berdimensi

Penelitian yang dilakukan adalah dengan memotong ikan gatul menjadi dua bagian dengan ukuran sama besar. N-hexane sebanyak 500 ml dimasukkan ke dalam tangki kemudian ditambah 30 gram potongan ikan gatul. Selanjutnya diaduk sampai 120 menit. Guna mengetahui jumlah minyak yang dapat terekstraksi dilakukan dengan cara mengambil solven setiap 30 menit kemudian dianalisa dengan metode saponifikasi. Variabel yang dipakai berupa kecepatan putaran pengaduk, suhu ekstraksi, dan jumlah solven n-heksana.

Hasil penelitian yang dilakukan mendapatkan persamaan tentang koefisien perpindahan massa yang dinyatakan dalam bentuk bilangan tak berdimensi, persamaan tersebut adalah :

0056 0 3 32 0 58 0 2 4355 0 , , AB , p AB c Di V . .ρ D µ µ .ρ .N d , D .Dp K − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = dengan ralat = 7,28%

A b s t r a c t

One of the factor to determine the extraction rate is the mass transfer coefficient. It is needed to get an optimal extraction process.

The objective of this study is to determine the mass transfer coefficient equation for the extraction of poecilia fish with n-hexane as a solvent. The equation is written in the dimensionless number.

The poecilia fish was cut into two equal parts. 30 gram of the cutted fish was extracted with 500 ml n-hexana in an agitated tank for 120 minute. The sample was analysed using the saponification method for every 30 minute. The experiments were varied for different agitation rate, temperatur, and the amount of n-hexana solvent.

From the experimental resul, it was obtained the dimensionless equation for mass transfer coefficient : 0056 0 3 32 0 58 0 2 4355 0 , , AB , p AB c Di V . .ρ D µ µ .ρ .N d , D .Dp K − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = with error 7,28%

(2)

1. Latar belakang

.

Indonesia merupakan negara penghasil ikan yang cukup besar. Selain ikan laut, di Indonesia juga banyak terdapat ikan air tawar yang banyak jenisnya. Salah satu jenis ikan air tawar yang tidak banyak dimanfaatkan masyarakat adalah ikan gatul atau ikan cetul (poecilia). Ikan gatul merupakan ikan kecil yang sangat mudah hidup di airtawar, namun ikan ini jarang sekali dikonsumsi masyarakat pada hal dalam ikan gatul juga terkandung minyak yang juga dapat dimanfaatkan.

Minyak ikan yang terdapat didalam ikan dapat diambil dengan cara pengepresan, namun hal ini masih menyisakan jumlah minyak yang terkandung dalam ikan hasil pengepresan cukup besar. Guna mengurangi jumlah minyak dalam ikan hasil pengepresan salah satu cara yang dapat dilakukan adalah mengekstrak ikan tersebut.

Proses ekstraksi adalah absorpsi minyak dalam ikan dengan menggunakan pelarut Faktor yang sangat menentukan dalam ekstraksi dan hanya bisa diperoleh dari percobaan adalah kecepatan minyak yang melewati lapisan batas padat-cair yang lazim disebut koefisien perpindahan massa.

2. Tujuan penelitian

Membuat persamaan tentang koefisien perpindahan massa minyak pada ekstraksi ikan gatul menggunakan pelarut n heksana. Persamaan yang diperoleh dinyatakan dalam bentuk bilangan tak berdimensi.

3. Kontribusi Penelitian.

Keuntungan yang bisa diperoleh dari hasil penelitian ini adalah selain untuk memperluas wawasan ilmu pengetahuan juga dapat digunakan untuk membantu perhitungan cara memperoleh hasil yang optimal pada proses ekstraksi minyak dari ikan gatul.

4. Landasan Teori.

Pada umumnya komposisi minyak ikan ditentukan oleh kondisi iklim, habitat ikan, jenis ikan, metode ekstraksi, serta cara penyimpanan minyak. Komposisi minyak dibagi menjadi dua golongan yaitu : a. Oxygenated hydrocarbon.

Senyawa-senyawa yang termasuk golongan ini terbentuk dari unsur karbon, hidrogen, dan oksigen, yaitu senyawa-senyawa alkohol, aldehid, keton, oksida, eter, dan ester.

b. Hidrokarbon.

Senyawa-senyawa yang termasuk golongan ini terbentuk dari unsur karbon dan hidrogen. Jenis hidrokarbon yang terdapat dalam minyak ikan terutama terdiri dari senyawa-senyawa asam lemak (triglycerida, lecitin, dan cephalins).

Komposisi minyak yang terdapat dalam minyak ikan (Stansby, 1967) adalah : • Asam lemak jenuh

- Mlyeristic : 6 % - Palmitat : 11 %

- Stearat : 3 % • Asam lemak tak jenuh

- Palmitoleic : 15 % - Oleat : 25 %

- Linolenit: 6 % - Linoleat : 13 %

- Arachidonic : 20 %

Pada proses ekstraksi padat cair, solut berdifusi dari fasa padat ke fasa cair, sehingga komponen-komponen solut dalam padatan dapat dipisahkan. Perpindahan massa solut dari fasa padat ke fasa cair dipengaruhi oleh tahanan pada interface. Untuk menyatakan tahanan pada interface menggunakan parameter difusi Eddy yang dipengaruhi oleh jarak dari permukaan solid, secara matematis dinyatakan sebagai berikut :

Kc= ( DAB+ ε )/ ∆z ……….. (1)

(3)

Jumlah komponen yang berpindah dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

NA = Kc (CA*-CA) ..…….. (2)

( Geankoplis, 1983 )

Kecepatan perpindahan massa minyak dari dalam ikan ke dalam pelarut heksana dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

NA = Kc . ( CA – CA* ) ) C -C ( Kc dt A dm - * A A = ) C -C ( . A . Kc dt dC V - * A A A ₌ dt V A . Kc C -C dC -t 0 * A A A C C A Ao

∫

=

t

.

V

A

.

Kc

C

-C

C

-C

Ln

-

_* A Ao A * A

=

... (3) C -C C -C Ln vs grafik t dari slope adalah V A . Kc * A Ao * A A

Oleh karena itu harga Kc dapat ditentukan dari

C -C C -C Ln vs grafik t slope _* A Ao * A A

.

Hubungan antara variabel-variabel dalam proses ekstraksi ini dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan

:

Kc = f ( ρ, µ, Di, Dp, N, DAB, V )

Kc = α . ρCo_{, µ}C1_{, Di}C2_{, Dp}C3_{, N}C4_{, D}

ABC5, VC6

.

... (4)

Harga ρ, µ, dan DAB dipengaruhi oleh suhu, sehingga variabel T (suhu) sudah diwakili oleh variabel

ρ, µ, dan DAB.

Dengan sistem MLt persamaan (4) menjadi

:

Lt-1_{= (ML}-3₎Co_{. (ML}-1_t-1₎C1_{. (L)}C2_{. (L)}C3_{. (t}-1₎C4_{. (L}2_t-1₎C5_.(L3₎C6 Untuk M : 0 = Co + C1 Co = - C1 ... (5) L : 1 = -3.Co – C1 + C2 + C3 + 2.C5 + 3.C6 C2 = 1 + 3.Co + C1 - C3 - 2.C5 - 3.C6 ... (6) t : - 1 = - C1 – C4 - C5 ... (7)

Substitusi persamaan (5) ke persamaan (6) C2 = 1 - 3.C1 + C1 - C3 - 2.C5 - 3.C6

= 1 - 2.C1 - C3 - 2.C5 - 3.C6 ... (8)

Substitusi persamaan (5), (7), dan (8) ke persamaan (4) : Kc = α . ρC1_{, µ}C1_{, Di}1-2C1-C3-2C5-3C6_{, Dp}C3_{, N}1-C1-C5_{, D} ABC5.VC6

(

)

.... ... (9) Di V . N . Di D . Di Dp . µ N . ρ.Di . Di.N Kc C6 3 5 2 AB 3 1 2 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = C C C α

(

)

₂AB 5 ₃ C6 1 -1 2 AB 1 -1 3 ) 1 5 ( ) 1 5 ( 1 2 Di V . N . Di D . .N Di D Di Dp Di Dp N . .Di Di.N . Kc ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = − + − − C C C C C µ ρ α (10) . ... Di V . µ D . . N . .Di . Di Dp . Dp D Kc C6 3 1 5 AB ) 1 5 ( 1 2 1 C3 AB _⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = − − − + C C C ρ µ ρ α

(4)

Apabila _konstan Di Dp = 3 1 Di Dp . + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = C α β C1 – (C5-1) = a C5 – C1 = b C6 = c Persamaan (10) menjadi : (11) ... ... Di V . D . ρ µ . µ N . ρ.Di . β D Kc.Dp c 3 AB a 2 AB ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = b atau

Di

V

.

N

.

N

.

N

c 3 b Sc a Re Sh

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

β

..…………

(12)

Jadi persamaan tentang koefisien perpindahan massa dapat dinyatakan dengan persamaan (11) atau persamaan (12).

5. Metode Penelitian

5.1. Alat

Dimensi alat ekstraksi

o Tangki terbuat dari stainless steel yang berdiameter 14 cm, tinggi 25 cm, dan baffle sebanyak 4 buah dengan lebar masing-masing baffle 0,8 cm

o Pengaduk terbuat dari stainless steel dengan daun pengaduk berbentuk turbin yang mempunyai blade 6 buah, diameter daun pengaduk 5,8 cm.

1 Keterangan gambar. 1.. Motor pengaduk 2. Batang pengaduk 3. Baffle 4. Tangki 2 5. Daun pengaduk 3 3 6. Pemanas 4 5 5 6

(5)

5.2.. Prosedur penelitian

a. Ikan gatul dipotong menjadi dua lalu ditimbang sebanyak 30 gram;

b. N-hexane sebanyak 500 ml dimasukkan ke dalam tangki kemudian ditambah 30 gram ikan gatul. c. Motor pengaduk dijalankan dan setiap 30 menit sampel diambil sebanyak 5 ml untuk mengukur jumlah

minyak dengan metode saponifikasi. Percobaan dilakukan sampai 120 menit.

d. Cara kerja ini dilakukan dengan memvariasikan kecepatan putaran pengaduk, suhu, dan jumlah n heksana yang digunakan.

5.3. Analisa minyak dalam n heksana secara saponifikasi.

Analisa yang dilakukan adalah dalam cairan n heksana hasil ekstraksi ditambah larutan NaOH berlebih lalu dititrasi dengan larutan HCl 0,1 N. Karena minyak dalam larutan n heksana bereaksi dengan NaOH maka jumlah NaOH hasil titrasi menunjukkan banyaknya NaOH yang sudah tidak bereaksi dengan minyak Oleh karena itu jumlah minyak dalam n heksana dapat dihitung sbb :.

MolNaOH - Mol HCl = Mol Minyak

( M.V )NaOH - ( M.V )HCl = Mol Minyak

6. Hasil percobaan dan pembahasan

6.1 Hasil Percobaan

Penelitian yang dilakukan meliputi variasi kecepatan putaran pengaduk, suhu operasi dan jumlah pelarut n-hexane . Hasil penelitian yang diperoleh adalah jumlah minyak yang dapat larut dalam pelarut n-hexane, hasil - hasil tersebut selanjutnya dipakai untuk mencari harga koefisien perpindahan massa dan konstante data persamaan bilangan tak berdimensi. Hasil yang diperoleh disajikan dalam gambar 2 sampai 4 serta persamaan (13) atau (14)..

A. Pengaruh Kecepatan Putaran Pengaduk

.

Gam bar 2. Hubungan antara kecepatan kecepatan putaran pengaduk (N) dengan koefisien perpindahan m assa (Kc)

3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 200 300 400 500 600 700 800 900 N (rpm) Kc .1 0 -3 cm /s

(6)

B. Pengaruh Suhu Operasi

Gambar 3. Hubungan antara suhu (T) dengan koefisien perpindahan massa (Kc) 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 30 35 40 45 50 55 60 T(0_C) Kc 1 0 -3 c m /s

C. Pengaruh Jumlah Solven

.

Data-data dalam gambar 2,3 dan gambar 4 selanjutnya dimasukkan kedalam persamaan (11) lalu diolah secara least square ganda menghasilkan persamaan sbb :

(13) ... V Di . D . ρ µ . µ .N ρ.Di . 0,4355 D Kc.Dp 0,0056 3 32 , 0 AB 0,58 2 AB ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = atau _... _... _.. ₍₁₄₎ V Di . N . N . 0,4355 N 0,0056 3 0,32 Sc 0,58 Re Sh ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = dengan ralat = 7,28 %

Gambar 4. Hubungan antara jumlah solven (V) dengan koefisien perpindahan massa (Kc) 3 3,5 4 4,5 300 400 500 600 700 800 900 V (mL) Kc.10-3 cm/s

(7)

6.2. Pembahasan

Dari gambar 2 sampai 4 terlihat bahwa :

1. Gambar 2 memperlihatkan bahwa untuk kecepatan putaran pengaduk semakin besar maka koefisien perpindahan massa makin besar berarti minyak yang terekstrak semakin besar . Hal ini menunjukkan bahwa semakin turbulen proses ekstraksi maka koefisien perpindahan massa makin besar.

2. Gambar 3 menampilkan bahwa dengan suhu semakin besar maka koefisien perpindahan massa makin besar, berarti dengan bertambahnya suhu maka minyak yang dapat diekstrak makin cepat. Hal ini disebabkan karena suhu makin tinggi maka difusi minyak dari ikan ke pelarut n-heksana makin besar. 3. Gambar 4 menunjukkan bahwa semakin banyak volume n-hexana harga koefisien perpindahan massa

makin kecil. Hal ini disebabkan karena dengan kecepatan putaran pengaduk yang tetap maka kemampuan impeller untuk memutar solven yang banyak semakin kecil, akibatnya turbulensi cairan dalam tangki makin kecil sehingga koefisien perpindahan massa makin juga makin kecil.

7. Kesimpulan Hasil penelitian yang diperoleh adalah sebagai berikut :

o Ikan gatul dapat diekstraksi dengan pelarut n-Hexane.

o Semakin besar kecepatan putaran pengaduk maka koefisien perpindahan massa makin besar o Semakin tinggi suhu operasi harga koefisien perpindahan massa makin besar

o Semakin banyak solven yang digunakan maka koefisien perpindahan massa makin kecil. o Hasil penelitian dapat dinyatakan dengan persamaan bilangan tak berdimensi sebagai berikut :

Di V . N . N . 0,4355 N 0,0056 0,32 Sc 0,58 Re Sh ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = dengan ralat = 7,28 % Daftar pustaka

Antoni Tiono dan Gunawan Wijaya , (2001). “ Ekstraksi Minyak Ikan dengan Hexane” , hlm 11-19, Jurusan Teknik Kimia Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya

Geankoplis C.J., (1993), “Transport Processes and Unit Operations ”, 3ed, pp 140-144, Prentice-Hall, Inc,EaglewoodCliffs, Boston.

International Labour Office, (1988), “Mix Processing”, pp 5-7, Intermediate Technology, London . Kataren, A.P., (1973), ”Minyak dan Lemak ”, hlm 61-78, Institut Pertanian, Bogor.

Muljoharjo,(1990), “Pengantar Teknologi dan Lemak Pangan” , hlm 72-75, Balai Pustaka, Jakarta.

Stansby, (1967), “Fish Oils, Their Chemistry, Technology, Stability, Nutrional Properties, and uses”, pp 165-173, The AVI, Connecticut.

(8)

Daftar notasi

.

a = konstante

A = luas potongan ikan, cm2

b = konstante c = konstante Co = konstante C1 = konstante C2 = konstante C3 = konstante C4 = konstante C5 = konstante C6 = konstante

CA = konsentrasi minyak dalam n-heksana, g/cm3

* A

C

= konsentrasi minyak dalam n-heksana pada kesetimbangan, g/cm3

CAo= konsentrasi minyak mula-mula dalam n-heksana, g/cm3

d = diferensial

DAB= difusivitas molekulair minyak - n-heksana, cm2/s

Di = diameter daun pengaduk, cm

Dp = diameter ekuivalen potongan ikan, cm f = fungsi

Kc = koefisien perpindahan massa minyak ikan, cm/s L = dimensi panjang, cm

m = massa, gram

M = dimensi massa, gram

N = kecepatan putaran pengaduk, putaran/s NA = kecepatan perpindahan massa minyak, g/cm2.s

NRe = Bilangan Reynolds NSc = Bilangan Smith NSh = Bilangan Sherwood t = waktu, s V = Volume (cm3₎ α = konstante β = konstante

∆Z = tebal lapisan film, cm ε = difusivitas eddy, cm2_/s

ρ

= massa jenis, g/cm3