PDF EKSTRAKSI - Universitas Brawijaya

EKSTRAKSI

Nur Istianah,ST,MT,M.Eng

27/03/2017

1

* Dioperasikan pada suhu rendah

* Terjadi perpindahan soluble component antar liquid berbeda

* Membutuhkan 2 fase: immiscible atau partially miscible liquids,

* Prinsip kerja: menggunakan affinity components yang berbeda

* Menggunakan liquid untuk

mengekstrak komponen dari solid

* Terjadi transfer soluble component dari solid ke liquid,

* Membutuhkan 2 fase: solid & liquid

* Prinsip kerja: menggunakan solubilitas komponen

liquid-liquid extraction

solid-liquid extraction

Ekstraksi

adalah metode pemisahan suatu komponen dari satu zat menggunakan zat lain, serta melibatkan dua fasa berbeda

Supercritical fluid extraction

27/03/2017

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI EKSTRAKSI

Efesiensi ekstraksi dipengaruhi oleh:

Suhu ekstraksi

Luas permukaan interfase Viskositas pelarut

Perbedaan konsentrasi Koefisien transfer massa Laju ekstraksi pelarut

2

Single-Stage Batch Extraction

Partikel padat dikontakkan

dengan pelarut murni (1x) hingga mencapai kesetimbangan

Partikel padat dikeringkan dari pelarut Multistage Cross-flow Extraction

Pelarut dilkontakkan berkali-kali, contoh soxhlet extractor Multistage Countercurrent Extraction

Pelarut tahap 1 berlawanan arah dengan pelarut kedua, dst

27/03/2017

3

Single-Stage

27/03/2017

Multistage Cross-flow

Multistage Countercurrent

27/03/2017

5

Continuous Countercurrent Extractors

27/03/2017

6

Diffus ion

Solub illity

Equilibr ium

Solvent harus berdifusi ke dalam solid untuk melarutkan solute.

Berlaku neraca massa

Solubility yang tinggi mempermudah

ektraksi

Adalah saat tidak ada perubahan lagi konsentrasi solute pada solid dan solvent

SOLID-LIQUID EXTRACTION:

LEACHING

27/03/2017

METODE EKSTRAKSI

Pemisahan komponen dari suatu sistem bahan dengan menggunakan gaya mekanis

Ekstraksi biologi atau bioleaching merupakan metode ekstraksi yang

memanfaatkan mikroorganisme untuk menarik

komponen atau solut tertentu dari bahan yang akan diekstrak

Metode ekstraksi dengan

menambahkan pelarut untuk

mendapatkan solut dari suatu bahan yang diekstrak

Mekanis

Biologi Kimiawi

Besar

tekanan Waktu Tahanan

PENGEMPAAN

Prinsipnya adalah mengeluarkan cairan sel dari dinding sel bahan padat, sehingga mendorong cairan

terpisah dan keluar dari sistem sistem padat-cair.

Metode Mekanis

Metode Kimiawi

Maserasi Perkolasi

Refluksi Soxhletasi

M1 M2 M4 M3

Pelarut yang digunakan dapat

berupa pelarut organik ataupun

air

Metode Biologi

“memanfaatkan mikroorganisme”

“mengekstrak komponen logam

limbah industri atau elektronik”

“kelompok Achidophilus dan Chemolithotrophic.

”

Prinsip

Aplikasi Faktor-faktor

telepon gengam yang telah menjadi limbah mengandung 28 %

logam yang terdiri dari 10 – 20 % tembaga, 1 – 5 % timah, 1 – 3 % nickel dan 0,3 – 0,4 % Ag, Pt Au dan sisanya adalah glass dan

keramik Suhu, ukuran bahan, Konsentrasi

Fe²⁺, nilai pH dan jumlah mikroorganisme

Pemanfaatan

Bakteri

Kesetimbangan Massa

Kondisi saat tidak ada perubahan lagi konsentrasi solute pada solid dan solvent

Massa masuk

Solut vs Pelarut

Difusi

Massa keluar

Tahapan efesiensi

Ukuran partikel

7

Proses single-stage leaching dijalankan untuk mengekstrak minyak dari 100 kg kedelai dengan kandungan minyak 20 wt % menggunakan 100 kg hexane sebagai pelarut/solven. Tentukan nilai Y jika tidak ada kehilangan insoluble solid (1.5 kg insoluble solid / kg solution retained) selama proses leaching. Hitung pula komposisi V₁ dan L₁.

Contoh soal

X₁ = Y_1,V = 0

V₁ = 100+100-133,3 =66,7 kg

L₁ = 80+53.3=133,3 kg

X₁ =

#Y_1,L = 1.5

Soln.=80/1.5 = 53.3 kg X₂ = 0/100 = 0 Y₂ = 0/100 = 0 V₂ = 100 kg

L₀ = 100 kg

X₀ = 20/20 = 1 Y₀ = 80/20 = 4

Solution:

Total =

solute+solvent+solid

=soln. +solid

27/03/2017

8

Contoh soal

X₁ = 0.167 ->#minyak = 11.14 Y_1,V = 0 ->#solven = 55,56

L₁ = 133,3 kg

Y_1,L = 1.5

Soln.=80/1.5 = 53.3 kg X₂ = 0/100 = 0

Y₂ = 0/100 = 0 V₂ = 100 kg

L₀ = 100 kg

X₀ = 20/20 = 1 Y₀ = 80/20 = 4

#Neraca massa overall: V

₁

= V

₂

+ L

₀

– L

₁

#Neraca massa minyak: X

₁

x66,7 = 0 + 20 – X

₁

x53.3 120 X1 = 20  X

₁

= 0,167 Minyak di V

₁

= 0.167x66,7 =11.14 kg

In equilibrium, nilai X sama

V₁ = 100+100-133,3 =66,7 kg

X₁ = 0.167->#minyak = 8.9

#solven = 53.3-8.9=44.43

27/03/2017

9

Jumlah stage yang diperlukan dapat ditentukan berdasarkan neraca massa untuk mencapai kesetimbangan (equilibrium) dan menggunakan kurva underflow

Multistage

27/03/2017

1 0

Contoh soal

Table 14.1 menunjukkan jumlah solvent (S) yang merupakan fungsi dari konsentrasi minyak, sehingga dapat dihitung nilai Y=1/S.

(a) Gambarlah kurva underflow

(b) Jika perbandingan solven : kedelai = 0.5 : 1 digunakan dalam ekstraksi, dan biji kedelai mengandung 18% minyak, tentukan jumlah stages ektraksi jika komposisi akhir minyak pada raffinat menjadi 0.01 kg/kg solid

Table 14.1

27/03/2017

(a). Kurva underflow

Persamaan kurva (add tredline)

27/03/2017

1 2

Basis: 1 kg kedelai basah

Massa kedelai kering(solid) = 1-0.18 = 0.82 kg

#Komposisi akhir raffinat (Ln)

Massa minyak = 0.01x0.82 = 0.0082 kg Larutan (tabel) = 0.5x0.82 = 0.41 kg Solvent = 1/(1.0082) x 0.41 = 0.407 Massa Ln = 0.82+0.41+0.0082=1.23 kg X = solute / (solute+solvent)

X = 0.0082/0.41 = 0.02

Y = solid/ (solute+solvent) Y = 1/0.05 = 2

Neraca massa overall

Ln

V_n+1 Vn

L_n-1

3 1

2

27/03/2017

#Komposisi akhir Ekstrak (Vn)

Massa minyak = 0.18 – 0.0082 = 0.1718 kg

Ekstrak = 1+0.5 – 1.23 =0.27 kg (OMB), solvent = 0.27-0.1718 =0.09 X = 0.1718 / 2.7 = 0.636

Y = 0

1 3

Neraca massa per- stage

X = 0.18 / 0.18 =1

Y = 0.82/0.18 = 4.556 3

In equilibrium, nilai X sama

3

#Komposisi L1

>Nilai Y dicari dari persamaan grafik:

Y=-0.5775 X+2.036  Y =1.642

Minyak = 0.636x0.82/1.642 =0.3276 kg Total L1 = 0.82+0.82/1.642 = 1.3194 kg

4

#Komposisi V2

Minyak = 0.3276 + 0.1718 – 0.18

= 0.3194 kg (OMB)

X=0.3194/0.5894=0.5419

5

27/03/2017

1 4

1

4

5

6

Tarik garis lurus dari L

₁

ke V

₂

Kurva underflow

7

Tarik garis vertikal dari V₂ hingga memotong kurva underflow

Ulangi prosedur 6 dan 7 hingga garis horisontal (- - -) memotong garis miring (-)

Jumlah stage 13

27/03/2017

Letakkan

koordinat X,Y dari step 4 dan 5

1 5

LIQUID-LIQUID EXTRACTION

Tiga langkah utama dalam ekstraksi liquid-liquid:

Mixing/contacting

-> perlu waktu kontak

Phase

separation/settling

-> Terjadi kesetimbangan

Collection of phases

-> ekstrak dan raffinat terpisah

27/03/2017

Aliran raffinat dan ekstrak terpisah berdasarkan perbedaan densitas.

Differential extraction ini juga disebut sebagai non-equilibrium

extraction

1 7

SUPERCRITICAL FLUID EXTRACTION

Densitas dan solubility solvent (gas) mendekati nilai pada fase liquidnya, tetapi masih dalam bentuk gas, supercritical

gas liquid

Solvent phase their density and solubility

is similar

adalah faktor penentu keberhasilan ekstraksi ini

Solvent flow rate

pressur e

temperatur e

27/03/2017

1 8

Critical Points of

supercritical Fluids Used in Foods

CO

2

ethano l

31.1°C and 7.39 MPa

243°C and 6.38 MPa

Sering ditambahkan pada CO2 untuk mengubah polaritas

H

₂

O

364°C and 22.1 MPa Sering ikut

terlarut dalam proses ekstraksi

27/03/2017

1 9

Keuntungan

Lebih ramah lingkungan dan aman

Lebih efisien

Peralatan sederhana

karena solubility, diffusivity dan density meningkat pada tekanan tinggi

27/03/2017

2 0

Aplikasi

Pemurnian minyak atsiri dan

bahan medis

Pembersihan karang/fouling

pada alat-alat industri

Food and beverage ( kopi dan beer)

27/03/2017

Applications in bioprocessing

1. Purification of antibiotics

2. Purification of alkaloids

3. Protein

purification using aqueous two-

phase systems

4. Purification of peptides and

small proteins 5. Purification of

lipids

6. Purification of DNA

27/03/2017

2 1

Liquid-SFextraction

Pengembangan dilakukan dengan menambahkan membran antara feed dan solvent, disebut

porocritical fluid extraction

Solid-SF extraction

27/03/2017

2 27/03/2017 4

Buatlah diagram alir proses single stage extraction pada daging (64% air, 20% lemak, 16% nonextractable solids) dan isopropyl alcohol dengan perbandingan 1 : 5 ratio. Isopropyl alcohol larut dalam air, campuran keduanya disebut sbagai solven total.

Asumsikan lemak larut dalam solven campuran. Setelah mencapai kesetimbangan, komposisi rafinat adalah 10% dari total lemak dan solven. Tentukan kandungan lemak pada ekstrak dan solvent-free solids.

Latihan soal

2 5

Ground roasted coffee contains 5% soluble solids, 3% water, and 92%

inert insoluble solids. In order to obtain an extract with high soluble solids content without having to concentrate it for spray drying, a counter-current extraction process is to be used to prepare this extract.

It is desired that the final extract contain 0.1 kg solubles/kg water and that the spent coffee grounds should have solubles not to exceed 0.005 kg/kg dry inert solids.

(a) Determine the water to coffee ratio to be used in the extraction.

(b) The coffee grounds carry 1 kg water/kg of solubles-free inert solids, and this quantity is constant with solute concentration in the extract. Calculate the number of extraction stages needed for this process.

Latihan soal

27/03/2017

THANKS FOR YOUR ATTENTION

The best person is one give something useful always

27/03/2017