Reaktor, Vol. 12 No. 4, Desember 2009, Hal. 232-238
KOEFISIEN TRANSFER MASSA PADA PROES EKSTRAKSI KAYU MANIS (CINNAMOMUM BURMANNI ) Faleh Setia Budi*) dan Setia Budi Sasongko Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Jl. Prof. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang, Tlp.:62-24-7460058, Fax.: 62-24-76480675 *) Penulis korespondensi:
[email protected]
Abstrak Tanaman kayu manis mengandung minyak atsiri yang mempunyai banyak manfaat seperti bahan antiseptis, pewangi/peningkatan cita rasa untuk menyegarkan bau sabun, deterjen, lotion, parfum, dan cream. Pengambilan minyak atsiri kayu manis pada penelitian ini dilakukan dengan cara ekstraksi dengan pelarut n-heksana teknis. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan konstanta kesetimbangan ekstraksi kulit kayu manis serta mempelajari pengaruh diameter pengaduk dan kecepatan putar pengaduk terhadap nilai koefisien transfer massa dan juga nilai difusivitas efektifnya. Setiap 40 gram kayu manis yang telah dihaluskan dan diayak dengan ukuran tertentu diekstraksi dengan 200 ml n-heksana teknis pada labu leher tiga dengan pengaduk magnetik selama 150 menit pada suhu 55°C. Setiap 25 menit diambil cuplikan untuk dianalisa kadar minyaknya dengan cara penimbangan. Data-data konsentrasi solut dalam solven dari penelitian diolah lebih lanjut untuk mendapatkan nilai Kc dan De dengan menyelesaikan persamaan diferensial parsial menggunakan metode Finite Difference Approximation cara implisit dan optimasi 2 peubah menggunakan minimasi Hooke-Jeeves. Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah harga Kc naik sebanding dengan kenaikan kecepatan putar pengaduk dan diameter pengaduk, sedangkan harga De yang diperoleh relatif tetap, sehingga dapat diperoleh hubungan persamaan kelompok tak berdimensi Sh = 4,8136 x 10-3 .Re 0,6716 dengan kesalahan relatif rara-rata 2,620%. Kata kunci: ekstraksi, minyak kayu manis, koefisien transfer massa
Abstract The Cinnamon Burmanni crop contains the essential oil having a lot of benefit such as antiseptic substance, fragrance (the increasing of performance to refresh aroma soap), detergent, lotion, perfume and cream. In this research the isolation of essential oil in Cinnamon Burmanni crop was conducted by extracting with the n hexane as the solvent. This research aimed to get the Cinnamon Burmanni extraction equilibrium constant and to study the effect of the agitator diameter and the turn around speed of agitator on the value of mass transfer coefficient and the value of effectively diffusivity. Every 40 gram of Cinnamon Burmanni which has been powdered and sieved with the certain size was extracted by n hexane 200 ml in the three neck flask with magnetic stirrer during 150 minute at temperature 55oC. In the period 25 minute the sample is taken to be measured the content of its oil by weighing. The data of solute concentration in the solvent from this research was processed furthermore to get value of Kc and De by solving the differential partial equation with Finite Difference Approximation Method and the optimization of 2 independent variables by using of Hooke-Jeeves minimization. The Conclusion obtained from this research were the value of Kc go up proportional with the increasing of speed turn around of stirrer and the agitator diameter, while the value of obtained De was relative stable so that the equation of dimensionless group Sh = 4.8136 10-3 Re 0,6716 could be obtained with the average relative error of 2.620%. Key words: extraction,Cinnamon oil, mass transfer coefficient PENDAHULUAN Tanaman kayu manis termasuk famili Lauraceae, yang dalam dunia perdagangan dikenal 232
dengan nama Cinnamom atau Cinnamomum. Di beberapa negara maju rempah-rempah yang dihasilkan oleh tanaman kayu manis ini sangat digemari.
Koefisien Transfer Massa pada …
(Budi dan Sasongko)
Minyak atsiri berada di seluruh bagian tanaman, dari akar hingga kuntum maupun bunganya. Namun kandungan minyak kayu manis terbesar berada pada kulit batangnya. Minyak kayu manis terletak di dalam kulit bagian dalam (phloem). Penyelidikan komposisi kimia minyak kayu manis, pertama kali dilakukan oleh Blanchet satu abad yang lalu. Dumas dan Peligot menulis bahwa komponen utama minyak kayu manis adalah sinamat aldehid dan Eugenol (Guenther, 1948). CH=CH-CHO
OH OCH3
CH2 CH = CH2
(a)
(b)
Gambar 1. Struktur molekul sinamat aldehid (a) dan eugenol (b) Tabel 1. Sifat Fisik dan Kimia Minyak Kayu Manis (Ketaren, 1986) Karakteristik
Bobot jenis (15oC) Indeks bias (20oC) Sinamat Aldehid (%) Eugenol (%) Kelarutan/volume Alkohol 70%
Cinnamon
Cassia
1,020-1,030 1,568-1,570 51,8-56,0 14-18
1,055-1,070 1,600-1,606 75-90 6-15
1,5-2,5
2,0-3,0
Minyak atsiri dapat menguap pada suhu kamar dan penguapan semakin besar dengan kenaikan suhu, umumnya larut dalam alkohol dan pelarut organik lainya, kurang larut dalam alkohol encer yang konsentrasinya kurang dari 70%. Daya larut tersebut lebih kecil jika minyak mengandung fraksi terpene dalam jumlah besar. Sifat kimia minyak atsiri ditentukan oleh persenyawaan terpene, ester, asam, aldehid, dan beberapa jenis persenyawaan golongan oxygeneted hidrocarbon, misalnya alkohol, eter, dan keton. Perubahan sifat kimia minyak atsiri merupakan ciri dari kerusakan minyak yang mengakibatkan penurunan mutu. Beberapa proses yang dapat mengakibatkan perubahan sifat kimia minyak adalah proses oksidasi, hidrolisa, polimerisasi (resinifikasi) dan penyabunan. Minyak atsiri bisa diambil dari bahan aslinya dengan cara pengempaan (pressing), distilasi uap ataupun dengan cara ekstraksi. Pengempaan hanya dapat dilakukan pada bahan yang kadar minyak tinggi, selain itu pengempaan hanya mengeluarkan minyak pada permukaan bahan saja, tidak sampai ke serat-serat bahan sehingga hanya menghasilkan minyak yang sedikit. Cara distilasi uap membutuhkan energi yang besar dan hasil minyak yang sedikit. Cara yang paling baik untuk mengambil minyak dari bahan yang berkadar minyak rendah adalah dengan cara ekstraksi menggunakan pelarut organik (Alexander dkk., 1964).
Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mencari harga konstanta kesetimbangan ekstraksi padat cair kulit kayu manis, mencari lama waktu untuk mencapai kondisi setimbang, untuk mengetahui pengaruh variabel kecepatan pengaduk dan diameter pengaduk terhadap harga koefisien perpindahan massa dan mendapatkan persamaan yang menjelaskan hubungan antara kecepatan pengaduk dan diameter pengaduk terhadap koefisien transfer massa. Penyusunan Model Matematis Penyusunan model matematis pada ekstraksi padat-cair dilakukan dengan mengambil asumsi bahwa ukuran padatan seragam dan berbentuk bola dengan jari-jari R. Dari penyusunan neraca massa solut dalam elemen volum padatan didapatkan persamaan 1 (Bird dkk., 1976). 2
∂ Ca ∂r
2
+
2 ∂ Ca ∂r
r
dengan kondisi batas : Kondisi awal Kondisi batas − De
∂C a ∂r
=
1 De
.
∂ Ca
(1)
∂t
: Ca (r,0) = Cao : Ca (0,t) = tertentu,
R, t
(
*
= K c C af − C af
)
(2)
Caf* = H Ca Persamaan diferensial tersebut diselesaikan dengan metode finite difference approximation. Dengan cara ini persamaan tersebut diubah menjadi difference equation berupa persamaan aljabar. Jari-jari padatan dan waktu dibagi menjadi interval-interval kecil setebal ∆r, sejumlah N, batas-batas interval diberi indeks i = 1, 2, 3, …, N, untuk jari-jari, sedangkan untuk waktu dibagi sebesar ∆t, sejumlah T dan diberi indeks j = 1, 2, 3,…, T. Pendekatan dilakukan dengan menggunakan cara implisit sebagai berikut :
⎡ ⎡ 1⎤ ⎢⎣1 − i ⎥⎦ Ca i −1, j+1 + ⎢− 2 − ⎣
(∆r )2 ⎤ Ca
⎥ De . ∆t ⎦
⎡ ⎢⎣
i, j+1 + 1 +
2 ( ∆r ) Jika didefinisikan M =
De.∆t
1⎤
⎥
i⎦
⎡ (∆r )2 ⎤ ⎥ Ca i, j ⎣ De . ∆t ⎦
Ca i +1, j+1 = − ⎢
, maka :
⎡ 1⎤ ⎡ 1⎤ ⎢⎣1 − i ⎥⎦ Ca i −1, j+1 + [− 2 − M ] Ca i, j+1 + ⎢⎣1 + i ⎥⎦ Ca i +1, j+1
( )
= − M Ca i, j
(3) Persamaan (3) ini berlaku untuk daerah i = 1, 2, 3, …, (N-1). Untuk daerah pada i = 0 M⎞ ⎛ ⎛ 1 ⎞ ⎜ − 1 − ⎟Ca 0, j+1 + Ca1, j+1 = ⎜ − M ⎟Ca 0, j 6 ⎠ ⎝ ⎝ 6 ⎠
(4)
233
Reaktor, Vol. 12 No. 4, Desember 2009, Hal. 232-238 Untuk daerah disekitar i = N ⎡ ∆r ⎤ ⎢⎣R − 2 ⎥⎦
⎡ ⎛ ⎣⎢ ⎝
2
Ca N −1, j+1 + ⎢− ⎜ R −
2
=−
R Kc . ∆r De
∆r ⎞ 2
2
⎟ ⎠
⎡⎛ ∆r ⎞ Caf j+1 − ⎢⎜ R − ⎟ 4 ⎠ ⎢⎣⎝
2
2
−
R Kc . H . ∆r De
⎛ ⎝
− ⎜ R−
∆r ⎞
⎟ ⎠
4
1 ⎤ . M ⎥ Ca N, j 2 ⎥ ⎦
2
.
1 2
⎤
M ⎥ Ca N, j+1
⎦⎥
(5)
2
Jika didefinisikan
R .Kc.∆r De
= β , maka persamaan
diatas menjadi : ⎡ ∆r ⎤ ⎢⎣R − 2 ⎥⎦
2
⎡ ⎛ ∆r ⎞ Ca N −1, j+1 + ⎢ − ⎜ R − ⎟ 2 ⎠ ⎣⎢ ⎝
= − β . Caf j+1 −
2
⎛ ∆r ⎞ − βH − ⎜ R − ⎟ 4 ⎠ ⎝
2
⎤ . M ⎥ Ca N, j+1 2 ⎥ ⎦
(6)
Nilai Caf dapat dicari dengan menyusun neraca massa solut di fase padat dan cair . Jumlah solut (pada saat t = 0) = Jumlah solut mula-mula
1R ⎡ ⎤ Cao − ∫ Ca.dr ⎢ ⎥⎦ W⎣ R0 V
(7)
Jika harga-harga Ca dan Caf dengan indeks j tersedia, maka berdasarkan persamaan (3), (4), dan (6) yang telah disusun di atas harga-harga Ca dan Caf dengan indeks waktu j+1 bisa dihitung. Selanjutnya dihitung harga Cafj+1 yang lebih baik, dengan integrasi numeris persamaan (7). Demikian seterusnya, dilakukan proses iterasi sampai diperoleh harga-harga yang cukup baik (Sediawan dan Prasetya, 1997). Nilai koefisien transfer massa dan difusivitas efektif diperoleh dengan cara optimasi Hooke Jeeves dengan hingga didapatkan nilai Sum of Square of Errors (SSE) terkecil dengan membandingkan nilai Caf data dan Caf hasil hitungan komputer. SSE= Σ (Cafo – Cafc)2
(8)
Variabel-variabel yang mungkin muncul terhadap koefisien transfer massa pada ekstraksi padatcair pada bejana berpengaduk adalah : ρ, µ, Ds, dp, N, db, diameter dan tinggi baffle. Sedangkan dalam penelitian ini variabel yang diperhatikan hanya ρ, µ, Ds, dp, N sedangkan diameter butir (db) diambil konstan, dan tidak digunakan baffle sebagai parameter, sehingga bila dinyatakan dalam bilangan tak berdimensi dengan memakai sistem MLT : c1
c2
c3
c4
c5
Kc = K . ρ . µ . Ds . dp . N Setelah dilakukan analisis dimensi, secara umum dapat dirumuskan bahwa hubungan koefisien transfer massa dengan variabel-variabel yang mempengaruhinya adalah : B'
⎛ ρ.N.dp 2 ⎞ ⎛ µ ⎞ ⎛ Kc.dp ⎞ ⎟⎟ ⎜ ⎜ ⎟ = A⎜⎜ ⎟ ⎝ ρ.Ds ⎠ ⎝ µ ⎠ ⎝ υ.Ds ⎠ Sh = A. Re’B’. ScC’
dengan, 234
Sh : Bilangan Sherwood
Sh = A’ . Re’B
(11)
1
⎡⎛ ∆r ⎞ 2 1 ⎤ ⎢⎜ R − ⎟ . M ⎥ Ca N, j 4 ⎠ 2 ⎥ ⎣⎢⎝ ⎦
Caf = Cafo +
Re : Bilangan Reynolds termodifikasi Sc : Bilangan Schmidt Bilangan Sherwood mewakili proses transfer massa padatan ke cairan dan bilangan Reynolds menyatakan perlakuan proses terhadap bahan, sedangkan bilangan Schmidt menyatakan sifat-sifat fisis bahan. Dengan asumsi bahan yang digunakan mempunyai sifat-sifat yang seragam dan sifat cairan tidak berubah selama proses, maka untuk harga bilangan Schmidt yang tetap, berlaku persamaan :
C'
(9) (10)
METODE PENELITIAN Penelitian ini diawali dengan percobaan pendahuluan untuk mendapatkan waktu kesetimbangan, konstanta kesetimbangan, dan perbandingan berat bahan dan volume solven yang akan digunakan dalam langkah penelitian selanjutnya. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kulit kayu manis yang didapatkan dari Pasar Johar Semarang dan solven n-heksana. Percobaan pendahuluan ini dilakukan dengan berbagai perbandingan berat bahan dan volume solven yaitu 20 g : 150 mL; 25 g : 150 mL; 30 g : 175 mL; 35 g : 175 mL; 40 g : 200 mL; dan 45 g : 250 mL. Ekstraksi dilakukan pada suhu 55oC, kecepatan pengadukan 300 rpm dan diameter pengaduk 3 cm. Alat-alat yang digunakan selama percobaan antara lain labu leher tiga, pendingin balik, termometer, pengaduk magnetik, pemanas (hotplate) dan statif. Alat-alat tersebut dirangkai seperti pada Gambar 2. Setelah dilakukan percobaan pendahuluan, penelitian ini dilanjutkan untuk mempelajari pengaruh variabel kecepatan pengadukan dan diameter pengaduk dan pengaruhnya terhadap koefisien transfer massa (Kc) dan Difusivitas efektif (De). Ekstraksi dilakukan dengan kondisi operasi tetap pada suhu 55oC (1 atm), ukuran serbuk kayu manis 48 mesh, waktu ekstraksi 150 menit dan perbandingan berat bahan dan volume solven adalah 40 g : 200 mL. Variabel yang dipilih sebagai variabel berubah adalah kecepatan pengadukan (250 rpm, 300 rpm, 350 rpm, dan 400 rpm). Sedangkan untuk variabel diameter pengaduk digunakan diameter 2, 3 dan 4 cm. Respon yang diamati selama penelitian ini adalah berat minyak yang diperoleh, densitas solven, viskositas solven, dan densitas kayu manis. HASIL DAN PEMBAHASAN Penentuan Konstanta Kesetimbangan Dari data-data hubungan antara Ca dan Caf* pada keadaan setimbang, dipergunakan untuk menentukan konstanta kesetimbangan. Dengan regresi linier diperoleh persamaan linier yang menghubungkan Ca dan Caf*.
Caf* = 0,8353 Ca
(12)
Konstanta kesetimbangan merupakan slope dari persamaan garis yaitu 0,8353.
Koefisien Transfer Massa pada …
(Budi dan Sasongko)
Keterangan : 1. Statif 2. Klem 3. Pendingin 4. Termometer 5. Labu alas bulat 6. Water bath 7. Pemanas Listrik 8. Batang pengaduk magnetik
8
Gambar 2. Rangkaian alat ekstraksi Pengaruh Waktu Ekstraksi Terhadap Konsentrasi Solut dalam Solven Hubungan antara konsentrasi solut dalam cairan dengan waktu ekstraksi hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.
2
N Re =
4.7
C a f x 1 0 -3 (g so lu t/g so lv en )
tertransfer dari permukaan padatan ke solven bertambah besar. Besarnya turbulensi dalam pengadukan diwakili oleh Bilangan Reynold yang bisa diekspresikan pada persamaan 13 (Brown dkk., 1950).
4.5
250 rpm (percobaan) 300 rpm (percobaan) 350 rpm (percobaan) 400 rpm (percobaan) 250 rpm (simulasi) 300 rpm (simulasi) 350 rpm (simulasi) 400 rpm (simulasi)
4.3 4.1 3.9 3.7 3.5 0
25
50
75 100 Waktu (menit)
125
150
175
Gambar 3. Hubungan Caf dan waktu untuk variasi kecepatan putar pengaduk (hasil percobaan dan simulasi) Semakin lama waktu ekstraksi, semakin tinggi kadar solute dalam cairan, sampai suatu keadaan tetap pada saat kadar solut tidak bertambah dengan bertambahnya waktu, karena kesetimbangan padat cair telah tercapai, dimana dalam penelitian ini kesetimbangan terjadi pada waktu ekstraksi 150 menit. Pengaruh Kecepatan Putar Pengaduk Dari hasil penelitian yang ditunjukkan pada Gambar 3, dapat dijelaskan bahwa untuk kecepatan putar pengaduk yang semakin meningkat, konsentrasi solut dalam solven akan bertambah besar. Hal ini disebabkan kenaikan kecepatan putar pengaduk akan meningkatkan turbulensi dalam larutan sehingga akan mengakibatkan menipisnya lapisan film yang mengelilingi butir. Dengan menipisnya lapisan film yang mengelilingi butir partikel kayu manis, solut yang
ρ.dp .Np µ
(13)
dimana, ρ = densitas cairan dp= diameter pengaduk Np= kecepatan pengadukan µ = viskositas cairan Oleh karena itu faktor kecepatan di dalam ekspresi bilangan Re tidak dinyatakan sebagai selisih kecepatan permukaan partikel padatan kayu manis dengan kecepatan cairan yang diaduk. Faktor diameter di dalam ekspresi bilangan Re juga bukan merupakan diameter partikel padatan. Sebenarnya faktor kecepatan di dalam ekspresi bilangan Re juga bisa dinyatakan sebagai selisih kecepatan permukaan partikel padatan kayu manis dengan kecepatan cairan yang diaduk. Tetapi ada kesulitan untuk mengukur selisih kecepatan terebut. Di samping itu selisih kecepatan itu juga diakibatkan oleh kecepatan putaran pengaduk. Oleh karena itu bilangan Re diekspresikan seperti persamaan 13. Semakin besar kecepatan pengaduk, maka semakin besar pula bilangan Reynold yang menunjukkan semakin besar pula turbulensi dalam proses ekstraksi. Hubungan antara konsentrasi solut dalam solven dengan waktu untuk hasil simulasi dapat dijelaskan pada Gambar 3. Gambar tersebut menunjukkan bahwa harga-harga konsentrasi larutan yang diperoleh dari hasil simulasi mendekati hargaharga yang diperoleh dari penelitian, hal ini menunjukkan bahwa model matematis yang disusun cocok untuk proses ekstraksi padat-cair untuk butiran berbentuk bola. Kesesuaian model matematis yang disusun bisa juga dilihat dari harga SSE untuk tiap-tiap garis model yang nilainya cukup kecil (Tabel 2 ). 235
Reaktor, Vol. 12 No. 4, Desember 2009, Hal. 232-238
No 1 2 3 4
Kecepatan pengaduk (rpm) 250 300 350 400
SSE 0,054455 0,115705 0,118436 0,167299
Pengaruh Diameter Pengaduk Hasil penelitian yang ditunjukkan pada Gambar 4, memperlihatkan bahwa semakin besar diameter pengaduk, konsentrasi solut dalam solven akan semakin meningkat. Semakin besar diameter pengaduk, semakin besar pula bilangan Reynold, yang berarrti menunjukkan adanya kenaikan turbulensi dalam proses ekstraksi. Sejalan dengan penjelasan sebelumnya, kenaikan jumlah solut dalam solven ini juga disebabkan oleh kenaikan turbulensi dalam cairan, sehingga solut yang ditransfer dari permukaan padatan ke dalam solven akan semakin banyak.
kecil, maka yang mengatur kecepatan ekstraksi adalah transfer massa dari permukaan padatan ke cairan. 3.90 3.70
K c (1 0 4 g /cm 2 /m en it)
Tabel 2. Nilai SSE tiap kecepatan putar pengaduk
3.30 3.10 2.90 2.70 2.50 200
250
300
350
400
450
Kecepatan Pengaduk (rpm)
Gambar 5. Hubungan Kc dengan kecepatan pengadukan
4.5
3.00 2.90
4
2.80
3 2.5
2
3.5
4
Dp 2 cm (percobaan) Dp 3 cm (percobaan) Dp 4 cm (percobaan) Dp 2 cm (simulasi) Dp 3 cm (simulasi) Dp 4 cm (simulasi)
Kc (10 g/cm /menit)
C af . 10 -3 (g solu t/g solven)
3.50
2.70 2.60 2.50 2.40 2.30 2.20 2.10
2 0
25
50
75
100
125
150
175
Waktu (menit)
2.00 1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
Diameter pengaduk (cm)
Gambar 4. Hubungan Caf dan waktu untuk variasi diameter pengaduk (hasil percobaan dan simulsi).
Gambar 6. Hubungan Kc dengan diameter pengaduk
Berdasarkan harga Caf (konsentrasi solut dalam solven) pada variasi kecepatan pengaduk dan diameter pengaduk dapat dicari harga Kc dan De pada berbagai kecepatan putar pengaduk dan diameter pengaduk dengan optimasi dua peubah (Kc dan De) untuk menyelesaikan persamaan diferensial parsial dari model yang telah disusun di bagian depan. Penyelesaian dilakukan menggunakan Finite Difference Approximation cara implisit dan minimasi Hooke-Jeeves, yang dikerjakan dengan bantuan program komputer Qbasic. Hubungan Kc dan De baik dengan kecepatan pengaduk maupun diameter pengaduk dapat dilihat pada Gambar 5 dan 6. Pada ekstraksi padat-cair (solid-liquid extraction), perpindahan massa solut dari dalam padatan ke cairan berlangsung melalui dua tahapan proses, yaitu difusi dari dalam padatan ke permukaan padatan dan perpindahan massa dari permukaan padatan ke cairan. Kedua proses tersebut berlangsung seri. Jika salah satu langkah berlangsung lebih cepat, maka kecepatan ekstraksi ditentukan oleh langkah kecepatan yang lambat. Apabila ukuran padatan relatif
Dari Gambar 7 terlihat bahwa nilai Kc semakin besar dengan meningkatnya kecepatan putar pengaduk dan diameter pengaduk. Hal ini terjadi karena pada kecepatan putar pengaduk yang makin besar, turbulensi yang ditimbulkan akan semakin besar sehingga mengakibatkan tahanan difusinya menjadi semakin kecil, sehingga transfer massa dari cairan ke padatan makin besar. Hubungan kecepatan putar pengaduk dan kenaikan turbulensi mempunyai batasan. Kecepatan pengaduk tidak boleh terlampau besar karena dapat menyebabkan tidak terjadinya pemisahan butir-cairan, dimana pada saat itu butiran dan cairan tidak memiliki perbedaan kecepatan gerak. Kecepatan putar pengaduk pada penelitian ini dibatasi paling besar 400 rpm, selain untuk menghindari adanya vorteks disebabkan juga karena keterbatasan alat. Persamaan kelompok tak berdimensi yang didapat, menunjukkan bahwa Bilangan Sherwood (Sh) berbanding lurus dengan Bilangan Reynold (Re). Bilangan Sh menyatakan besarnya Kc pada rapat massa, difusifitas dan diameter pengaduk tertentu.
236
Koefisien Transfer Massa pada …
(Budi dan Sasongko)
Tabel 3. Harga Kc (g/cm2/menit) pada berbagai Bilangan Reynold. Kc, Bilangan Sherwood Np, rpm Bilangan Reynold g/cm2/menit 350 1350,5722 2,2969E-04 0,5279
Dp, cm
2 3
350
2170,5625
2,5495E-04
0,8790
4
350
2604,6750
2,8438E-04
1,0074
3
250
2734,9087
2,9219E-04
1,0343
3
300
3038,7875
3,0000E-04
1,1151
3
350
3472,9000
3,2344E-04
1,2531
3
400
5402,2889
3,6348E-04
1,3072
Jika kecepatan putar pengaduk dan diameter pengaduk semakin besar maka harga bilangan Reynold juga semakin besar, sehingga harga bilangan Sh juga akan semakin besar. Untuk harga bilangan Schmidt yang tetap, hubungan antara Kc dengan kecepatan putar pengaduk dan diameter pengaduk umumnya digunakan dalam bentuk persamaan kelompok tak berdimensi sebagai berikut : Sh = A’Re’B Dari hasil penelitian ini didapatkan persamaan hubungan antara Sh dengan Re untuk sistem ekstraksi kayu manis dengan pelarut n heksana untuk proses batch, pada suhu 55°C, yaitu : Sh = 4,8136.10-3 Re 0,6716 untuk kisaran harga bilangan Reynold 1350-5402. 0.6 0.4
ln S h
0.2 0 -0.2
7
7.2
7.4
7.6
7.8
8
8.2
8.4
8.6
8.8
-0.4
Pengujian Sampel Minyak Kayu Manis Pengujian sampel dimaksudkan untuk mengetahui komposisi kimia minyak kayu manis yang didapatkan dari hasil penelitian. Pengujian sampel menggunakan analisis instrumen dengan GC/MS dilakukan di Laboratorium Kimia Organik Fakultas MIPA UGM yang tersaji pada Tabel 4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan diambil kesimpulan bahwa harga konstanta kesetimbangan ekstraksi padat-cair pada ekstraksi kulit kayu manis adalah 0,8353 cm3/g padatan. Semakin lama waktu ekstraksi, semakin tinggi kadar solut dalam solven hingga mencapai kondisi setimbang. Kondisi kesetimbangan dicapai pada waktu ekstraksi 150 menit. Harga koefisien perpindahan massa (Kc) semakin besar untuk kecepatan putar dan diameter pengaduk yang semakin besar karena mengakibatkan kenaikan turbulensi sehingga tahanan difusi makin kecil. Hubungan antara bilangan Sh dengan bilangan Re, untuk kisaran harga bilangan Reynold 1350-5402 dapat dinyatakan dalam persamaan :
Sh = 4,8136.10-3 Re 0,6716
-0.6 -0.8 ln Re
Gambar 7. Hubungan antara Bilangan Sherwood dengan Bilangan Reynold Tabel 4. Komposisi Kimia Minyak Kayu Manis Hasil Uji GC/MS No.
Nama Senyawa
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Asam heksanoat Sinamaldehid Eugenol Asam palmitoleat Asam eicosenoat Senyawa lain
Persentase Relatif (%) 28,06 62,55 3,27 1,31 0,85 3,96
DAFTAR NOTASI Ca = konsentrasi solut dalam padatan, g solut/ volume padatan Ca0 = konsentrasi solut dalam bahan mula-mula, g solut/volume padatan Caf = konsentrasi solut dalam solven, g solut/g solven Caf* = konsentrasi solut dalam solven pada keadaan setimbang, g solut/g solven Cafo = konsentrasi solut dalam solven hasil percobaan, g solut/g solven Cafc = konsentrasi solut dalam solven hasil perhitungan dengan persamaan, g solut/g solven De = difusivitas efektif, cm2/menit dp = diameter pengaduk, cm Ds = difusivitas molekular cairan, cm2/menit H = konstanta kesetimbangan
237
Reaktor, Vol. 12 No. 4, Desember 2009, Hal. 232-238 Kc N NA r R Re’ Sc Sh t V W ρ µ Va
= = = = = = = = = = = = = =
koefisien transfer massa, g/cm2/menit kecepatan putar pengaduk, rpm kecepatan transfer massa, g solut/cm2/menit jari-jari, cm jari-jari butir padatan, cm angka Reynold termodifikasi angka Schmidt angka Sherwood waktu, menit volume padatan, cm3 berat solven, g densitas larutan, g/ml viskositas larutan, g/cm/menit volume molar, cm3/gmol
DAFTAR PUSTAKA
Alexander, J. et al., (1964), Bailey’s Industrial Oil and Fat Products, 3rd edition, John Wiley & Sons, New York, London, Sydney. Bird, R. B. et al., (1976), Transport Phenomena, p.503, John Willey and Sons, Inc., New York.
238
Brown, G. G. et al., (1950), Unit Operation, 14thed., pp. 277-295, 512, 518, John Wiley and Sons, Inc., New York. Guenther, (1948), The Essential Oils, Volume III, D. Van Nostrand Company Inc. New York. Ketaren, S., (1986), Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan, hal. 191, UI Press, Jakarta. Perry, R. H. and Green, D. W., (1984), Perry’s Chemical Engineer’s Handbook, 6thed., pp. 3-75, 3265, 3-273, 3-286, McGraw-Hill Kogakusha Ltd., Tokyo. Sediawan, W. B. dan Prasetya, A., (1997), Pemodelan Matematis dan Penyelesaian Numeris dalam Teknik Kimia, hal. 43-45, Penerbit Andi, Yogyakarta. Treybal, R. E., (1984), Mass Transfer Operations, 3rd ed., McGraw-Hill Kogakusha Ltd., Tokyo. Wertheim, E. and Jeskey, H., (1956), Introductory Organic Chemistry, ed. 3, p. 288, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York.