PEMILIHAN PELARUT EKSTRAKSI ETANOL DARI PELARUT BERBASIS ALKOHOL PADA PROSES FERMENTASI-EKSTRAKTIF. Disusun oleh:

Transkripsi

1 LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOKIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER Yanuar Arief Prasetya PEMILIHAN PELARUT EKSTRAKSI ETANOL DARI PELARUT BERBASIS ALKOHOL PADA PROSES FERMENTASI-EKSTRAKTIF Disusun oleh: Mulan Nur Shabrina Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng L/O/G/O

2 LATAR BELAKANG Meningkatkan pengembangan etanol sebagai bahan bakar alternatif Etanol diperoleh melalui fermentasi-ekstraktif dimana etanol yang terbentuk diekstrak dengan pelarut organik. Keuntungan fermentasi-ekstraktif adalah mempermudah recovery dan pemurnian etanol

3 Tujuan Penelitian Mempelajari secara teoritis dan eksperimen pengaruh macam pelarut dan laju alir pelarut terhadap kinerja packed column pada proses ekstraksi etanol dari broth fermentasi yang dinyatakan dengan % recovery ekstraksi.

4 Penelitian Terdahulu Laddha dan Degaleesan (1978), mengkaji operasi ekstraksi, data karakteristik dan korelasi-korelasi yang ada untuk tipe packing tradisional seperti Raschig ring dan Berl saddles yang diketahui efisien untuk operasi distilasi, absorpsi, dan stripping sehingga tipe packing yang dikenal efisien untuk operasi distilasi juga efisien untuk operasi ekstraksi. Minier dan Goma (1982), melakukan upaya-upaya penghambatan pertumbuhan mikroorganisme oleh etanol yang diproduksi mengusulkan proses fermentasi ekstraktif dengan pelarut n-dodecanol.

5 Penelitian Terdahulu Kollerup dan Daugulis. (1985), memprediksikan model produktivitas etanol 82,6 gr/l jika feed glukosa 750 gr/l difermentasikan dengan pelarut yang memiliki koefisien transfer massa 0,5 pada laju pelarutan pelarut 5 h -1. Hasilnya ternyata 10 kali lebih besar dibandingkan fermentasi yang biasa dilakukan dengan feed glukosa 250 g/l. Richard D. Offeman et al (2005) mengkaji pengaruh dari variasi berbagai macam struktur kimia dari alkohol sebagai pelarut etanol, mulai dari rantai normal, rantai bercabang hingga rantai yang membentuk cincin (siklik). Richard D. Offeman et al (2008) mengkaji garis besar performa pelarut yang ditunjukkan dari nilai Kd E dan alfa yang dipengaruhi oleh cabang dan posisi dari hydroxyl. Hasilnya pelarut yang memiliki berat molekul lebih besar cenderung memiliki Kd E yang lebih kecil tetapi tidak bersifat toxic terhadap mikroorganisme.

6 Penelitian Terdahulu Lab Teknologi Biokimia Purwatiningsih dan Ayundari (2011), melakukan upaya meningkatkan kinerja ekstraksi dari broth menggunakan pelarut dengan alkohol yang mempunyai atom c lebih tinggi : eksperimen dan permodelan Hasil yang didapatkan: penggunaan pelarut amil alkohol dan packing raschig ring memiliki %recovery yang paling besar dengan rata-rata kesalahan 10-11%

7 Metode Penelitian Eksperimen Pembuatan media fermentasi Pembuatan starter Eksperimen menggunakan Packed Column Pengambilan data kesetimbangan Evaluasi Toksisitas

8 Metode Penelitian Permodelan Data sifat kimia & fisika bahan Data properties packing Data parameter Thermodinamika Estimasi harga k c, k d, K od, K od a dengan korelasi Laddha dan Degaleesan Permodelan packed column untuk ekstraksi etanol dengan pelarut n- Amyl Alcohol, iso-amil Alcohol dan 1-Octanol menggunakan Metode Euler Eksperimen Transfer massa konsentrasi larutan broth fermentasi dan pelarut % Recovery ekstraksi Validasi

9 Set Up Peralatan

10 Hasil Penelitian dan Pembahasan Hasil yang didapatkan pada percobaan ini adalah Kde,%recovery,uji toxisitas dan kd dari masing-masing pelarut. Validasi antara hasil eksperimen dengan permodelan yang di tunjukkan dengan %eror.

11 Kesetimbangan Broth Fermentasi dengan Kesetimbangan Berbagai Macam Pelarut n-amyl alcohol iso-amyl alcohol Fraksi etanol di ekstrak (w/w) 0,0045 0,004 0,0035 0,003 0,0025 0,002 0,0015 0,001 0, y = 0,7526x 0 0,002 0,004 0,006 Fraksi etanol di rafinat (w/w) Fraksi etanol di ekstrak (w/w) 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0 y = 0,7354x 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 Fraksi etanol di rafinat (w/w) Fraksi etanol di ekstrak (w/w) 0,002 0,0018 0,0016 0,0014 0,0012 0,001 0,0008 0,0006 0,0004 0, octanol y = 0,6531x 0 0,001 0,002 0,003 Fraksi etanol di rafinat (w/w) Offeman tahun 2008, bahwa semakin besar berat molekul nilai Kde cenderung semakin kecil. Offeman 2005, dimana penelitian ini untuk menunjukkan performa ekstraksi dari pelarut yang memiliki berat molekul sama namun struktur berbeda (i-butyl alcohol dan n-butyl alcohol).

12 Struktur Pelarut 1. n-amyl alcohol Memiliki BM = 88,15 2. Iso-amyl alcohol Memiliki BM = 88, octanol Memiliki BM = 130,23

13 Hasil Uji Toxisitas pada Masing-masing Pelarut No Nama Sample Kompon en %volume in sampel Total (%) Konsentrasi Gula Sisa (g/l) Gula Terkonsumsi Pertumbuhan Sel (sel/ml sampel) 1 blanko ethanol 1,6913 air 98, , ,3 2 n-amyl alcohol ethanol 1,0334 air 98, , , ,7 3 iso-amyl alcohol ethanol 0,9726 air 99, , , ,3 4 1-octanol ethanol 0,4876 air 99, , , Sesuai dengan penelitian Offeman tahun 2008, bahwa semakin besar berat molekul maka pelarut cenderung tidak meracuni mikroorganisme (Zymomonas Mobilis).

14 Nilai Laju Alir Pelarut pada Berbagai Macam Pelarut % recovery ethanol LD (cm3/min) %recovery n-amyl Alcohol Iso-Amyl Alcohol 1-Octanol Kd 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0, LD (cm3/min) Koefisien transfer massa n-amyl Alcohol Iso-Amyl Alcohol 1-Octanol Dari hasil eksperimen tersebut, nilai %recovery etanol dan koefisien transfer massa fase disperse (k d ) semakin besar seiring dengan besar laju alir fase disperse. Dari data dapat terlihat bahwa nilai %recovery n-amyl alcohol lebih besar daripada iso-amyl alcohol dan 1-octanol. Untuk koefisien transfer massa fase disperse (k d ) menunjukkan bahwa semakin besar laju alir pelarut menyebabkan perpindahan massa pada proses ekstraksi semakin besar.

15 Nilai Laju Alir Pelarut pada Berbagai Macam Pelarut (Permodelan) % recovery ethanol n-amyl Alcohol Iso-Amyl Alcohol 1-Octanol 0, ,005 LD (cm3/min) 0,004 %recovery k d 0,003 0,002 0,001 n-amyl Alcohol Iso-Amyl Alcohol 1-Octanol LD (cm3/min) Koefisien transfer massa

16 Perbandingan Hasil Eksperimen dengan Permodelan n-amyl alcohol laju alir %recovery pelarut eksperimen permodelan %error ,34 33,66 15, ,88 37,55 12, ,35 39,02 6, ,09 39,84 4,38 %error rata-rata 9,87 iso-amyl alcohol laju alir %recovery pelarut eksperimen permodelan %error ,62 23,58 16, ,98 31,07 9, ,61 34,21 4, ,74 35,96 0,63 %error rata-rata 7,86 laju alir pelarut nilai kd untuk pelarut n-amyl alkohol %error eksperimen permodelan , , , , , , , , , , , ,4658 % error rata-rata 0,8116 laju alir pelarut nilai kd untuk pelarut iso-amyl alcohol %error eksperimen permodelan , , , , , , , , , , , ,1320 % error rata-rata 0,2867

17 Perbandingan Hasil Eksperimen dengan Permodelan 1-octanol %recovery laju alir pelarut eksperimen permodelan %error ,17 22,77 15, ,60 24,95 13, ,42 25,80 13, ,09 26,30 4,61 % error rata-rata 11,74 nilai kd untuk pelarut 1-octanol laju alir %error pelarut eksperimen permodelan , , , , , , , , , , , ,9495 % error rata-rata 1,1950

18 Kesimpulan Kelarutan etanol terhadap n-amyl alcohol lebih besar dibandingkan iso-amyl alcohol dan 1-octanol, yaitu 0,7526 pada n-amyl alcohol, 0,7354 pada iso-amyl alcohol, dan 0,6531 pada 1-octanol. Untuk uji toksisitas, pelarut 1-octanol bersifat tidak beracun terhadap mikroorganisme (Zymomonas Mobilis) dibandingkan pelarut n-amyl alcohol dan iso-amyl alcohol karena gula yang terkonsumsi dan pertumbuhan sel pada pelarut 1-octanol lebih banyak daripada pelarut n-amyl alcohol dan iso-amyl alcohol. Nilai %error pada k d lebih kecil dibandingkan dengan nilai %error rata-rata pada %recovery etanol. Hal ini menunjukkan bahwa kinerja kolom cukup stabil terhadap nilai k d dibandingkan terhadap %recovery etanol.

19 Saran Melakukan analisa GC setelah eksperimen dilakukan untuk mencegah pelarut maupun etanol banyak yang menguap sehingga menyebabkan ketidakvalidan data yang dihasilkan. Melakukan eksperimen dan permodelan menggunakan pelarut n-butyl alcohol dan iso-butyl alcohol untuk meninjau pengaruh rantai cabang pada toxisitas terhadap mikroorganisme dan meninjau selektivitas pelarut.

20 PEMILIHAN PELARUT EKSTRAKSI ETANOL DARI PELARUT BERBASIS ALKOHOL PADA PROSES FERMENTASI-EKSTRAKTIF TERIMA KASIH L/O/G/O LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOKIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER