Rancang Bangun Alat Pemurni Minyak Atsiri Daun Berbasis Membran Kitosan Selulosa

Transkripsi

1 Rancang Bangun Alat Pemurni Minyak Atsiri Daun Berbasis Membran Kitosan Selulosa Fiedro Dimiyadi. AM*, Mustofa Lutfi, Wahyunanto Agung Nugroho Jurusan Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang *Penulis Korespondensi, fiedro0000dimiyadi@gmail.com ABSTRAK Salah satu jenis minyak atsiri yang banyak diproduksi di Indonesia adalah minyak atsiri dari daun cengkeh (clove leaf oil). Minyak daun cengkeh sendiri banyak dikembangkan untuk bahan baku obat, pewangi sabun dan detergen. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melakukan rancang bangun alat pemurnian minyak atsiri daun cengkeh (clove leaf oil) berbasis membran kitosan-selulosa. Penggunaan kitosan dalam membran yang digunakan ditujukan untuk mengikat unsur logam yang terkandung di dalam minyak atsiri daun cengkeh. Unsur logam yang terkandung didalam minyak atsiri daun cengkeh menyebabkan minyak berwarna hitam dan juga keruh. Dalam penelitian ini dilakukan pengujian nilai fluks membran yang berfungsi untuk mengetahui kemampuan alat pemurni dalam memurnikan minyak atsiri daun cengkeh per satuan waktu tertentu. Pengujian nilai fluks membran dilakukan dengan menggunakan 5 variasi tekanan berurutan yaitu 0.5, 1, 1.5, 2 dan 2.5 bar. Nilai fluks yang didapat dari hasil pengujian berurutan adalah 0.185, 0.213, 0.239, dan l/m 2.detik. nilai fluks hasil pengujian mengalami penurunan yang signifikan pada tekanan 2 dan 2.5 bar. Penurunan nilai fluks ini menunjukkan adanya peristiwa fouling dalam proses filtrasi membran. Selain itu peristiwa fouling dapat terlihat dari perubahan karakteristik fisik membran, fouling terjadi akibat adanya akumulasi molekul - molekul pada permukaan membran dan sebagian terjebak kedalam poripori membran. Peristiwa fouling mengakibatkan terhambatnya aliran feed yang melewati membran. Kata kunci : Daun cengkeh, alat pemurni minyak daun cengkeh, fluks, membran Design of Clove Leaf Oil Purification Devices Based on Chitosan - cellulose Membrane ABSTRACT One of the many types of essential oil produced in Indonesia is clove leaf oil. Clove leaf oil has been developed for pharmaceutical raw materials, fragrances soaps and detergents. The purpose of this research is to perform design and build clove leaf oil purifiers based on chitosan-cellulose membrane. The use of chitosan in the membrane is intended to bind the metal elements are contained in the clove leaf oil. Metallic elements contained in clove leaf oil that causes the oil is black and turbid. In this research tested the membrane flux values that serves to determine the ability of purification devices in purifying the clove leaf oil per unit of time. Testing of performed by the membrane flux values using 5 consecutive pressure variation of 0.5, 1, 1.5, 2 and 2.5 bar. Flux values obtained from the results of the test sequence is 0.185, 0.213, 0.239, and L/m2.sec. flux value of the test results decreased significantly in 2 and 2.5 bar pressure. This decrease in flux values indicate fouling the events in a membrane filtration process. Besides the fouling events can be seen from the changes in the physical characteristics of the membrane, fouling occurred due to accumulation of the molecules on the membrane surface and most trapped into the pores of the membrane. Events result in inhibition of fouling the feed flow that pass through the membrane. Key words : Clove leaf oil, clove leaf oil purification device, flux, membrane 21

2 PENDAHULUAN Minyak atsiri atau essential oil adalah salah satu komoditi yang potensial di Indonesia. Minyak atsiri adalah hasil dari penyulingan atau ekstraksi tumbuh-tumbuhan tertentu, baik berasal dari daun, bunga, kayu, biji-bijian bahkan putik bunga. Salah satu jenis minyak atsiri yang dikembangkan di Indonesia adalah minyak atsiri daun cengkeh. Isolasi minyak atsiri dari daun cengkeh dapat menggunakan beberapa metode yaitu ekstraksi dan penyulingan. Minyak atsiri daun cengkeh yang dihasilkan di Indonesia masih kurang memenuhi standar kualitas dan kuantitas. Penyulingan daun cengkeh di Indonesia masih banyak dilakukan dengan menggunakan ketel uap yang berbahan logam besi. Minyak daun cengkeh yang dihasilkan dari penyulingan ini memiliki warna minyak hitam dan juga keruh. Warna hitam dan juga keruh tersebut dikarenakan reaksi kimia ion logam yang berasal dari daun serta ketel uap yang dipakai dengan minyak atsiri daun cengkeh itu sendiri. Proses pemurnian minyak atsiri daun cengkeh dapat dilakukan dengan proses pemurnian dengan menggunakan membran. Salah satu jenis membran yang dapat digunakan untuk proses pemurnian minyak atsiri daun cengkeh ini adalah membran kitosan selulosa. Pemilihan membran ini didasari oleh kemampuan kitosan dalam mengikat unsur Fe yang sangat baik. Salah satu tolak ukur dalam penentuan kualitas minyak atsiri daun cengkeh itu adalah tingkat kecerahan warna minyak. Pengurangan ion logam yang terkandung pada minyak atsiri daun cengkeh ini dapat meningkatkan kecerahan dari minyak atsiri daun cengkeh. METODE PENELITIAN Bahan Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak atsiri daun cengkeh (Clove leaf oil). Bahan-bahan untuk pembuatan alat pemurni minyak atsiri daun cengkeh adalah batang besi berbentuk kotak, pipa besi, plat besi. Sedangkan alat utama dalam pembuatan alat pemurni minyak atsiri adalah mesin las, mesin gerinda dan mesin bubut. Metode Penelitian ini dibagi menjadi 2 tahap kegiatan, yaitu: pembuatan alat pemurni minyak atsiri daun cengkeh dan pengujian nilai fluks. 1. Kegiatan Tahap Pertama Kegiatan tahap pertama adalah pembuatan alat pemurni minyak atsiri daun cengkeh, dimana alat ini tersusun dari 4 komponen utama yaitu: rangka, tabung bahan, saluran minyak atsiri dan tabung membran. Alat pemurni minyak atsiri direncanakan berdimensi panjang total 60 cm, lebar total 50 cm dan tinggi total 70 cm. Untuk lebih jelasnya, rancangan alat pemurni minyak atsiri dapat dilihat pada gambar 1. Gambar 1. Rancangan Alat Pemurni Minyak Atsiri Daun Cengkeh. 22

3 2. Kegiatan Tahap Kedua Kegiatan tahap kedua dalam penelitian ini adalah pengujian fluks membran pada alat pemurni minyak atsiri daun cengkeh. Pengujian fluks pada alat pemurni minyak atsiri ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan alat dalam memurnikan minyak atsiri per satuan waktu tertentu. Pengujian nilai fluks membran ini dilakukan dengan kontak waktu selama 1 menit. Dalam pengujian nilai fluks pada membran ini dilakukan pengujian perbandingan nilai fluks terhadap tekanan udara yang diberikan ke tabung bahan, dimana variasi tekanan yang digunakan pada pengujian ini yaitu 0.5, 1, 1.5, 2 dan 2.5 bar. Pengukuran fluks pada membran ini dilakukan untuk mengetahui kinerja (performance) dari membran itu sendiri. Pengukuran fluks pada membran ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus: Jv = Qp Am HASIL DAN PEMBAHASAN Karya Desain / Rancangan Teknologi Alat pemurnian minyak atsiri berbasis membran kitosan selulosa yang dirancang ini memiliki 4 komponen utama antara lain : 1. Rangka Alat Kerangka alat terbuat dari besi kotak dengan ukuran 4 x 4 cm dan memiliki kedudukan untuk tangki bahan dengan ukuran panjang total 60 cm, lebar total 50 cm serta tinggi total adalah 70 cm. Pemilihan besi kotak untuk rangka alat ini ditujukan agar dapat menahan beban dari komponenkomponen lain yang terdapat pada alat, sedangkan untuk ukuran rangka alat ini disesuaikan dengan dimensi alat secara keseluruhan. Gambar 2. Rangka Alat 2. Tabung minyak atsiri Tabung minyak atsiri terbuat dari bahan pipa stainless steel dengan diameter 6.6 dan ketebalan 3.4 mm. Dimensi tangki tinggi 40 cm diameter 16.8 cm, kapasitas tabung 10 liter sedangkan untuk kapasitas kerja maksimal 8 liter. Tabung minyak atsiri dilengkapi komponen yaitu manometer, saluran masuk udara, penstabil tekanan dan pembuangan kelebihan tekanan. Tangki bahan difungsikan untuk tempat menampung bahan yang berupa minyak atsiri dan juga tempat dimana bahan akan ditekan dengan menggunakan tekanan udara yang berasal dari compressor. Karena bahan yang berupa minyak atsiri ditekan dengan menggunakan tekanan udara di Tabung minyak atsiri ini maka bahan yang digunakan harus dapat menahan tekanan. Menurut Theoretical Bursting Pressures Of Stainless Steel Pipe Material to ASTM A312 pipa stainless steel dengan ukuran diameter 6 inch dan ketebalan 3.40 mm dapat menahan kuat tekanan sebesar Kpa atau sekitar bar. Pemilihan bahan stainless steel dalam pembuatan Tabung minyak atsiri ini selain kuat menahan tekanan juga tahan terhadap korosi (pengkaratan). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini. 23

4 Gambar 3. Tabung Minyak Atsiri 3. Saluran penyalur atsiri Saluran penyalur atsiri digunakan terbuat dari pipa stainless ukuran 1 yang dilengkapi dengan kran pengatur debit aliran dan pengatur tekanan bahan. Saluran penyalur atsiri dalam pembuatannya didasarkan pada fungsinya untuk menyalurkan bahan dari tabung bahan melewati kran pengatur debit dan tekanan bahan menuju tabung filtrasi dimana dalam tabung filtrasi terdapat membran kitosan-selulosa yang digunakan untuk menyaring minyak atsiri daun cengkeh. Gambar 4. Saluran Penyalur Atsiri 4. Tabung membran Tabung membran ini terbuat dari gabungan plat stainless steel dengan ketebalan 3 mm (berbentuk kerucut sebagai pembesaran saluran), plat stainless steel dengan ketebalan 1 cm (tempat melekatnya membran kitosan-selulosa) dan pipa stainless steel diameter 3 inch dengan tebal 3 mm. Pembesaran saluran pada tabung membran ini dimaksudkan agar luas permukaan membran yang dilewati bahan lebih besar dan bahan dapat tersebar ke seluruh permukaan membran. Adapun maksud dari penyebaran bahan keseluruh permukaan membran diharapkan agar tidak membuat cepat rusak atau sobek, selain itu juga agar bahan yang memiliki tekanan saat melewati membran tidak terpusat pada sebagian kecil permukaan membran karena kotoran yang terejeksi pada sebagian kecil permukaan membran saja dapat menyebabkan tersumbatnya pori membran yang mengakibatkan menurunnya laju aliran bahan yang melewati membran. Pada tabung membran ini dilengkapi juga dengan frame yang terbuat dari kawat saring stainless yang berfungsi sebagai penopang membran saat diberi tekanan agar membran tidak sobek. Frame dari kawat saring ini diletakkan di celah plat tabung membran dan direkatkan dengan menggunakan lem gasket. Gambar 5. Tabung Membran 24

5 5. Mekanisme Kerja Alat Pemurni Minyak Atsiri Berbasis Membran Kitosan-Selulosa. Mekanisme kerja dari alat pemurni minyak atsiri ini adalah pemurnian dengan menggunakan tekanan angin. Tekanan angin disini dihasilkan oleh kompressor listrik. Tabung pada alat pemurni minyak atsiri berisi bahan yang berupa minyak atsiri daun cengkeh dengan kapasitas total dari tabung ini sekitar 10 liter dan kapasitas kerja tabung minyak atsiri ini sekitar 8 liter. Tabung yang berisi minyak atsiri ini ditekan menggunakan udara dengan cara memasukkan udara dari kompressor ke dalam tabung. Udara yang masuk ke dalam tabung bahan di atur sesuai dengan berapa tekanan yang diinginkan. Pada tabung ini juga terdapat penstabil tekanan yang dapat mengatur atau membuang kelebihan udara didalam tabung. Setelah tekanan pada tabung stabil, maka tekanan angin pada tabung akan menekan bahan untuk menuju ke saluran bahan. Pada saluran bahan ini bahan yang bertekanan tidak akan langsung keluar atau melewati membran dikarenakan adanya kran pengatur. Untuk mengalirkan bahan yang berupa minyak atsiri daun cengkeh agar melewati membran maka kita harus membuka kran pengatur bahan dan kita juga dapat menyesuaikan tekanan bahan yang melewati membran dengan kran ini. Setelah kran dibuka maka bahan akan masuk ke dalam tabung filtrasi yang berisi membran kitosan-selulosa. Pada saat bahan yang bertekanan ini melewati membran, disinilah terjadi proses penyaringan minyak atsiri dari bahan-bahan yang ingin kita pisahkan menggunakan membran kitosan-selulosa ini. Bahan yang telah tersaring keluar melalui saluran keluar, sedangkan bahan sisa yang bercampur dengan kotoran akan dikeluarkan melalui kran pengeluaran di bawah tabung filtrasi. Untuk lebih jelasnya gambar saat pengujian alat ini dapat dilihat dibawah ini. Gambar 6. Mekanisme Kerja Pemurni Atsiri 6. Pengujian Fluks Membran Berdasarkan hasil dari pengujian nilai fluks pada alat pemurni minyak atsiri ini didapatkan data nilai fluks pada tekanan 0.5 bar nilai fluks sebesar L/m2.sec, tekanan 1 bar nilai fluks sebesar L/m2.sec, tekanan 1.5 bar nilai fluks sebesar L/m2.sec, tekanan 2 bar nilai fluks L/m2.sec dan pada tekanan 2.5 bar nilai fluks yang didapatkan sebesar L/m2.sec. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Tabel 1. Hasil Pengujian Nilai Fluks. Tekanan (Bar) Fluks (L/m 3.sec) Dari tabel diatas dapat dilihat fluks yang dihasilkan dari pengujian alat pemurnian minyak atsiri ini mengalami peningkatan nilai fluks dari tekanan 0.5 bar sampai 1.5 bar. Sedangkan setelah tekanan dinaikkan ke tekanan 2 bar dan 2.5 bar nilai fluks yang didapat mengalami penurunan. Hal ini disebabkan 25

6 karena membran yang digunakan hanya 1 buah dan dipakai pada tekanan yang berbeda dan semakin tinggi tekanan yang digunakan menyebabkan bertumpuknya kotoran yang menyumbat pori membran dan mengakibatkan penurunan nilai fluks pada membran. Hubungan Tekanan Dengan Fluks Gambar 7. Hubungan Tekanan Dengan Fluks Membran Berdasarkan grafik dapat dilihat bahwa variasi tekanan yang diberikan pada saat pengujian fluks membran pada alat pemurni minyak atsiri ini berpengaruh terhadap nilai fluks yang didapatkan. Dari grafik dapat dilihat bahwa pada saat diberikan tekanan 0.5 bar sampai 1.5 bar menunjukkan adanya peningkatan nilai fluks yang didapatkan seiring dengan semakin bertambahnya tekanan yang diberikan, akan tetapi pada saat penambahan tekanan menjadi 2 dan 2.5 bar grafik menunjukkan bahwa adanya penurunan nilai fluks yang sangat signifikan. Hal ini seperti yang dikemukakan oleh mulder (1996) bahwa dalam padatan yang terlarut, ketika tekanan dinaikkan sampai batas tertentu akan menaikkan fluks tetapi setelah mencapai tekanan tertentu fluks tidak akan meningkat. Peristiwa meningkatnya tekanan yang tidak disertai kenaikan fluks ini sering dijelaskan dengan teori gel. Teori gel tersebut mengatakan bahwa kenaikan tekanan akan meningkatkan konsolidasi partikel-partikel yang membentuk lapisan fouling sehingga tahanan perpindahan juga meningkat akibat meningkatnya konsentrasi lapisan fouling. Terjadinya fouling membran tidak dapat dihindari dan inilah tantangan terberat dalam teknologi membran. Lapisan fouling membran (foulant) ini menghambat filtrasi. Foulant ini dapat berupa endapan organik (makromolekul, substansi biologi), endapan inorganik (logam hidroksida, garam kalsium) dan partikulat. Fouling dapat dikurangi dengan aliran balik (backwash), pencucian membran, proses preklorinasi, proses oksidasi ozon sebelum penyaringan, dan proses koagulasi sebelum penyaringan. KESIMPULAN Dari penelitian yang sudah dilakukan dapat diambil kesimpulan di antaranya: Alat pemurni minyak atsiri daun cengkeh yang dibuat memakai prinsip tekanan udara. Jadi tekanan udara dari kompressor disalurkan ke dalam tabung bahan dan diatur tekanannya. Kemudian karena tekanan tadi bahan akan terdorong ke saluran bahan dan masuk ke tabung filtrasi yang berisi membran kitosan-selulosa, lalu permeat yang berupa minyak akan keluar dari lubang keluaran permeat sedangkan konsentrate yang berupa kotoran akan keluar dari kran pembuangan konsentrate. Nilai fluks pada tekanan 0.5 bar L/m 2.sec, tekanan 1 bar L/m 2.sec, tekanan 1.5 bar L/m 2.sec, tekanan 2 bar L/m 2.sec; tekanan 2.5 bar L/m 2.sec. Penurunan nilai fluks yang didapatkan terjadi karena proses fouling pada saat pengujian. 26

7 DAFTAR PUSTAKA Aksan J Tanaman Cengkeh (Syzygium aromaticum). Dilihat 15 Oktober < Allgeier, Steve Membran Filtration Guidance Manual. Cincinnati: Environmental Protection Agency, United States Baker, Richard W Membran Technology And Applications. Membran Technology and Research, California Hanum, Farida Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi. USU. Medan Marwati, tri, Meika Syahbanna Rusli, Edy Mulyono Pemucatan Minyak Daun Cengkeh Dengan Metode Khelasi Menggunakan Asam Sitrat. Bogor: J. Tek. Ind. Pert. Vol. 17(2), Mulder, Marcel Basic Principles Of Membran Technology. Kluwer Academic Publishers. London Najiyati, Sri, Danarti Budidaya Dan Penanganan Pascapanen Cengkih. Penebar Swadaya, Jakarta 27