EFISIENSI ENERGI DAN UJI KINERJA PROTOTIPE ALAT PENYULINGAN MINYAK NILAM

Transkripsi

1 EFISIENSI ENERGI DAN UJI KINERJA PROTOTIPE ALAT PENYULINGAN MINYAK NILAM Oleh: IVON WIDIAHTUTI F DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

2 IVON WIDIAHTUTI. F Efisiensi Energi dan Uji Kinerja Prototipe Alat-alat Penyulingan Minyak Nilam. Dibawah bimbingan : Meika Syahbana Rusli dan Ade Iskandar RINGKASAN Minyak atsiri merupakan salah satu komoditas pertanian yang potensial untuk dikembangkan di Indonesia. Salah satu minyak atsiri Indonesia yang paling penting adalah minyak nilam. Nilai ekspor minyak nilam selalu meningkat, tahun 2001 mencapai US $ 52,97 juta atau 4,4 % nilai ekspor minyak atsiri Indonesia. Indonesia pemasok utama minyak nilam dunia (90 %). Sementara kebutuhan minyak nilam dunia berkisar ton/tahun dengan pertumbuhan 5 %. Kualitas terna nilam tidak cukup untuk menghasilkan minyak nilam dengan mutu tinggi dan ekonomis. Sebagian minyak nilam masih diproduksi dengan alat sederhana sehingga mutu dan efisiensi serta produktifitasnya belum optimal. Oleh karena itu, perlu adanya modernisasi alat produksi seperti prototipe. Penyulingan minyak nilam ada dua cara yaitu penyulingan uap dan air dan penyulingan dengan uap langsung. Proses penyulingan minyak atsiri dapat dipercepat dengan menaikkan suhu dan tekanan. Oleh karena itu, penelitian ini menggunakan metode penyulingan dengan peningkatan tekanan secara bertahap 0,5 bar; 1 bar; dan 1,5 bar. Proses penyulingan dilakukan selama 6 jam. Berdasarkan hasil penelitian, sebagian besar peralatan penyulingan skala IKM terutama boiler, ketel suling, dan separator, masih memiliki kinerja yang rendah. Kinerja boiler skala IKM (Industri Kecil Menengah) serta prototipe boiler didasarkan atas beberapa parameter seperti luas permukaan pindah panas, fenomena penyalaan api, kestabilan nyala api, kesempurnaan proses pembakaran kayu, dan jumlah bahan bakar. Jumlah nilam yang disuling 154,5 kg untuk penyulingan IKM dan 120 kg untuk penyulingan prototipe. Jumlah kayu bakar yang digunakan pada penyulingan skala IKM sebanyak 173,49 kg dan 98,38 kg dalam penyulingan prototipe. Luas permukaan pindah panas di boiler skala IKM lebih kecil yaitu sebesar 1,63 m² sedangkan pada prototipe boiler sebesar 14,40 m². Energi masukan (energi kayu) pada boiler skala IKM sebesar 3.365,98 MJ dan energi keluarannya (energi uap air) sebesar 1.141,66 MJ. Energi masukan pada prototipe boiler sebesar 1.908,66 MJ dan energi keluarannya sebesar 1.480,93 MJ. Berdasarkan data-data tersebut, prototipe boiler dapat menghasilkan uap air dengan optimal. Selain itu, penggunaan bahan bakar dan lama waktu penyulingan semakin efisien pada sistem penyulingan prototipe. Kinerja ketel suling dapat dinilai dari beberapa parameter seperti : kerapatan nilam di dalam ketel, fenomena penetrasi uap, kemampuan ketel mempertahankan panas, dan ada atau tidaknya kebocoran pada ketel suling. Kerapatan nilam pada skala IKM lebih tinggi daripada kerapatan nilam prototipe (0,074 kg/liter) yaitu sebesar 0,154 kg/liter. Total kehilangan panas pada ketel skala IKM sebesar 59,02 MJ sedangkan pada prototipe ketel kehilangan panasnya hanya sebesar 39,41 MJ. Kehilangan panas yang besar pada ketel skala IKM disebabkan luas permukaan dinding ketel yang tidak terlindungi penahan panas

3 sangat besar dan adanya kebocoran. Kerapatan bahan yang terlalu tinggi juga menyebabkan uap dalam ketel skala IKM tidak dapat berpenetrasi secara optimal. Kinerja kondensor dinilai berdasarkan beberapa parameter seperti : luas penampang pindah panas kondensor, banyaknya air pendingin yang digunakan, suhu destilat dan laju destilat. Air pendingin yang digunakan dalam penyulingan prototipe sama seperti pada skala IKM sebesar 6.163,2 liter. Laju destilat yang dicapai skala IKM sebesar 0,26 liter/kg bahan jam jauh lebih kecil dari penyulingan prototipe sebesar 0,63 liter/kg bahan jam. Energi yang dilepas kondensor skala IKM sebesar 801,06 MJ sedangkan pada prototipe sebesar 1.336,27 MJ. Suhu akhir destilat yang dihasilkan dari penyulingan skala IKM sebesar 35,91 C dan suhu destilat penyulingan prototipe sebesar 31,17 C. Efisiensi boiler skala IKM sebesar 33,92 % sedangkan efisiensi boiler 77,59 %. Efisiensi ketel suling skala IKM sebesar 94,75 % sedangkan efisiensi prototipe ketel suling memiliki efisiensi 97,20 %. Efisiensi kondensor skala IKM sebesar 75,62 % sedangkan efisiensi prototipe kondensor sebesar 98,57 %. Efisiensi separator kedua sistem penyulingan tersebut tidak dibuat secara persentase, melainkan dinilai dari banyaknya jumlah alat bantu pemisahan minyak selain separator. Kualitas minyak yang diperoleh baik dari sistem penyulingan skala IKM dan sistem penyulingan prototipe hampir sama. Namun waktu untuk perolehannya lebih singkat yaitu selama 6 jam. Dengan demikian, penggunaan peralatan prototipe dapat meningkatkan produktivitas penyulingan minyak nilam tanpa mengubah komponen di dalam minyak secara signifikan kecuali pada perlakuan tekanan 1,5 bar. Pada tekanan tersebut, mutu minyak nilam tidak memenuhi SNI. Oleh karena itu, perlakuan tekanan yang diterapkan pada proses peyulingan sebaiknya < 1,5 bar. Kadar Patchouli alcohol hasil penyulingan skala IKM dengan prototipe hampir sama yaitu sebesar 35,54 % dan 34,45 %.

4 IVON WIDIAHTUTI. F Energy Efficiency and Performance Test of Distillation Equipments Prototype of Patchouli Oil. Supervised by : Meika Syahbana Rusli and Ade Iskandar SUMMARY Essential oil is potential export commodity for Indonesia. Patchouli oil is the most important essential oil exported from Indonesia. The good quality of Patchouli oil is produced from the highest quality of Pogostemon plants (Pogostemon cablin Benth). The quality leaves are not enough to produce high quality of Patchouli oil economically. Distillation equipments must be able to produce high quality and yield of oil with reasonable production cost. Because of that, the distillation equipment prototypes must have optimum performances, so that the efficiencies of production can be increased. There are two methods for Patchouli oil distillation namely, water and steam distillation and direct steam distillation. Essential oils distillation process is influenced by using pressure vessel. Therefore, three stages increased distillation pressure of 0,5 bar; 1 bar; and 1,5 bar (pressure gauge) were applied in this experiment. This distillation process conducted for 6 hours. Based on the result of research, most of distillation equipments in IKM (Small Medium Industries) have low performance. IKM distillation equipments consist of furnace and boiler, retort, condenser, and separator. Performances of both furnace and boiler in IKM or prototypes distillation system were based on some parameters like the surface area of heat transfer, flame stability, the burning process, and the usage of fuels (fire woods). Patchouli leaves were 154,5 kg for IKM distillation and 120 kg for prototypes distillation. IKM distillation process used fire woods 173,49 kg and 98,38 kg for prototypes distillation process. The surface area of heat transfer on boiler of IKM is lower than boiler prototype. The surface area of heat transfer on boiler of IKM is 1,63 m². The wide surface of heat transfer on boiler prototype is 14,40 m². Input energy (fire wood energy) of boiler in IKM scale was 3.365,98 MJ and its output energy (steam energy) was 1.141,66 MJ. Input energy of boiler prototype was 1.908,66 MJ and its output energy was 1.480,93 MJ. According to the data, furnace and boiler prototype can produce steam optimally. Besides of that, the consumption of fuels and the duration of prototype distillation process were more efficient. Retort performance was based on several parameters like density in the retort, steam distribution, retort capability for heat saving, and leakage factor in retort. Patchouli density in IKM retort is higher than prototype retort. Patchouli density for IKM retort is 0,154 kg/liter. Patchouli density for prototype retort is 0,074 kg/liter. Accumulation of heat losses for IKM retort is 59,02 MJ. Accumulation of heat losses for retort prototype is 39,41 MJ. The high heat losses in IKM retort due to the fact that. The retort wall does not have any insulator and the steam leakage in retort through seal system. The high density result in the steam can not penetrate optimally.

5 Condenser performance based on several parameters like the wide surface of heat transfer, the quantities of cooling water, distillate temperature, and the rate of distillate. The amount of cooling water for prototype distillation process was the same as cooling water for IKM distillation process 6.163,2 liter. The distillation rate per hour in IKM distillation system can reach 0,26 liter/kg raw material. It was lower than for prototype distillation process 0,63 liter/kg raw material. Condenser in IKM can transfer of heat 801,06 MJ. While condenser prototype transfers 1.336,27 MJ of heat. Average distillate temperature from IKM distillation system was 35,91 C and average distillate temperature from prototypes distillation system was 31,17 C. Efficiency of boiler in IKM was 33,92 % and efficiency of boiler prototype was 77,59 %. Efficiency of IKM retort was 94,75 % and efficiency of retort prototype was 97,20 %. Efficiency of IKM condenser was 75,62 % and efficiency of condenser prototype was 98,57 %. The oil quality both of IKM distillation system and prototypes distillation system were almost the same. However, prototypes distillation system need shorter time than IKM distillation system to accomplish the process. Thus, the usage of prototype equipments can increase the productivities of Patchouli oil distillation without component decompositions except in 1,5 bar treatment. In 1,5 bar treatment, the qualities of Patchouli oil was not compliance with SNI value. Because of improper qualities Patchouli oil with SNI, the treatment was much better if it was used not more than 1,5 bar in distillation process. Patchouli alcohol content from IKM distillation system is 35,54 % and patchouli alcohol content from prototype distillation system is 34,45 %. Both of them have almost the same patchouli alcohol content.

6 INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN EFISIENSI ENERGI DAN UJI KINERJA PROTOTIPE ALAT-ALAT PENYULINGAN MINYAK NILAM SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh IVON WIDIAHTUTI F Dilahirkan pada tanggal 29 November 1985 di Jakarta Tanggal lulus : 12 Desember 2008 Menyetujui, Bogor, Januari 2009 Dosen Pembimbing I, Dosen Pembimbing II, Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, M. Sc Ir. Ade Iskandar, M. Si NIP NIP

7 SURAT PERNYATAAN Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul : Efisiensi Energi dan Uji Kinerja Prototipe Alat Penyulingan Minyak Nilam adalah karya asli saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali yang jelas ditunjukkan rujukannya. Bogor, 12 Desember 2008 Yang memberi pernyataan Ivon Widiahtuti F

8 BIODATA Penulis bernama lengkap Ivon Widiahtuti. Penulis lahir pada tanggal 29 November 1985 di Jakarta. Penulis adalah putri sulung dari ayah bernama Achmad Amin dan ibu bernama Dyah Bandiah. Pendidikan formal penulis dimulai di Taman Kanak-kanak Barunawati, Jakarta Utara pada tahun Pendidikan Sekolah Dasar penulis dimulai tahun 1992 di SD Negeri Pamulang I, Tangerang, Banten. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasarnya pada tahun 1998 dan melanjutkan ke SLTP Negeri I Pamulang. Pada tahun 2001, penulis menyelesaikan studinya di SLTP Negeri I Pamulang. Kemudian penulis melanjutkan studinya di SMU Negeri 47 Jakarta, Jakarta Selatan dari tahun 2001 sampai Tahun 2004 penulis lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih program studi Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Pada tahun 2006/2007 penulis aktif di Organisasi HIMALOGIN sebagai staff sekretariat dan administrasi. Selama mengikuti perkuliahan di semester delapan tahun 2008, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Teknologi Minyak Atsiri dan Fitofarmaka, Teknologi Pati dan Gula, dan Peralatan Industri. Penulis pernah melakukan kegiatan praktek lapang di PT Teh Tambi, Wonosobo dalam rangka menyelesaikan Program Studi Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Berdasarkan praktek lapang yang telah dilakukan, penulis menyusun laporan praktek lapang dengan judul Mempelajari Teknologi Proses Produksi dan Penyediaan Bahan Baku dan Bahan Bakar dalam Produksi Teh Hitam di Tambi. Kemudian penulis menulis skripsi dengan judul Efisiensi Energi dan Uji Kinerja Prototipe Alat Penyulingan Minyak Nilam di bawah bimbingan Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, MSc dan Ir. Ade Iskandar, Msi dan dinyatakan lulus pada tanggal 12 Desember 2008.

9 KATA PENGANTAR Pertama-tama penulis memanjatkan puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan kelancaran dan kemudahan dalam penelitian serta penulisan skripsi ini. Tema penelitian penulis terkait dengan penyulingan minyak atsiri, dengan judul Efisiensi Energi dan Uji Kinerja Prototipe Alat Penyulingan Minyak Nilam. Penelitian dilakukan di laboratorium METATRON, IPB. Penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ibu, ayah, adik, dan seluruh keluarga besar penulis, atas dukungan, doa, dan kasih sayang. 2. Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, M. Sc. selaku dosen pembimbing akademik ke-1 yang telah memberikan arahan, bimbingan, dan dukungan selama masa perkuliahan hingga akhir penyelesaian tugas akhir. 3. Dr. Ade Iskandar, M. Si. selaku dosen pembimbing akademik ke-2 yang telah memberi arahan, bimbingan, dan dukungan selama pelaksanaan penelitian. 4. Dr. Ir. Liesbetini Hartoto, MS, atas masukan dan kesediaannya sebagai dosen penguji skripsi ini. 5. Tim prototipe yaitu Danar, Fina, Kak Hari, Bu Ros, Mbak Tutik, dan Mbak Yus atas segala bantuan yang telah diberikan selama ini. 6. Para Laboran dan Teknisi, Terima kasih atas kerja sama serta berbagi ilmu yang terkait dengan penelitian ini. 7. Akhiku, yang selalu mengajarkan untuk bersabar. 8. Sahabat-sahabatku Novi, Jo, Ira, Irawan, Asif, Wahyu, Yuyun, Darto, Nova, yang memberi ini motivasi dan semangat. 9. Seluruh teman-teman TIN 41 yang tidak dapat penulis sebutkan, Terima kasih atas kebersamaannya selama ini. Penulisan skripsi ini mungkin belum sempurna. Penulis mengharapkan kritik dan saran untuk lebih menyempurnakan penulisan skripsi penulis. Penulisan skripsi ini diharapkan dapat bermanfaat dan menjadi penambah wawasan bagi pembacanya. Bogor, Desember 2008 Penulis i

10 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i DAFTAR TABEL... v DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR LAMPIRAN... viii I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG... 1 B. TUJUAN... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA A. TANAMAN NILAM... 3 B. MINYAK NILAM... 3 C. PROSES PENYULINGAN Sifat Termal Uap Pindah Panas... 9 D. PERALATAN PENYULINGAN Ketel Uap (Boiler) Ketel Suling Kondensor Pemisah Minyak (Separator) Bahan Peralatan Penyulingan III. METODOLOGI A. BAHAN DAN ALAT Bahan dan Alat Uji Kinerja serta Efisiensi Sistem Penyulingan a. Bahan b. Alat Bahan dan Alat Uji Mutu Minyak Hasil Penyulingan a. Bahan b. Alat B. LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN C. METODE PENELITIAN Penelitian Pendahuluan a. Studi Kinerja Penyulingan Minyak Nilam IKM b. Uji Kosong Prototipe Alat Penyulingan Penelitian Utama a. Analisa Kadar Air dan Kadar Minyak Nilam b. Proses Penyulingan Minyak Nilam c. Pembandingan Efisiensi Peralatan Penyulingan Skala IKM dengan Prototipe ii