KOEFISIEN PERPINHN MSS P EKSTRKSI MINYK IKN GTUL ENGN PELRUT N-HEXNE Setiyadi dan Ery Susiany R Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Katolik Widya Mandala SURBY b s t r a k Salah satu faktor yang sangat menentukan dalam kecepatan ekstraksi adalah koefisien perpindahan massa Persamaan tentang koefisien perpindahan massa sangat membantu dalam melakukan proses ekstraksi yang optimal Tujuan penelitian adalah untuk membuat persamaan tentang koefisien perpindahan massa minyak pada ekstraksi ikan gatul menggunakan pelarut n heksana Persamaan yang diperoleh dinyatakan dalam bentuk bilangan tak berdimensi Penelitian yang dilakukan adalah dengan memotong ikan gatul menjadi dua bagian dengan ukuran sama besar N-hexane sebanyak 500 ml dimasukkan ke dalam tangki kemudian ditambah 0 gram potongan ikan gatul Selanjutnya diaduk sampai 10 menit Guna mengetahui jumlah minyak yang dapat terekstraksi dilakukan dengan cara mengambil solven setiap 0 menit kemudian dianalisa dengan metode saponifikasi ariabel yang dipakai berupa kecepatan putaran pengaduk, suhu ekstraksi, dan jumlah solven n-heksana Hasil penelitian yang dilakukan mendapatkan persamaan tentang koefisien perpindahan massa yang dinyatakan dalam bentuk bilangan tak berdimensi, persamaan tersebut adalah : K cp B d N pρ 0, 455 dengan ralat 7,8% 0, 58 B ρ 0, 0, 0056 b s t r a c t One of the factor to determine the extraction rate is the mass transfer coefficient It is needed to get an optimal extraction process The objective of this study is to determine the mass transfer coefficient equation for the extraction of poecilia fish with n-hexane as a solvent The equation is written in the dimensionless number The poecilia fish was cut into two equal parts 0 gram of the cutted fish was extracted with 500 ml n-hexana in an agitated tank for 10 minute The sample was analysed using the saponification method for every 0 minute The experiments were varied for different agitation rate, temperatur, and the amount of n-hexana solvent From the experimental resul, it was obtained the dimensionless equation for mass transfer coefficient : K c p B d N 0, 455 with error 7,8% p ρ 0, 58 B ρ 0, 0, 0056 aya lam untuk Pengembangan Produk dan Energi lternatif 1
1 Latar belakang Indonesia merupakan negara penghasil ikan yang cukup besar Selain ikan laut, di Indonesia juga banyak terdapat ikan air tawar yang banyak jenisnya Salah satu jenis ikan air tawar yang tidak banyak dimanfaatkan masyarakat adalah ikan gatul atau ikan cetul (poecilia) Ikan gatul merupakan ikan kecil yang sangat mudah hidup di air tawar, namun ikan ini jarang sekali dikonsumsi masyarakat pada hal dalam ikan gatul juga terkandung minyak yang juga dapat dimanfaatkan Minyak ikan yang terdapat didalam ikan dapat diambil dengan cara pengepresan, namun hal ini masih menyisakan jumlah minyak yang terkandung dalam ikan hasil pengepresan cukup besar Guna mengurangi jumlah minyak dalam ikan hasil pengepresan salah satu cara yang dapat dilakukan adalah mengekstrak ikan tersebut Proses ekstraksi adalah absorpsi minyak dalam ikan dengan menggunakan pelarut Faktor yang sangat menentukan dalam ekstraksi dan hanya bisa diperoleh dari percobaan adalah kecepatan minyak yang melewati lapisan batas padat-cair yang lazim disebut koefisien perpindahan massa Tujuan penelitian Membuat persamaan tentang koefisien perpindahan massa minyak pada ekstraksi ikan gatul menggunakan pelarut n heksana Persamaan yang diperoleh dinyatakan dalam bentuk bilangan tak berdimensi Kontribusi Penelitian Keuntungan yang bisa diperoleh dari hasil penelitian ini adalah selain untuk memperluas wawasan ilmu pengetahuan juga dapat digunakan untuk membantu perhitungan cara memperoleh hasil yang optimal pada proses ekstraksi minyak dari ikan gatul 4 Landasan Teori Pada umumnya komposisi minyak ikan ditentukan oleh kondisi iklim, habitat ikan, jenis ikan, metode ekstraksi, serta cara penyimpanan minyak Komposisi minyak dibagi menjadi dua golongan yaitu : a Oxygenated hydrocarbon Senyawa-senyawa yang termasuk golongan ini terbentuk dari unsur karbon, hidrogen, dan oksigen, yaitu senyawa-senyawa alkohol, aldehid, keton, oksida, eter, dan ester b Hidrokarbon Senyawa-senyawa yang termasuk golongan ini terbentuk dari unsur karbon dan hidrogen Jenis hidrokarbon yang terdapat dalam minyak ikan terutama terdiri dari senyawa-senyawa asam lemak (triglycerida, lecitin, dan cephalins) Komposisi minyak yang terdapat dalam minyak ikan (Stansby, 1967) adalah : sam lemak jenuh - Mlyeristic : 6 % - Palmitat : 11 % - Stearat : % sam lemak tak jenuh - Palmitoleic : 15 % - Oleat : 5 % - Linolenit: 6 % - Linoleat : 1 % - rachidonic : 0 % Pada proses ekstraksi padat cair, solut berdifusi dari fasa padat ke fasa cair, sehingga komponenkomponen solut dalam padatan dapat dipisahkan Perpindahan massa solut dari fasa padat ke fasa cair dipengaruhi oleh tahanan pada interface Untuk menyatakan tahanan pada interface menggunakan parameter difusi Eddy yang dipengaruhi oleh jarak dari permukaan solid, secara matematis dinyatakan sebagai berikut : Kc ( B + ε )/ z (1) kc adalah koefisien perpindahan massa yang dipengaruhi difusivitas dan tahanan pada interface aya lam untuk Pengembangan Produk dan Energi lternatif
Jumlah komponen yang berpindah dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : N Kc ( - ) () ( Geankoplis, 198 ) Kecepatan perpindahan massa minyak dari dalam ikan ke dalam pelarut heksana dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : N Kc ( ) dm - Kc ( dt d - dt d - - o - Kc ( - - Ln - Kc o adalah ) Kc - t 0 dt ) Kc t () slope dari grafik t vs Ln Oleh karena itu harga Kc dapat ditentukan dari o - - - slope grafik t vs Ln - Hubungan antara variabel-variabel dalam proses ekstraksi ini dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan : Kc f ( ρ,,, p, N, B, ) Kc α ρ o, 1,, p, N 4, B 5, 6 (4) Harga ρ,, dan B dipengaruhi oleh suhu, sehingga variabel T (suhu) sudah diwakili oleh variabel ρ,, dan B engan sistem MLt persamaan (4) menjadi : Lt -1 (ML - ) o (ML -1 t -1 ) 1 (L) (L) (t -1 ) 4 (L t -1 ) 5 (L ) 6 Untuk M : 0 o + 1 o - 1 (5) L : 1 -o 1 + + + 5 + 6 1 + o + 1 - - 5-6 (6) t : - 1-1 4-5 (7) Substitusi persamaan (5) ke persamaan (6) 1-1 + 1 - - 5-6 1-1 - - 5-6 (8) Substitusi persamaan (5), (7), dan (8) ke persamaan (4) : Kc α ρ 1, 1, 1-1--5-6, p, N 1-1-5, B 5 6 Kc α ρ N 1 p N B ( N ) (9) 5 o 6 Kc α ( N ) ρ N 1 ( 5 1) + ( 5 1) p p 1-1 B N 1-1 N B 5 6 Kc α p B p + 1 1 ( 5 1) 5 1 B ρ N ρ 6 (10) aya lam untuk Pengembangan Produk dan Energi lternatif
pabila p konstan p β α 1 ( 5-1 ) a 5 1 b 6 c + 1 Persamaan (10) menjadi : atau Kcp B N ρ N β Sh a ρ B c b c (11) a b β N Re NSc (1) Jadi persamaan tentang koefisien perpindahan massa dapat dinyatakan dengan persamaan (11) atau persamaan (1) 5 Metode Penelitian 51 lat mensi alat ekstraksi o Tangki terbuat dari stainless steel yang berdiameter 14 cm, tinggi 5 cm, dan baffle sebanyak 4 buah dengan lebar masing-masing baffle 0,8 cm o Pengaduk terbuat dari stainless steel dengan daun pengaduk berbentuk turbin yang mempunyai blade 6 buah, diameter daun pengaduk 5,8 cm 1 Keterangan gambar 1 Motor pengaduk Batang pengaduk Baffle 4 Tangki 5 aun pengaduk 6 Pemanas 4 5 5 6 Gambar 1 Rangkaian lat Ekstraksi Minyak ikan dengan Tangki berpengaduk aya lam untuk Pengembangan Produk dan Energi lternatif 4
5 Prosedur penelitian a Ikan gatul dipotong menjadi dua lalu ditimbang sebanyak 0 gram; b N-hexane sebanyak 500 ml dimasukkan ke dalam tangki kemudian ditambah 0 gram ikan gatul c Motor pengaduk dijalankan dan setiap 0 menit sampel diambil sebanyak 5 ml untuk mengukur jumlah minyak dengan metode saponifikasi Percobaan dilakukan sampai 10 menit d ara kerja ini dilakukan dengan memvariasikan kecepatan putaran pengaduk, suhu, dan jumlah n heksana yang digunakan 5 nalisa minyak dalam n heksana secara saponifikasi nalisa yang dilakukan adalah dalam cairan n heksana hasil ekstraksi ditambah larutan NaOH berlebih lalu dititrasi dengan larutan Hl 0,1 N Karena minyak dalam larutan n heksana bereaksi dengan NaOH maka jumlah NaOH hasil titrasi menunjukkan banyaknya NaOH yang sudah tidak bereaksi dengan minyak Oleh karena itu jumlah minyak dalam n heksana dapat dihitung sbb : Mol NaOH - Mol Hl Mol Minyak ( M ) NaOH - ( M ) Hl Mol Minyak 6 Hasil percobaan dan pembahasan 61 Hasil Percobaan Penelitian yang dilakukan meliputi variasi kecepatan putaran pengaduk, suhu operasi dan jumlah pelarut n-hexane Hasil penelitian yang diperoleh adalah jumlah minyak yang dapat larut dalam pelarut n-hexane, hasil - hasil tersebut selanjutnya dipakai untuk mencari harga koefisien perpindahan massa dan konstante data persamaan bilangan tak berdimensi Hasil yang diperoleh disajikan dalam gambar sampai 4 serta persamaan (1) atau (14) Pengaruh Kecepatan Putaran Pengaduk 6 5,5 Kc10 - cm/s 5 4,5 4,5 00 00 400 500 600 700 800 900 N (rpm) Gambar Hubungan antara kecepatan kecepatan putaran pengaduk (N) dengan koefisien perpindahan massa (Kc) aya lam untuk Pengembangan Produk dan Energi lternatif 5
B Pengaruh Suhu Operasi 6 5,5 Kc 10 - cm/s 5 4,5 4,5 0 5 40 45 50 55 60 T( 0 ) Gambar Hubungan antara suhu (T) dengan koefisien perpindahan massa (Kc) Pengaruh Jumlah Solven 4,5 - Kc10 cm/s4,5 00 400 500 600 700 800 900 (ml) Gambar 4 Hubungan antara jumlah solven () dengan koefisien perpindahan massa (Kc) ata-data dalam gambar, dan gambar 4 selanjutnya dimasukkan kedalam persamaan (11) lalu diolah secara least square ganda menghasilkan persamaan sbb : atau Kcp B N Sh 0,455 0,455 dengan ralat 7,8 % ρ N N 0,58 Re N 0,58 0, Sc ρ B 0,0056 0, 0,0056 (1) (14) aya lam untuk Pengembangan Produk dan Energi lternatif 6
6 Pembahasan ari gambar sampai 4 terlihat bahwa : 1 Gambar memperlihatkan bahwa untuk kecepatan putaran pengaduk semakin besar maka koefisien perpindahan massa makin besar berarti minyak yang terekstrak semakin besar Hal ini menunjukkan bahwa semakin turbulen proses ekstraksi maka koefisien perpindahan massa makin besar Gambar menampilkan bahwa dengan suhu semakin besar maka koefisien perpindahan massa makin besar, berarti dengan bertambahnya suhu maka minyak yang dapat diekstrak makin cepat Hal ini disebabkan karena suhu makin tinggi maka difusi minyak dari ikan ke pelarut n-heksana makin besar Gambar 4 menunjukkan bahwa semakin banyak volume n-hexana harga koefisien perpindahan massa makin kecil Hal ini disebabkan karena dengan kecepatan putaran pengaduk yang tetap maka kemampuan impeller untuk memutar solven yang banyak semakin kecil, akibatnya turbulensi cairan dalam tangki makin kecil sehingga koefisien perpindahan massa makin juga makin kecil 7 Kesimpulan Hasil penelitian yang diperoleh adalah sebagai berikut : o Ikan gatul dapat diekstraksi dengan pelarut n-hexane o Semakin besar kecepatan putaran pengaduk maka koefisien perpindahan massa makin besar o Semakin tinggi suhu operasi harga koefisien perpindahan massa makin besar o Semakin banyak solven yang digunakan maka koefisien perpindahan massa makin kecil o Hasil penelitian dapat dinyatakan dengan persamaan bilangan tak berdimensi sebagai berikut : N Sh 0,455 N dengan ralat 7,8 % 0,58 Re N 0, Sc 0,0056 aftar pustaka ntoni Tiono dan Gunawan Wijaya, (001) Ekstraksi Minyak Ikan dengan Hexane, hlm 11-19, Jurusan Teknik Kimia Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya Geankoplis J, (199), Transport Processes and Unit Operations, ed, pp 140-144, Prentice-Hall, Inc,Eaglewoodliffs, Boston International Labour Office, (1988), Mix Processing, pp 5-7, Intermediate Technology, London Kataren, P, (197), Minyak dan Lemak, hlm 61-78, Institut Pertanian, Bogor Muljoharjo,(1990), Pengantar Teknologi dan Lemak Pangan, hlm 7-75, Balai Pustaka, Jakarta Stansby, (1967), Fish Oils, Their hemistry, Technology, Stability, Nutrional Properties, and uses, pp 165-17, The I, onnecticut aya lam untuk Pengembangan Produk dan Energi lternatif 7
aftar notasi a konstante luas potongan ikan, cm b konstante c konstante o konstante 1 konstante konstante konstante 4 konstante 5 konstante 6 konstante konsentrasi minyak dalam n-heksana, g/cm konsentrasi minyak dalam n-heksana pada kesetimbangan, g/cm o konsentrasi minyak mula-mula dalam n-heksana, g/cm d diferensial B difusivitas molekulair minyak - n-heksana, cm /s diameter daun pengaduk, cm p diameter ekuivalen potongan ikan, cm f fungsi Kc koefisien perpindahan massa minyak ikan, cm/s L dimensi panjang, cm m massa, gram M dimensi massa, gram N kecepatan putaran pengaduk, putaran/s N kecepatan perpindahan massa minyak, g/cm s N Re Bilangan Reynolds N Sc Bilangan Smith N Sh Bilangan Sherwood t waktu, s olume (cm ) α konstante β konstante Z tebal lapisan film, cm ε difusivitas eddy, cm /s ρ massa jenis, g/cm viscositas pelarut (gram/ cms) aya lam untuk Pengembangan Produk dan Energi lternatif 8