ANALISIS KINERJA DAN EFISIENSI ENERGI PROTOTIPE ALAT PENYULINGAN UNTUK INDUSTRI KECIL MINYAK NILAM
Oleh:
FINA UZWATANIA F 34104074
2009 DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FINA UZWATANIA. F 34104074. Analisis Kinerja dan Efisiensi Energi Prototipe Alat Penyulingan untuk Industri Kecil Minyak Nilam. Dibawah bimbingan : Meika Syahbana Rusli dan Ade Iskandar. 2009.
RINGKASAN Minyak nilam adalah salah satu komoditi minyak atsiri andalan Indonesia yang diperoleh dari tanaman nilam (Pogostemon cablin benth) dengan cara penyulingan. Minyak nilam memiliki kegunaan yang luas sebagai minyak atsiri. Sampai saat ini, minyak nilam adalah komoditi ekspor yang memiliki prospek yang baik untuk memenuhi kebutuhan dunia dalam berbagai industri seperti industri parfum, kosmetik, farmasi dan lainnya. Minyak nilam mempunyai peluang pasar dunia yang cukup besar meskipun menghadapi persaingan dan fluktuasi harga yang cukup tajam. Hal ini menuntut dilakukannya strategi untuk meningkatkan produktivitas dan efisiensi agroindustri minyak nilam. Proses penyulingan minyak nilam pada skala kecil yang dilakukan oleh rakyat masih menggunakan teknologi yang sederhana dan penggunaan alat yang terbuat dari bahan-bahan yang bersifat korosif. Metode penyulingan yang digunakan umumnya dengan cara uap dan air (kukus) yang berdasarkan dari pengalaman saja sehingga kurang efektif dan efisien. Untuk itu dilakukan penelitian mengenai kinerja dan efisiensi energi penyulingan minyak nilam dengan metode uap dan air dengan sistem kohobasi dan non kohobasi untuk mengetahui sistem yang akan menghasilkan efisiensi energi yang lebih baik. Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis kinerja prototipe peralatan yang digunakan dalam penyulingan minyak nilam dan menganalisis efisiensi energi prototipe peralatan penyulingan minyak nilam. Penyulingan daun dan ranting nilam dengan bobot rata – rata 37,5 kg dilakukan dengan metode uap dan air (water and steam destilation) dengan sistem kohobasi dan non kohobasi selama 8 jam. Peralatan yang digunakan pada penelitian ini diantaranya adalah ketel yang dilengkapi dengan tungku pembakaran, kondensor dan separator. Bahan bakar yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan bakar biomassa yaitu kayu. Kinerja tungku pembakaran didasarkan atas beberapa parameter seperti luas permukaan pindah panas, kesempurnaan proses pembakaran kayu, dan jumlah bahan bakar. Luas permukaan pindah panas pada ketel suling adalah 1,70 m2. Kayu bakar kering yang digunakan pada penyulingan kohobasi sebanyak 143,32 kg dan pada penyulingan non kohobasi sebanyak 138,2 kg. Energi yang dihasilkan oleh kayu bakar akan digunakan untuk penguapan air di dalam ketel. Berdasarkan hasil analisa didapatkan energi rata – rata yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap sebesar 644,77 MJ dan energi rata – rata yang dihasilkan bahan bakar adalah 2.579,85 MJ pada penyulingan kohobasi. Maka dengan perbandingan antara energi penguapan air dengan energi bahan bakar menghasilkan efisiensi ketel suling sebesar 25 %. Pada penyulingan non kohobasi energi rata – rata yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap sebesar 572,36
MJ dan energi rata – rata yang dihasilkan bahan bakar adalah 2.487,6 MJ menghasilkan efisiensi ketel suling sebesar 23 %. Kinerja ketel suling dapat dinilai dari beberapa parameter seperti kepadatan bahan, laju destilat, dan penetrasi uap di dalam ketel suling. Kepadatan bahan pada penyulingan kohobasi sebesar 0,90 kg/l dan pada penyulingan non kohobasi sebesar 0,96 kg/l. Laju destilasi penyulingan kohobasi sebesar 0,74 l/jam dan pada penyulingan non kohobasi sebesar 0,63 l/jam. Penyulingan yang dilakukan pada penelitian ini menghasilkan efisiensi kondensor sebesar 79 % untuk penyulingan kohobasi dan 99,26 % untuk penyulingan non kohobasi. Perbedaan efisiensi antara penyulingan kohobasi dan penyulingan non kohobasi dipengaruhi oleh penggunaan air pendingin. Pada penyulingan non kohobasi air pendingin dialirkan secara terus – menerus sedangkan pada penyulingan kohobasi tidak. Penyulingan kohobasi menghasilakn suhu destilat rata - rata 31,56 °C dan penyulingan non kohobasi menghasilkan suhu destilat rata - rata 30,35 °C. Penyulingan dengan sistem kohobasi menghasilkan rendemen sebesar 2,29 % (basis kering) sedangkan pada penyulingan non kohobasi rendemen yang dihasilkan sebesar 2,2 % (basis kering). Mutu minyak nilam yang dihasilkan dengan penyulingan kohobasi dan non kohobasi memiliki nilai bobot jenis 0,9583 untuk penyulingan kohobasi dan 0,9582 untuk penyulingan non kohobasi. Nilai indeks bias 1,5075 untuk penyulingan kohobasi dan 1,5073 untuk penyulingan non kohobasi, putaran optik rata – rata (-) 64,5 untuk penyulingan kohobasi dan () 62,47 untuk penyulingan non kohobasi. Bilangan asam 3,18 untuk penyulingan kohobasi dan 3,19 untuk penyulingan non kohobasi serta nilai bilangan ester 8,75 untuk penyulingan kohobasi dan 5,55 untuk penyulingan non kohobasi. Seluruh minyak nilam yang dihasilkan dapat larut dengan baik dalam alkohol 90 % dengan kelarutan 1:1 sampai 1:7. Semakin lama waktu penyulingan meningkatkan nilai bobot jenis, indeks bias, putaran optik, bilangan ester dan bilangan asam. Secara keseluruhan minyak nilam hasil penyulingan sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI) 06 – 2385 – 2006.
FINA UZWATANIA. F 34104074. Performance and Energy Efficiency Analysis of Distillation Equipments Prototype for Patchouli Oil Small Scale Industry. Supervised by : Meika Syahbana Rusli and Ade Iskandar. 2009.
SUMMARY
Patchouli oil is high value essential oil of Indonesia that is produced by the steam distillation process from patchouli plants (Pogostemon cablin benth). As an export commodity, patchouli oil is quite substantial to fulfill the world demand in perfumery, cosmetic and pharmacy industries. Patchouli oil has always been possessed an increasing world market in spite of facing hard competition and nontariff barrier in the world trade. Therefore it needs to increase continuously the productivity and efficiency of essential-oil agroindustries. Distillation process for patchouli oil in small scale in general still represent simple technology process with equipments which are made from corrosive material. The most common method of essential oil production is water and steam distillation and conducted only based on experience so that the efficiency is usually low. Therefore this research evaluate aimed to the efficiency both kohobasi system and non kohobasi system. The objective of this research were to study and examine the performance of distillation equipment, analyze energy efficiency of distillation system prototype and analyze the quality of patchouli oil. The distillation method of 37,5 kg of patchouli plants was water and steam distillation with kohobasi system and non kohobasi system for 8 hours period. The distillation equipment to produced patchouli oil were retort with furnace, condenser and separator. This research used biomass energy such as fire woods as fuel. Furnace performance analysis based on several parameters which were surface area of heat transfer, woods burning process and the usage of fuels. The wide surface of heat transfer on retort is 1,70 m2. Distillation process with kohobasi system used dry fire woods of 143,32 kg and non kohobasi system used 138,2 kg of dry firewoods. The energy from firewoods used for boiling dan vaporize water in retort. According to the result, in kohobasi system the energy is needed to boiling and vaporize the water into steam is 644,51 MJ and the energy from firewoods is 2.579,85 MJ. The retort efficiency at that condition is 25 %. In non kohobasi system the energy is needed to boiling and vaporize the water into steam is 572,24 MJ and the energy from the fuel is 2487,6 MJ. The retort efficiency at that condition is 22,99 %. Retort performance bases on several parameters like bulk density, distillation rate and steam penetration. Bulk density for kohobasi system was 0,09 kg/l and 0,096 for non kohobasi system. Distillation rate for kohobasi system was 0,74 l/hour and 0,63 for non kohobasi system. Condenser efficiency for kohobasi system is 79 % and 99,26 % for non kohobasi sytem. The difference efficiency between kohobasi sytem and non kohobasi system is influenced by cold water flows. Cold water flows continuously in non kohobasi system result in higher efficiency than in kohobasi system.
Average distillate temperature for kohobasi system was 31,56 °C and 30,35 °C for non kohobasi system. The yield of patchouli oil for kohobasi system was 2,29 % (dry basis) and 2,2 % (dry basis) for non kohobai system. The quality of patchouli oil produced by kohobasi system and non kohobasi system is quite comparable, the oil has specific gravity 0,9583 for kohobasi system and 0,9582 for non kohobasi system. Refractive index of the oil for kohobasi system was 1,5075 and for non kohobasi system was 1,5073. Optical rotation for kohobasi system was (-) 64,5 and for non kohobasi system was (-) 62,47. The acid number for kohobasi system was 3,18 and for non kohobasi system was 3,19. Ester value for kohobasi system was 8,75 and for non kohobasi system was 5,55. Solubility in alcohol 90 % 1 : 1 until 1 : 7. The increase of distillation period results the increase of specific gravity, refractive index, optical rotation, acid value and ester value.
SURAT PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul : ”Analisis Kinerja dan Efisiensi Energi Prototipe Alat Penyulingan untuk Industri Kecil Minyak Nilam” adalah karya asli saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali yang jelas ditunjukkan rujukannya.
Bogor, Januari 2009 Yang memberi pernyataan
Nama : Fina Uzwatania NRP
: F 34104074
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb Alhamdulillahirabbil”alamin. Segala puji dan syukur bagi Allah SWT karena atas segala rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Efisiensi Energi Prototipe Alat Penyulingan Minyak Nilam dengan Metode Uap dan Air”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknologi Industri Pertanian. Suatu kehormatan tersendiri bagi penulis, selama penelitian dan penyusunan skripsi ini banyak mendapat arahan dan bantuan dari berbagai pihak. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada : 1. Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, M.Sc sebagai dosen pembimbing pertama yang telah memberikan arahan dan nasehat selama penelitian dan penulisan skripsi ini. 2. Ir. Ade Iskandar, M.Si sebagai dosen pembimbing kedua yang telah memberikan arahan dan nasehat selama penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Moch. Syamsul Arifin Zein, Ratna Dyah Mutiarani, Bhaktia Adityatama dan Bernaseta Trias Hutami yang telah memberikan semangat, dukungan, doa dan kasih sayang. Semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi pembaca. Saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan demi perbaikan selanjutnya. Terima kasih. Wa’alaikumussalam Wr. Wb.
Bogor, Januari 2009
Penulis
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan selesainya kegiatan penelitian dan skripsi ini, tidak lupa saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Moch. Syamsul Arifin Zein, Ratna Dyah Mutiarani, Bhaktia Adityatama dan Bernaseta Trias Hutami yang telah memberikan semangat, dukungan, doa dan kasih sayang. 2. Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, M.Sc sebagai dosen pembimbing pertama yang telah memberikan arahan dan nasehat selama selama masa perkuliahan hingga akhir penyelesaian tugas akhir. 3. Ir. Ade Iskandar, M.Si sebagai dosen pembimbing kedua yang telah memberikan arahan dan nasehat selama penelitian dan penulisan skripsi ini. 4. Dr. Ir. Erliza Noor sebagai dosen penguji yang telah memberikan masukan untuk menyempurnakan penelitian dan penulisan skripsi ini. 5. Bapak Anom sebagai narasumber pada penyulingan rakyat di Kabupaten Pakpak Bharat yang telah memberikan informasi yang berharga untuk penelitian dan penulisan skripsi ini. 6. Kak Harry, Mbak Yus, Bu Rini, Bu Ega serta para laboran Departemen Teknologi Industri Pertanian. 7. Para Teknisi di Leuwikopo atas bantuan dan kerjasamanya selama penelitian berlangsung. 8. Irsan Supardiyono atas semua perhatian, kesabaran, ketulusan serta doa yang selalu memberikan semangat bagi penulis. 9. Hindarsih Widyastuti dan Linda Purwaningrat untuk persahabatan yang selalu ada saat suka maupun duka serta yang selalu memberikan dukungan dan motivasi. 10. Rekan penelitian Ivon, Danar, mba Tuti dan Bu Ros atas kerjasama selama penelitian dan penulisan skripsi ini. 11. Ika, Dedeh, Niken, Benk, Darto, Ardi, Kukun, Darto, Nardi, Hidea, Listya, Bobi, Renal, Fajri, Mira, Alto, Muli, Mirsa, Tutu, Dodol, Shinta, Usuy, Ami, Satria, Aang, Lala, Ayi, Zuni, Rey, Yuyun, Dicka, Haekal, Asif,
Nova, Erpi, Dnur atas dukungan serta kebersamaannya selama ini di lab, sapta dan segala penjuru Fateta . 12. Seluruh teman-teman TIN 41 yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas kebersamaannya selama ini. 13. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu atas segala bantuan, saran dan dorongannya hingga skripsi ini selesai. Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu saran dan kritik membangun sangat penulis harapkan sebagai pembelajaran di masa depan. Semoga tulisan ini bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.
Bogor, Januari 2009
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR ............................................................................................
iii
DAFTAR ISI ..........................................................................................................
vi
DAFTAR TABEL ..................................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................
ix
DAFTAR LAMPIRAN ..........................................................................................
x
I.
II.
III.
PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG ............................................................................
1
B. TUJUAN ................................................................................................
2
TINJAUAN PUSTAKA A. MINYAK NILAM .................................................................................
3
B. PENYULINGAN MINYAK ATSIRI ....................................................
5
1. Perlakuan Pendahuluan ....................................................................
5
2. Proses Penyulingan...........................................................................
6
C. PERALATAN PENYULINGAN ..........................................................
8
1. Ketel Suling ......................................................................................
9
2. Kondensor ........................................................................................
10
3. Separator ..........................................................................................
11
D. KEHILANGAN ENERGI .....................................................................
11
METODOLOGI A. BAHAN DAN ALAT ..........................................................................
13
1. Bahan ..............................................................................................
13
2. Alat .................................................................................................
13
B. METODE PENELITIAN .....................................................................
20
1. Persiapan Bahan ..............................................................................
20
2. Proses Penyulingan .........................................................................
20
3. Analisa mutu minyak nilam ............................................................
23
4. Analisis Kinerja Peralatan Penyulingan..........................................
23
C. STUDI BANDING KINERJA ALAT ..................................................
32
