EKSTRAKSI Nur Istianah,ST,MT,M.Eng 27/03/2017
Ekstraksi
adalah metode pemisahan suatu komponen dari satu zat menggunakan zat lain, serta melibatkan dua fasa berbeda
liquid-liquid extraction
solid-liquid extraction
* Dioperasikan pada suhu rendah
* Menggunakan liquid untuk
* Terjadi perpindahan soluble
mengekstrak komponen dari solid
component antar liquid berbeda
* Terjadi transfer soluble component
* Membutuhkan 2 fase: immiscible
dari solid ke liquid,
atau partially miscible liquids,
* Membutuhkan 2 fase: solid & liquid
* Prinsip kerja: menggunakan affinity
* Prinsip kerja: menggunakan
components yang berbeda
solubilitas komponen
27/03/2017
Supercritical fluid extraction
1
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI EKSTRAKSI Efesiensi ekstraksi dipengaruhi oleh: Suhu ekstraksi Luas permukaan interfase Viskositas pelarut Perbedaan konsentrasi Koefisien transfer massa Laju ekstraksi pelarut
Single-Stage Batch Extraction
Partikel padat dikontakkan dengan pelarut murni (1x) hingga mencapai kesetimbangan
Partikel padat dikeringkan dari pelarut
Multistage Cross-flow Extraction
Pelarut dilkontakkan berkali-kali, contoh soxhlet extractor Multistage Countercurrent Extraction
Pelarut tahap 1 berlawanan arah dengan pelarut kedua, dst
27/03/2017
2
Single-Stage
27/03/2017
3
Multistage Cross-flow
Multistage Countercurrent
27/03/2017
Continuous Countercurrent Extractors
27/03/2017
5
SOLID-LIQUID EXTRACTION: LEACHING
Diffus ion
Solvent harus berdifusi ke dalam solid untuk melarutkan solute. Berlaku neraca massa
Equilibr ium
Solub illity Solubility yang tinggi mempermudah ektraksi 27/03/2017
Adalah saat tidak ada perubahan lagi konsentrasi solute pada solid dan solvent 6
METODE EKSTRAKSI Pemisahan komponen dari suatu sistem bahan dengan menggunakan gaya mekanis
Ekstraksi biologi atau bioleaching merupakan metode ekstraksi yang memanfaatkan mikroorganisme untuk menarik komponen atau solut tertentu dari bahan yang akan diekstrak
Biologi
Mekanis
Kimiawi
Metode ekstraksi dengan menambahkan pelarut untuk mendapatkan solut dari suatu bahan yang diekstrak
Metode Mekanis PENGEMPAAN Besar tekanan
Waktu
Tahanan
Prinsipnya adalah mengeluarkan cairan sel dari dinding sel bahan padat, sehingga mendorong cairan terpisah dan keluar dari sistem sistem padat-cair.
Metode Kimiawi Maserasi
Perkolasi
M1
M2
M4
M3
Refluksi
Soxhletasi
Pelarut yang digunakan dapat berupa pelarut organik ataupun air
Metode Biologi “kelompok “mengekstrak
“memanfaatkan
mikroorganisme”
komponen logam limbah industri atau elektronik”
Achidophilus dan Chemolithotrophic. ”
Bakteri Prinsip
Pemanfaatan
Faktor-faktor
Aplikasi
Suhu, ukuran bahan, Konsentrasi Fe2+, nilai pH dan jumlah mikroorganisme
telepon gengam yang telah menjadi limbah mengandung 28 % logam yang terdiri dari 10 – 20 % tembaga, 1 – 5 % timah, 1 – 3 % nickel dan 0,3 – 0,4 % Ag, Pt Au dan sisanya adalah glass dan keramik
Kesetimbangan Massa
Massa keluar Massa masuk Tahapan efesiensi
Solut vs Pelarut Ukuran partikel Difusi
Kondisi saat tidak ada perubahan lagi konsentrasi solute pada solid dan solvent
Contoh soal Proses single-stage leaching dijalankan untuk mengekstrak minyak dari 100 kg kedelai dengan kandungan minyak 20 wt % menggunakan 100 kg hexane sebagai pelarut/solven. Tentukan nilai Y jika tidak ada kehilangan insoluble solid (1.5 kg insoluble solid / kg solution retained) selama proses leaching. Hitung pula komposisi V1 dan L1.
Solution: X2 = 0/100 = 0 Y2 = 0/100 = 0 V2 = 100 kg L1 = 80+53.3=133,3 kg X1 = #Y1,L = 1.5 Soln.=80/1.5 = 53.3 kg 27/03/2017
X1 = Y1,V = 0 V1 = 100+100-133,3 =66,7 kg Total = solute+solvent+solid =soln. +solid
L0 = 100 kg X0 = 20/20 = 1 Y0 = 80/20 = 4 7
Contoh soal
In equilibrium, nilai X sama
#Neraca massa overall: V1 = V2 + L0 – L1 #Neraca massa minyak: X1x66,7 = 0 + 20 – X1x53.3 120 X1 = 20 X1 = 0,167 Minyak di V1 = 0.167x66,7 =11.14 kg X2 = 0/100 = 0 Y2 = 0/100 = 0 V2 = 100 kg
X1 = 0.167 ->#minyak = 11.14 Y1,V = 0 ->#solven = 55,56 V1 = 100+100-133,3 =66,7 kg
L1 = 133,3 kg
L0 = 100 kg
Y1,L = 1.5 Soln.=80/1.5 = 53.3 kg
X0 = 20/20 = 1 Y0 = 80/20 = 4
X1 = 0.167->#minyak = 8.9 #solven = 53.3-8.9=44.43 27/03/2017
8
Multistage
Jumlah stage yang diperlukan dapat ditentukan berdasarkan neraca massa untuk mencapai kesetimbangan (equilibrium) dan menggunakan kurva underflow
27/03/2017
9
Contoh soal Table 14.1 menunjukkan jumlah solvent (S) yang merupakan fungsi dari konsentrasi minyak, sehingga dapat dihitung nilai Y=1/S. (a) Gambarlah kurva underflow (b) Jika perbandingan solven : kedelai = 0.5 : 1 digunakan dalam ekstraksi, dan biji kedelai mengandung 18% minyak, tentukan jumlah stages ektraksi jika komposisi akhir minyak pada raffinat menjadi 0.01 kg/kg solid Table 14.1
27/03/2017
1 0
(a). Kurva underflow
Persamaan kurva (add tredline) 27/03/2017
Basis: 1 kg kedelai basah
Neraca massa overall
Massa kedelai kering(solid) = 1-0.18 = 0.82 kg
#Komposisi akhir raffinat (Ln) Massa minyak = 0.01x0.82 = 0.0082 kg Larutan (tabel) = 0.5x0.82 = 0.41 kg Solvent = 1/(1.0082) x 0.41 = 0.407
2 Vn+1
Vn
Massa Ln = 0.82+0.41+0.0082=1.23 kg X = solute / (solute+solvent) X = 0.0082/0.41 = 0.02
Ln
Y = solid/ (solute+solvent)
Ln-1 3
Y = 1/0.05 = 2 1 #Komposisi akhir Ekstrak (Vn) Massa minyak = 0.18 – 0.0082 = 0.1718 kg Ekstrak = 1+0.5 – 1.23 =0.27 kg (OMB), solvent = 0.27-0.1718 =0.09 X = 0.1718 / 2.7 = 0.636 27/03/2017
Y=0
1 2
Neraca massa perstage
#Komposisi V2 Minyak = 0.3276 + 0.1718 – 0.18 = 0.3194 kg (OMB)
5
X=0.3194/0.5894=0.5419
3 In equilibrium, nilai X sama
3 #Komposisi L1
4
>Nilai Y dicari dari persamaan grafik: Y=-0.5775 X+2.036 Y =1.642
X = 0.18 / 0.18 =1 Y = 0.82/0.18 = 4.556
Minyak = 0.636x0.82/1.642 =0.3276 kg 27/03/2017
Total L1 = 0.82+0.82/1.642 = 1.3194 kg
1 3
1
Kurva underflow 4
Jumlah stage 13
Tarik garis vertikal dari V2 hingga memotong kurva underflow
7
6
Tarik garis lurus dari L1 ke V2
5 Ulangi prosedur 6 dan 7 hingga garis horisontal (- - -) memotong garis miring (-)
27/03/2017
Letakkan koordinat X,Y dari step 4 dan 5
1 4
LIQUID-LIQUID EXTRACTION Tiga langkah utama dalam ekstraksi liquid-liquid:
Mixing/contacting -> perlu waktu kontak
Phase separation/settling -> Terjadi kesetimbangan
Collection of phases -> ekstrak dan raffinat terpisah 27/03/2017
1 5
Aliran raffinat dan ekstrak terpisah berdasarkan perbedaan densitas. Differential extraction ini juga disebut sebagai non-equilibrium extraction
SUPERCRITICAL FLUID EXTRACTION Densitas dan solubility solvent (gas) mendekati nilai pada fase liquidnya, tetapi masih dalam bentuk gas, supercritical their density and solubility is similar
Solvent flow rate
pressur e
gas
liquid
temperatur e
Solvent phase adalah faktor penentu keberhasilan ekstraksi ini
27/03/2017
1 7
Critical Points of supercritical Fluids Used in Foods Sering ditambahkan pada CO2 untuk mengubah polaritas
CO 2
31.1°C and 7.39 MPa
ethano l
243°C and 6.38 MPa Sering ikut terlarut dalam proses ekstraksi 27/03/2017
H2O 364°C and 22.1 MPa
1 8
Keuntungan
Lebih ramah lingkungan dan aman
Lebih efisien
karena solubility, diffusivity dan density meningkat pada tekanan tinggi
Peralatan sederhana
27/03/2017
1 9
Aplikasi
Pemurnian minyak atsiri dan bahan medis
27/03/2017
Pembersihan karang/fouling pada alat-alat industri
Food and beverage ( kopi dan beer) 2 0
Applications in bioprocessing
27/03/2017
1. Purification of antibiotics
2. Purification of alkaloids
3. Protein purification using aqueous twophase systems
4. Purification of peptides and small proteins
5. Purification of lipids
6. Purification of DNA
Liquid-SFextraction
Pengembangan dilakukan dengan menambahkan membran antara feed dan solvent, disebut porocritical fluid extraction
Solid-SF extraction 27/03/2017
2 1
Latihan soal Buatlah diagram alir proses single stage extraction pada daging
(64% air, 20% lemak, 16% nonextractable solids) dan isopropyl alcohol dengan perbandingan 1 : 5 ratio. Isopropyl alcohol larut dalam air, campuran keduanya disebut sbagai solven total.
Asumsikan lemak larut dalam solven campuran. Setelah mencapai kesetimbangan, komposisi rafinat adalah 10% dari total lemak dan solven. Tentukan kandungan lemak pada ekstrak dan solvent-free solids.
27/03/2017
2 4
Latihan soal Ground roasted coffee contains 5% soluble solids, 3% water, and 92% inert insoluble solids. In order to obtain an extract with high soluble solids content without having to concentrate it for spray drying, a counter-current extraction process is to be used to prepare this extract. It is desired that the final extract contain 0.1 kg solubles/kg water and that the spent coffee grounds should have solubles not to exceed 0.005 kg/kg dry inert solids.
(a) Determine the water to coffee ratio to be used in the extraction. (b) The coffee grounds carry 1 kg water/kg of solubles-free inert solids, and this quantity is constant with solute concentration in the extract. Calculate the number of extraction stages needed for this process.
27/03/2017
2 5
THANKS FOR YOUR ATTENTION
The best person is one give something useful always
27/03/2017
