PEMILIHAN PELARUT EKSTRAKSI ETANOL DARI PELARUT BERBASIS ALKOHOL PADA PROSES FERMENTASI-EKSTRAKTIF Disusun oleh: Yanuar Arief Prasetya 2309100083
Mulan Nur Shabrina 2309100031
Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng L/O/G/O
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOKIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
LATAR BELAKANG
Meningkatkan pengembangan etanol sebagai bahan bakar alternatif
Etanol diperoleh melalui fermentasi-ekstraktif dimana etanol yang terbentuk diekstrak dengan pelarut organik.
Keuntungan fermentasi-ekstraktif adalah mempermudah recovery dan pemurnian etanol
Tujuan Penelitian
Mempelajari secara teoritis dan eksperimen pengaruh macam pelarut dan laju alir pelarut terhadap kinerja packed column pada proses ekstraksi etanol dari broth fermentasi yang dinyatakan dengan % recovery ekstraksi.
Penelitian Terdahulu Laddha dan Degaleesan (1978), mengkaji operasi ekstraksi, data karakteristik dan korelasi-korelasi yang ada untuk tipe packing tradisional seperti Raschig ring dan Berl saddles yang diketahui efisien untuk operasi distilasi, absorpsi, dan stripping sehingga tipe packing yang dikenal efisien untuk operasi distilasi juga efisien untuk operasi ekstraksi.
Minier dan Goma (1982), melakukan upaya-upaya penghambatan pertumbuhan mikroorganisme oleh etanol yang diproduksi mengusulkan proses fermentasi ekstraktif dengan pelarut n-dodecanol.
Penelitian Terdahulu Kollerup dan Daugulis (1985), memprediksikan model produktivitas . etanol 82,6 gr/L jika feed glukosa 750 gr/L difermentasikan dengan pelarut yang memiliki koefisien transfer massa 0,5 pada laju pelarutan pelarut 5 h-1. Hasilnya ternyata 10 kali lebih besar dibandingkan fermentasi yang biasa dilakukan dengan feed glukosa 250 g/L. Richard D. Offeman et al (2005) mengkaji pengaruh dari variasi berbagai macam struktur kimia dari alkohol sebagai pelarut etanol, mulai dari rantai normal, rantai bercabang hingga rantai yang membentuk cincin (siklik). Richard D. Offeman et al (2008) mengkaji garis besar performa pelarut yang ditunjukkan dari nilai KdE dan alfa yang dipengaruhi oleh cabang dan posisi dari hydroxyl. Hasilnya pelarut yang memiliki berat molekul lebih besar cenderung memiliki KdE yang lebih kecil tetapi tidak bersifat toxic terhadap mikroorganisme.
Penelitian Terdahulu Lab Teknologi Biokimia
Purwatiningsih dan Ayundari (2011), melakukan upaya meningkatkan kinerja ekstraksi dari broth menggunakan pelarut dengan alkohol yang mempunyai atom c lebih tinggi : eksperimen dan permodelan Hasil yang didapatkan: penggunaan pelarut amil alkohol dan packing raschig ring memiliki %recovery yang paling besar dengan rata-rata kesalahan 10-11%
Metode Penelitian Eksperimen 1 2 3
4
5
• Pembuatan media fermentasi • Pembuatan starter • Eksperimen menggunakan Packed Column • Pengambilan data kesetimbangan
• Evaluasi Toksisitas
Metode Penelitian Permodelan Data sifat kimia & fisika bahan
Data properties packing
Data parameter Thermodinamika
Estimasi harga kc, kd, Kod, Koda dengan korelasi Laddha dan Degaleesan Permodelan packed column untuk ekstraksi etanol dengan pelarut nAmyl Alcohol, iso-Amil Alcohol dan 1-Octanol menggunakan Metode Euler Eksperimen
Transfer massa konsentrasi larutan broth fermentasi dan pelarut % Recovery ekstraksi
Validasi
Set Up Peralatan
3
4 5
1
2
6
7
8
Hasil Penelitian dan Pembahasan
• Hasil yang didapatkan pada percobaan ini adalah Kde,%recovery,uji toxisitas dan kd dari masing-masing pelarut. • Validasi antara hasil eksperimen dengan permodelan yang di tunjukkan dengan %eror.
Kesetimbangan Broth Fermentasi dengan Kesetimbangan Berbagai Macam Pelarut n-amyl alcohol
iso-amyl alcohol Fraksi etanol di ekstrak (w/w)
Fraksi etanol di ekstrak (w/w)
0,0045
y = 0,7526x
0,004 0,0035 0,003 0,0025 0,002 0,0015 0,001 0,0005 0 0
0,002 0,004 Fraksi etanol di rafinat (w/w)
0,006
Fraksi etanol di ekstrak (w/w)
1-octanol 0,002 0,0018 0,0016 0,0014 0,0012 0,001 0,0008 0,0006 0,0004 0,0002 0
0,001 0,002 Fraksi etanol di rafinat (w/w)
y = 0,7354x
0,005 0,004
0,003 0,002 0,001 0 0
0,001
0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 Fraksi etanol di rafinat (w/w)
0,007
Offeman tahun 2008, bahwa semakin besar berat molekul nilai Kde cenderung semakin kecil. Offeman 2005, dimana penelitian ini untuk menunjukkan performa ekstraksi dari pelarut yang memiliki berat molekul sama namun struktur berbeda (i-butyl alcohol dan n-butyl alcohol).
y = 0,6531x
0
0,006
0,003
Struktur Pelarut
1. n-amyl alcohol Memiliki BM = 88,15
2. Iso-amyl alcohol
Memiliki BM = 88,15
3. 1-octanol Memiliki BM = 130,23
Hasil Uji Toxisitas pada Masing-masing Pelarut
No
1
2
3
4
Nama
Kompon
Sample
en
%volume
in sampel
ethanol
1,6913
air
98,3087
n-amyl
ethanol
1,0334
alcohol
air
98,9666
iso-amyl
ethanol
0,9726
alcohol
air
99,5124
ethanol
0,4876
air
99,0275
blanko
1-octanol
Total (%)
Konsentrasi
Gula Sisa (g/L)
Gula
Pertumbuhan
Terkonsumsi
Sel (sel/mL sampel)
100
398,195
0
483333,3
100
326,0425
72,1525
216666,7
100
320,6175
77,5775
283333,3
100
232,7325
165,4625
400000
Sesuai dengan penelitian Offeman tahun 2008, bahwa semakin besar berat molekul maka pelarut cenderung tidak meracuni mikroorganisme (Zymomonas Mobilis).
Nilai Laju Alir Pelarut pada Berbagai Macam Pelarut 0,006
35 0,005
30 25
0,004
20
n-Amyl Alcohol
15
Iso-Amyl Alcohol
10
1-Octanol
n-Amyl Alcohol
Kd
% recovery ethanol
40
0,003
Iso-Amyl Alcohol 1-Octanol
0,002
5 0,001
0 0
10
20 30 LD (cm3/min)
%recovery
40 0 0
10
20 LD (cm3/min)
30
40
Koefisien transfer massa
Dari hasil eksperimen tersebut, nilai %recovery etanol dan koefisien transfer massa fase disperse (kd) semakin besar seiring dengan besar laju alir fase disperse. Dari data dapat terlihat bahwa nilai %recovery n-amyl alcohol lebih besar daripada iso-amyl alcohol dan 1-octanol. Untuk koefisien transfer massa fase disperse (kd) menunjukkan bahwa semakin besar laju alir pelarut menyebabkan perpindahan massa pada proses ekstraksi semakin besar.
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
n-Amyl Alcohol Iso-Amyl Alcohol 1-Octanol 0,006 0
10
20 30 LD (cm3/min)
%recovery
0,005
40
0,004 kd
% recovery ethanol
Nilai Laju Alir Pelarut pada Berbagai Macam Pelarut (Permodelan)
n-Amyl Alcohol
0,003
Iso-Amyl Alcohol
0,002
1-Octanol 0,001 0 0
10 20 30 LD (cm3/min)
40
Koefisien transfer massa
Perbandingan Hasil Eksperimen dengan Permodelan
n-amyl alcohol nilai kd untuk pelarut n-amyl
%recovery
laju alir
%error
pelarut
eksperimen
permodelan
0
0
0
0
10
28,34
33,66
15,82
20
32,88
37,55
12,44
30
36,35
39,02
6,85
40
38,09
39,84
4,38
%error rata-rata
laju alir
alkohol
%error
pelarut eksperimen
permodelan
0
0
0
0
10
0,0050061
0,0050258
0,3920
20
0,0050214
0,0050698
0,9547
30
0,00505
0,0051137
1,2457
40
0,0050821
0,0051577
1,4658
9,87
% error rata-rata
0,8116
iso-amyl alcohol pelarut
nilai kd untuk pelarut iso-amyl
%recovery
laju alir
%error eksperimen
permodelan
laju alir
alcohol
%error
pelarut eksperimen
permodelan
0
0
0
0
10
0,0050130
0,0050243
0,2249
20
0,0050433
0,0050665
0,4579
0
0
0
0
10
19,62
23,58
16,80
20
27,98
31,07
9,93
30
35,61
34,21
4,07
30
0,0051402
0,0051086
0,6186
40
35,74
35,96
0,63
40
0,0051440
0,0051508
0,1320
%error rata-rata
7,86
% error rata-rata
0,2867
Perbandingan Hasil Eksperimen dengan Permodelan
1-octanol %recovery
nilai kd untuk pelarut 1-octanol
laju alir pelarut
%error eksperimen
permodelan
laju alir
%error
pelarut eksperimen
permodelan
0
0
0
0
10
0,0022492
0,0022613
0,5351
20
0,0022555
0,0022855
1,3126
0
0
0
0
10
19,17
22,77
15,82
20
21,60
24,95
13,40
30
22,42
25,80
13,13
30
0,0022594
0,0023097
2,1778
40
25,09
26,30
4,61
40
0,0022884
0,0023339
1,9495
% error rata-rata
11,74
% error rata-rata
1,1950
Kesimpulan Kelarutan etanol terhadap n-amyl alcohol lebih besar dibandingkan iso-amyl alcohol dan 1-octanol, yaitu 0,7526 pada n-amyl alcohol, 0,7354 pada iso-amyl alcohol, dan 0,6531 pada 1-octanol. Untuk uji toksisitas, pelarut 1-octanol bersifat tidak beracun terhadap mikroorganisme (Zymomonas Mobilis) dibandingkan pelarut n-amyl alcohol dan iso-amyl alcohol karena gula yang terkonsumsi dan pertumbuhan sel pada pelarut 1-octanol lebih banyak daripada pelarut n-amyl alcohol dan iso-amyl alcohol. Nilai %error pada kd lebih kecil dibandingkan dengan nilai %error rata-rata pada %recovery etanol. Hal ini menunjukkan bahwa kinerja kolom cukup stabil terhadap nilai kd dibandingkan terhadap %recovery etanol.
Saran
Melakukan analisa GC setelah eksperimen dilakukan untuk mencegah pelarut maupun etanol banyak yang menguap sehingga menyebabkan ketidakvalidan data yang dihasilkan. Melakukan eksperimen dan permodelan menggunakan pelarut n-butyl alcohol dan iso-butyl alcohol untuk meninjau pengaruh rantai cabang pada toxisitas terhadap mikroorganisme dan meninjau selektivitas pelarut.
PEMILIHAN PELARUT EKSTRAKSI ETANOL DARI PELARUT BERBASIS ALKOHOL PADA PROSES FERMENTASI-EKSTRAKTIF
TERIMA KASIH L/O/G/O
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOKIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
