REKAYASA PROSES DAN ALAT PEMISAH MINYAK NILAM DAN AIR DISTILAT
HARI SOESANTO
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Rekayasa Proses dan Alat Pemisah Minyak Nilam dan Air Distilat adalah karya saya sendiri atas arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Februari 2010
Hari Soesanto NRP. F351070131
ABSTRACT HARI SOESANTO. Process and Equipment Engineering for Separation of Patchouly Oil and Distillate Water. Supervised by MEIKA S RUSLI and ERLIZA NOOR. Many distilleries of small medium industry separate patchouly oil and distillate water with a cascade of three relatively small receiver-separators about 35 cm in diameter. These are placed in series so that the discharge of the first flows to the intake of the second and so on. The oil loss can reached up to 4.3%. A completely modified process and prototype equipment design approach to patchouly oil/distillate water separation has been developed based on careful observations of patchouly oil/distillate water separation phenomena. In laboratory scale experiment, it was observed that particle speed of patchouly oil rising through water increased by highering temperature from 28oC to 62oC. At 45oC, small droplets of patchouly oil rise through water was double compared to temperature 28oC. In industrial scale by using separator prototype, it was observed that oil loss at 45oC was 0.10%. The industrial scale separator prototype has 55 cm in diameter, 60 cm in height of main cylinder and inner cylinder that holds more than the first four minutes of distillate flow.
Keywords: Patchouly oil, Distillate water, Separation, Separator
RINGKASAN HARI SOESANTO. Rekayasa Proses dan Alat Pemisah Minyak Nilam dan Air Distilat. Dibimbing oleh MEIKA S RUSLI dan ERLIZA NOOR. Industri penyulingan minyak nilam di Indonesia yang pada umumnya adalah industri kecil menengah (IKM) yang dilakukan oleh rakyat memiliki masalah pada pemisahan minyak nilam dan air distilat di separator. Mereka memisahkan minyak nilam dan air distilat dengan alat pemisah (separator) yang konvensional yaitu dengan menggunakan tiga drum berukuran kecil berdiamater sekitar 35 cm yang disusun secara seri dan dengan cara yang tidak praktis yaitu dengan cara diciduk serta kondisi suhu yang tidak terkontrol. Kehilangan (loss) minyak yang terjadi mencapai 4.3%. Jumlah ini sangat signifikan terhadap kerugian yang ditimbulkan pada skala industri terutama pada volume yang besar dan waktu yang lama. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu pemisahan terhadap tingkat pemisahan minyak nilam dan air distilat, mengetahui pengaruh inner core dalam separator prototipe terhadap pembentukan lapisan minyak dan merekayasa separator yang praktis, efektif dan efisien sehingga kehilangan minyak yang terjadi dapat dikurangi. Kecepatan minyak nilam bergerak naik dalam air diyakini akan berbeda pada suhu yang berbeda. Suhu yang lebih hangat pada proses pemisahan minyak nilam dan air distilat diduga akan mengurangi kehilangan minyak nilam yang terjadi di separator. Disain separator yang memperhitungkan kecepatan butiran minyak nilam bergerak naik dalam air distilat, holding time aliran distilat yang masuk ke separator, dan suhu distilat diduga akan berpengaruh terhadap kehilangan yang terjadi. Pola aliran fluida yang terjadi pada pemisahan minyak nilam dan air distilat di separator prototipe diduga cenderung laminer. Pada tahap awal, penelitian ini dilakukan untuk memperoleh profil pembentukan gelembung minyak dan kecepatan minyak nilam bergerak naik dalam air antara suhu 28oC - 62oC. Selanjutnya dilakukan perancangan separator dengan pertimbangan suhu, kecepatan minyak nilam bergerak naik dalam air, pemilihan silinder dalam dan inner core, serta dimensi. Selanjutnya dilakukan pengujian pemisahan minyak di separator rancangan dengan waktu tinggal 4 menit. Pada suhu 45oC kecepatan minyak nilam bergerak naik dalam air dua kali lebih cepat daripada yang terjadi pada suhu 28oC. Suhu pemisahan yang optimal pada separator prototipe skala industri yaitu pada suhu 45oC dimana kehilangan minyak yang terjadi sebesar 0.1% pada kondisi laju alir distilat yang relatif rendah. Tipe aliran fluida yang terjadi pada separator prototipe adalah aliran laminer. Laju alir distilat berpengaruh terhadap kecepatan air bergerak turun di silinder luar separator relatif terhadap kecepatan minyak nilam bergerak naik dalam air yang akibatnya berpengaruh terhadap kehilangan (loss) minyak nilam. Separator prototipe skala industri berbentuk silinder yang bagian atasnya berbentuk kerucut. Separator prototipe memiliki diameter silinder utama 55 cm
dan tinggi silinder utama 60 cm. Separator ini dilengkapi dengan silinder dalam, sensor suhu, kaca pengamat, kran pengeluaran minyak, pipa pengatur pengeluaran air distilat dan kran drain. Pada penelitian di masa mendatang perlu ditinjau mengenai model dinamika fluida pemisahan minyak nilam dan air distilat yang mencakup pengaruh laju alir distilat, rasio dimensi diameter dan tinggi separator dan analisa kromatografi gas pada air distilat yang terbuang. Perlu dilakukan uji coba penyulingan dan pemisahan minyak nilam dan air distilat pada laju alir distilat yang lebih tinggi. Kata kunci: minyak nilam, air distilat, penyulingan, pemisahan, separator
© Hak Cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2010 Hak cipta dilindungi undang-undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber: a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah. b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar Institut Pertanian Bogor. 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin Institut Pertanian Bogor
REKAYASA PROSES DAN ALAT PEMISAH MINYAK NILAM DAN AIR DISTILAT
Oleh:
HARI SOESANTO
TESIS sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Mayor Teknologi Industri Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Dwi Setyaningsih, M.Si.
HALAMAN PENGESAHAN Judul Tesis
:
Rekayasa Proses dan Alat Pemisah Minyak Nilam dan Air Distilat Nama Mahasiswa : Hari Soesanto NIM : F351070131
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, M. Sc. Ketua
Dr. Ir. Erliza Noor Anggota
Diketahui Ketua Mayor Teknologi Industri Pertanian
Prof. Dr. Ir. Irawadi Jamaran Tanggal Ujian: 18 Februari 2010
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS. Tanggal Lulus:
PRAKATA Alhamdulillahirabbil’aalamiin. Dengan izin Allah subhana wa ta’ala tesis yang berjudul Rekayasa Proses dan Alat Pemisah Minyak Nilam dan Air Distilat ini selesai disusun. Tulisan ini merupakan laporan hasil penelitian yang dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Mayor Teknologi Industri Pertanian, SPs, IPB. Penulis menyadari bahwa penyelesaian tulisan ini tidak lepas dari bantuan beberapa pihak. Oleh karena itu, penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih kepada Dr. Ir. Meika S Rusli, M.Sc selaku ketua komisi pembimbing, Dr. Ir. Erliza Noor selaku anggota komisi pembimbing, serta Dr.Ir. Dwi Setyaningsih, M.Si selaku penguji luar komisi atas bimbingan, arahan, saran, dan dorongan moral yang diberikan selama penyusunan tesis ini. Ucapan terima kasih yang tulus penulis haturkan kepada Ibu dan Ayah beserta seluruh keluarga besar yang telah memberikan dukungan, do’a dan kasih sayang sehingga penulis dapat menyelesaikan studi ini. Terima kasih kepada Elmina Furi atas dukungan semangatnya. Terima kasih kepada semua civitas Departemen Teknologi Industri Pertanian dan rekan-rekan di mayor Teknologi Industri Pertanian khususnya rekan-rekan TIP 2007 (Mas Khaidir, Mas Arnata, Dedi, Mba Mia, Mba Yuana, Mba Ria, Mba Iffan, Zora, Mba Yessi, Teh Dewi, Nida, Mba Yaya, Patma, Mba Ami, Mba Windi, Mba Wiwin, Mba Siti, Kang Encep, Bung Malik, Mas Andi). Terima kasih kepada Safik atas kerjasamanya dalam riset lapangan di Kuningan, Bu iin atas bantuannya dalam pembuatan separator gelas dan Pak Ade Iskandar atas bantuannya dalam pembuatan separator industri serta semua pihak yang tidak penulis sebutkan satu per satu. Semoga hasil penelitian yang telah dilakukan ini dapat bermanfaat bagi masyarakat Indonesia. Semoga Allah SWT menerima apa yang telah penulis lakukan ini sebagai salah satu upaya beribadah kepada-Nya. Amiin. Bogor,
Februari 2010 Hari Soesanto
RIWAYAT HIDUP
Hari Soesanto, lahir di Ciputat, Tangerang Selatan pada tanggal 3 Maret 1984 dari orang tua yang bernama H. Sahlan S H Markum dan Hj. Eli Marlinah. Penulis adalah anak ketiga dari empat bersaudara. Pendidikan dasar diselesaikan di SDN Kampung Sawah II, Ciputat pada tahun 1996 dan pendidikan menengah pertama di SLTPN II Ciputat pada tahun 1999. Pada tahun 2002, penulis lulus dari SMUN 1 Ciputat. Pada tahun yang sama, penulis diterima sebagai mahasiswa IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) di Departemen Teknologi Industri Pertanian dan lulus pada tahun 2006. Pada tahun 2007 penulis melanjutkan pendidikan pada Sekolah Pascasarjana IPB mayor Teknologi Industri Pertanian. Penulis bekerja sebagai asisten dosen di Departemen Teknologi Industri Pertanian sejak tahun 2006 hingga tahun 2008. Pada tahun 2009 penulis bekerja di BALITBANGDA Provinsi Banten.
Untuk korespondensi dapat melalui e-mail :
[email protected]
Ku persembahkan untuk
INDONESIA
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ............................................................................................ xii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xiii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xv I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang .................................................................................... B. Tujuan Penelitian ................................................................................ C. Hipotesa Penelitian ............................................................................. D. Perumusan Masalah ............................................................................ E. Ruang Lingkup Penelitian....................................................................
1 3 3 3 3
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Minyak Nilam...................................................................................... 4 B. Penyulingan Minyak Nilam ................................................................ 4 C. Pemisahan Minyak Nilam dari Air Distilat ......................................... 5 D. Fenomena Aliran Fluida ...................................................................... 10 E. Kehilangan (loss) Minyak Atsiri pada Air Distilat .............................. 11 III. BAHAN DAN METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................. 13 B. Bahan dan Alat .................................................................................... 13 C. Metode Penelitian ............................................................................... 13 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Kecepatan Minyak Nilam Bergerak Naik dalam Air ........................... B. Perancangan Separator Prototipe Skala Pilot ...................................... C. Perekayasaan Proses Pemisahan Minyak Nilam dan Air Distilat........ D. Perancangan Separator Prototipe Skala Industri .................................. E. Pengujian Kinerja Separator Skala Industri..........................................
17 19 22 30 33
V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan.......................................................................................... 40 B. Saran ................................................................................................... 40 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 41 LAMPIRAN....................................................................................................... 43
xi
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1:
Rekomendasi dimensi untuk separator minyak eucalyptus ................
8
Tabel 2:
Viskositas air pada beberapa tingkatan suhu ...................................
18
Tabel 3:
Hubungan antara suhu dengan kebutuhan daya pemisahan relatif .....
19
xii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1:
Perbandingan densitas antara minyak huon pine dan minyak mandarin petitgrain dengan air murni pada suhu pemisahan yang berbeda. ..............................................................................
6
Kecepatan butiran minyak lavender bergerak naik dalam air pada suhu yang berbeda ...............................................................
7
Gambar 3:
Disain beberapa macam separator minyak atsiri ........................
7
Gambar 4:
Contoh model separator di luar negeri .........................................
9
Gambar 5:
Skema alat penyulingan skala pilot...............................................
15
Gambar 6:
Skema alat penyulingan skala industri..........................................
16
Gambar 7:
Kecepatan butiran minyak nilam bergerak naik dalam air............
17
Gambar 8:
Hubungan suhu dengan kebutuhan daya pemisahan relatif atsiri dan air...................................................................................
19
Gambar 9:
Skema disain separator prototipe skala pilot.................................
21
Gambar 10:
Separator skala pilot......................................................................
22
Gambar 11:
Komponen inner core ...................................................................
23
Gambar 12:
Lubang pengeluaran inner core.....................................................
23
Gambar 13:
Pembentukan lapisan minyak tidak terganggu tanpa penggunaan inner core ..................................................................
24
Pembentukan lapisan minyak terganggu dengan penggunaan inner core.......................................................................................
24
Penampakan visual pemisahan minyak nilam dan air distilat saat awal penyulingan pada suhu pemisahan dingin (a) dan suhu pemisahan hangat (b)............................................................
25
Penampakan visual pemisahan minyak nilam dan air distilat saat akhir penyulingan pada suhu pemisahan hangat (a) dan suhu pemisahan dingin (b) ............................................................
26
Penampakan visual separator prototipe skala pilot (a) dan air distilat buangan dari separator pada laju alir distilat 60 ml/menit (b). .................................................................................
27
Penampakan visual separator prototipe (a) dan air distilat buangan dari separator pada laju alir distilat 90 ml/menit (b) .....
28
Gambar 2:
Gambar 14: Gambar 15:
Gambar 16:
Gambar 17:
Gambar 18:
xiii
Gambar 19:
Pemisahan minyak nilam dan air distilat pada separator konvensional ...............................................................................
29
Gambar 20:
Skema disain separator prototipe skala industri............................
32
Gambar 21:
Separator konvensional IKM ........................................................
34
Gambar 22:
Hubungan suhu pemisahan dengan kehilangan yang terjadi pada separator prototipe skala industri .........................................
35
Simulasi prediksi hubungan laju alir distilat terhadap kecepatan air bergerak turun di dalam separator prototipe ...........
37
Separator prototipe skala industri dan pergerakan minyak nilam dalam kaca pengamat .........................................................
38
Gambar 23: Gambar 24:
xiv
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1A : Kecepatan Rata-Rata Butiran Minyak Nilam Bergerak Naik dalam Air Pada Berbagai Suhu ......................................................
44
Lampiran 1B : Prosedur Pengukuran Kecepatan Minyak Nilam dalam Air ......
44
Lampiran 2A : Prosedur Pengukuran Kehilangan Minyak Nilam ....................
45
Lampiran 2B : Perhitungan Kehilangan Minyak Nilam pada Separator ...........
45
Lampiran 2C : % Kehilangan Minyak Nilam pada Separator Prototipe ............
45
Lampiran 3
: Perhitungan Disain Separator .......................................................
46
Lampiran 4
: Perhitungan Bilangan Reynold ....................................................
48
Lampiran 5
: Simulasi % Kehilangan Minyak Nilam dalam Separator dengan Kecepatan Minyak Nilam Bergerak Naik dalam Air....................
50
Lampiran 6
: Persamaan Neraca Momentum untuk Fluida di dalam Separator
51
Lampiran 7
:Simulasi Prediksi Hubungan Laju Alir Distilat Terhadap Kecepatan Air Bergerak Turun Di Dalam Separator Prototipe ..................... 53
xv
