STANDAR PERALATAN UNTUK PENYULINGAN MINYAK ATSIRI

Meika Syahbana Rusli dan Semangat Ketaren

1.      Pendahuluan

Proses penyulingan dilakukan untuk memperoleh minyak atsiri dari tumbuh-tumbuhan yang mempunyai kandungan minyak yang sulit untuk diekstrak pada kondisi lingkungan normal. Hal ini dikarenakan minyak atsiri terdapat pada kantung-kantung minyak dalam jaringan tumbuhan sehingga diperlukan suatu usaha untuk mengeluarkannya.

Untuk memisahkan minyak atsiri dari tanaman aromatik, dalam prakteknya bahan tersebut dimasukkan ke dalam ketel penyuling, kemudian ditambahkan sejumlah air dan dididihkan, atau uap panas dipompakan ke dalam alat penyuling tersebut. Dengan pemanasan oleh air atau uap, minyak atsiri akan dibebaskan dari kelenjar minyak dalam jaringan tanaman. Alat penyuling, akan berisi dua macam cairan, yaitu air panas dan minyak atsiri yang tidak saling melarutkan atau hanya sebagian kecil saja melarut. Secara perlahan-lahan cairan dalam alat penyuling dididihkan sehingga campuran uap terdiri dari uap air dan uap minyak. Campuran uap tersebut mengalir melalui pipa menuju ke kondensor sehingga uap tersebut dicairkan kembali dengan system pendinginan dari luar, yaitu biasanya dengan air dingin. Dari kondensor, kondensat tersebut ditampung dalam tabung pemisah (receiver); dan dalam tabung tersebut minyak atsiri akan terpisah dari air suling.

Pada proses penyulingan terdapat faktor-faktor yang menentukan hasil penyulingan yaitu antara lain : jenis dan penanganan bahan baku yang akan disuling, jenis, distribusi dan debit uap yang digunakan, bahan penyusun ketel penyulingan, dimensi alat penyuling dan metode penyulingan yang digunakan. Dengan diketahuinya factor-faktor tersebut dapat ditentukan kondisi operasi suatu proses penyulingan yang tepat, efektif dan efisien.

 

2.      Bahan Konstruksi Peralatan Penyulingan

A. Stainless Steel

Dalam British Stainless steel Association Catalogue (2001) disebutkan bahwa Stainless merupakan suatu terminologi yang dikembangkan bagi bahan-bahan metal yang digunakan untuk membuat alat-alat pemotong seperti pisau dan gunting. Kemudian istilah Stainless digunakan sebagai nama dagang bagi besi yang tahan terhadap karat dan oksidasi. Stainless steel merupakan campuran logam dengan kandungan chromium minimal 10.5 persen. Beberapa campuran logam lainnya ditambahkan guna menambah kekuatan dan kekerasannya. Logam-logam tersebut antara lain : Nikel, Molybdenum, Titanium, Tembaga.

Jumlah kandungan dari logam-logam tersebut mempengaruhi kualitas dan grade dari Stainless steel. Selain bahan-bahan campuran yang berupa logam, Stainless steel juga ditambahkan campuran non logam yaitu karbon dan nitrogen. Stainless steel mempunyai kelebihan-kelebihan dibandingkan logam lain, yaitu (Welty, 1978) :

1. Tahan terhadap karat

2. Tahan terhadap api dan panas

3. Hygiene (mudah untuk dibersihkan)

4. Mempunyai penampakan menarik

5. Perbandingan kekuatan dan berat yang baik

6. Mudah untuk dibentuk atau dipabrikasi

7. Tahan terhadap tumbukan

8. Mempunyai nilai ekonomi yang tinggi

9. Mempunyai daya hantar panas yang tinggi 17.3 W/m K

B. Mild Steel

Mild Steel atau besi kasar kelabu memiliki kadar atom C lebih tinggi dari pada besi kasar putih yaitu 3.5 – 5 %. Besi kasar kelabu bersifat kenyal dan rapuh. Besi kasar kelabu dibedakan dua macam yaitu besi kasar kelabu muda dan besi kasar kelabu tua. Besi kasar kelabu muda sangat baik untuk bahan pembuatan silinder-silinder mesin, mengandung silikon 0.5 – 1 % dan permukaannya halus. Sedangkan besi kasar kelabu tua mengandung silikon 3 % sangat baik untuk membuat benda besi tuang, mempunyai sifat mudah dituang, tahan terhadap tekanan, dan permukaan agak kasar (Margono dan Setuji, 1980).

3. Sistem Penyulingan

Penyulingan adalah suatu proses pemisahan secara fisik suatu campuran dua atau lebih produk yang mempunyai titik didih yang berbeda, dengan cara mendidihkan terlebih dahulu komponen yang mempunyai titik didih rendah terpisah dari campuran (Kister, 1990).

Pada industri minyak atsiri dikenal tiga macam metode penyulingan, yaitu :

1. Penyulingan dengan air (water distillation)

2. Penyulingan dengan uap dan air (steam and water distillation)

3. Penyulingan dengan uap langsung (steam distillation)

Pada penyulingan dengan menggunakan air, bahan yang akan disuling kontak langsung dengan air mendidih. Bahan tersebut mengapung di atas air atau terendam secara sempurna tergantung dari bobot jenis dan jumlah bahan yang akan disuling. Ciri khas dari metode ini adalah kontak langsung antara bahan dengan air mendidih. Pada penyulingan dengan uap dan air serta penyulingan dengan uap, bahan diletakkan pada rak-rak atau saringan berlubang sehingga bahan tidak mengalami kontak langsung dengan air yang digunakan untuk menghasilkan uap. Perbedaannya pada penyulingan uap langsung, uap berasal boiler yang terpisah dari ketel, sedangkan pada penyulingan dengan uap dan air berasal dari air uap berasal dari air yang dididihkan di bawah rak-rak bahan (Guenther, 1947).

Alat-alat yang diperlukan untuk penyulingan tergantung pada banyaknya bahan dan cara penyulingan yang dilakukan. Secara umum peralatan yang digunakan dalam proses penyulingan dapat dibagi menjadi empat bagian, yaitu : ketel uap (boiler), ketel suling (retort), pendingin (condenser), penampung dan pemisah hasil penyulingan (separator). Skema susunan peralatan tersebut berikut dengan instrumen/perlengkapannya dapat dilihat pada Gambar 1.

4. Disain Peralatan Proses Penyulingan

1. Ketel Uap (Boiler)

Ketel uap adalah pembangkit uap dimana uap ini berfungsi sebagai zat pemindah tenaga kaloris. Melalui api dan gas asap kalor dipindahkan dari bahan bakar ke air dan uap melalui dinding bidang pemanas, kemudian uap dapat disalurkan ke pemakai sesuai dengan tujuan penggunaannya (Tambunan dan Karo-karo dalam Sunarto, 1992).

Terdapat dua jenis ketel uap, yaitu ketel uap bertekanan tinggi dan ketel uap rendah. Ketel uap bertekanan tinggi digunakan untuk menghasilkan suhu yang lebih tinggi. Uap bertekanan rendah dan bersuhu rendah akan terkondensasi kembali menjadi air pada tumpukan bahan, sedangkan uap yang bertekanan tinggi dan suhu tinggi akan berpenetrasi ke dalam bahan secara lebih efektif, dan peristiwa kondensasi dalam ketel penyulingan akan berkurang. Ketel uap bertekanan tinggi lebih efisien untuk penyulingan karena mempersingkat proses penyulingan. Dalam beberapa hal, dikehendaki uap bertekanan yang rendah sehingga minyak yang dihasilkan bersifat lebih larut dalam alkohol dan tidak mengandung resin (Guenther, 1947).

Ukuran ketel uap tergantung pada jumlah uap yang dibutuhkan, dan tidak sembarang ketel uap dapat digunakan. Karena bahaya yang mungkin timbul dalam ketel uap tersebut sebaiknya membelinya pada penyalur tertentu. Ketel uap harus dilengkapi dengan alat pengukur jumlah air dan tekanan, katup pengaman pada tekanan tinggi, pompa atau injektor untuk mensirkulasikan air, dan pipa-pipa yang dapat diawasi secara manual.

2. Ketel Suling (Retort)

Ketel suling digunakan sebagai tempat air atau uap untuk mengadakan kontak langsung dengan bahan, serta untuk menguapkan minyak atsiri. Pada bentuk sederhana ketel suling berbentuk silinder atau tangki, yang mempunyai diameter sama atau lebih kecil dari tinggi tangki. Tangki tersebut dilengkapi dengan tutup yang dapat dibuka dan diapitkan pada bagian atas penampang ketel. Pada atau dekat penampang atas tangki dipasang pipa berbentuk leher angsa untuk mengalirkan uap ke kondensor (Guenther, 1947)

Pada penyulingan dengan uap dan air dipasang suatu saringan (grid) atau dasar semu di atas dasar ketel suling sehingga air yang mendidih tidak kontak dengan bahan yang disuling. Uap air panas dialirkan melalui mantel uap atau melalui suatu pipa uap yang tertutup. Untuk bentuk sederhananya dapat dilakukan dengan cara pemanasan ketel secara langsung. Pada penyulingan dengan uap, kisi-kisi (grid) ditempatkan dekat ke dasar ketel. Uap dialirkan melalui suatu pipa uap, biasanya merupakan pipa melingkar yang berlubang atau melintang di bawah kisi-kisi (dasar semu) (Guenther, 1947).

Pada zaman dulu, ketel suling di dalam industri dibuat dari bahan tembaga. Logam ini mempunyai keuntungan karena tahan lama (awet) dan mempunyai mutu yang tidak berubah walaupun telah mengalami perombakan. Bagian dalam dari ketel suling dilapisi kaleng tebal, dan digunakan sebagai bahan untuk kondensor ataupun bagian leher angsa. Tetapi minyak atsiri yang dihasilkan mengandung tembaga; biasanya berwarna hijau kebiru-biruan dan harus dipucatkan terlebih dahulu sebelum diperdagangkan . Plat aluminium dapat digunakan sebagai bahan ketel suling dan minyak yang dihasilkan mempunyai kualitas baik, akan tetapi minyak yang mengandung gugusan fenol akan bereaksi dengan aluminium. Saat sekarang bahan penyusun ketel suling yang mempunyai kualitas terbaik terbuat dari stainless steel sehingga menghasilkan minyak atsiri yang bermutu baik.

Pada umumnya ketel termasuk bagian tutup, dilapisi dengan bahan isolasi yang berguna apabila bagian luar ketel kontak dengan udara dingin dan angin. Jika dinding luar ketel tidak diberi isolasi maka sebagian uap akan berkondensasi di dalam ketel akibat adanya panas yang hilang. Hal ini mengakibatkan bahan yang disuling menjadi lembab, partikel bahan akan menggumpal dan melekat sehingga jumlah uap yang dibutuhkan lebih banyak, penyulingan lebih lama dan biasanya menghasilkan rendemen (yield) minyak yang lebih rendah. Disain ketel untuk penyulingan dengan sistem uap-air dan sistem uap langsung dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3.

3. Pendingin (Condenser)

Menurut McCabe et al., (1993), pendingin didefinisikan sebagai peralatan pindah panas yang digunakan untuk merubah fase uap menjadi fase cair dengan menghilangkan panas laten yang dimiliki oleh uap. Panas laten ini dihilangkan dengan mengabsorbsikannya pada cairan pendingin yang disebut coolant. Jumlah panas yang dikeluarkan pada peristiwa kondensasi sebanding dengan panas yang diperlukan untuk penguapan uap minyak dan uap minyak dan uap air serta sejumlah kecil panas tambahan dikeluarkan untuk mendinginkan hasil kondensasi, yang berguna untuk menjaga supaya suhunya di bawah titik didih.

Pendingin berfungsi untuk mengubah seluruh uap air dan uap minyak menjadi fase cair. Jumlah panas yang dikeluarkan pada peristiwa kondensasi sebanding dengan panas yang diperlukan untuk penguapan uap minyak dan uap air serta jumlah kecil panas tambahan dikeluarkan untuk mendinginkan hasil kondensasi, yang berguna untuk menjaga supaya suhunya di bawah titik didih (Guenther, 1947).

Kondensor yang paling umum digunakan adalah kondensor berpilin (coil condenser) yang dimasukkan ke dalam tangki berisi air dingin yang mengalir. Arah aliran air pendingin berlawanan dengan tangki berisi air dingin yang mengalir. Arah aliran air pendingin berlawanan dengan arah uap air dan uap minyak. Umumnya penggunaan air pendingin lebih efektif, dengan menyisipkan 2 pipa yang berpilin pada tiap tangki kondensor.

Dalam penanganan kondensor yang lebih baik maka aliran air dingin yang lebih cepat menyebabkan pendinginan lebih efisien. Tabung kondensor disusun di dalam sebuah kotak vertikal sedangkan jumlah dan ukuran panjangnya tergantung dari jumlah uap yang dikondensasikan dan dibuat sedemikian rupa sehingga uap yang akan dikondensasikan masuk ke dalam tabung, dan air pendingin bersirkulasi di sekeliling tabung tersebut.

Disain kondensor yang juga efektif adalah tipe shell and tube. Kondensor tipe ini, berupa sekumpulan tabung berbentuk pipa yang berada dalam sebuah silinder, biasanya dibuat dari tembaga yang dilapisi kaleng, aluminium atau yang lebih baik lagi menggunakan stainless steel sehingga perubahan warna minyak oleh besi dan tembaga dapat dihindarkan. Akan tetapi aluminium tidak dapat digunakan pada minyak yang mengandung fenol.

Ukuran, jumlah, dan panjang tabung (tube) kondensor tergantung pada : laju aliran destilat, tekanan yang dapat diterima kondensor, suhu dan kuantitas air pendingin yang tersedia, dan suhu keluaran destilat yang diinginkan (Denny, et al., 2001). Sketsa disain kondensor tipe shell and tube dapat dilihat pada Gambar 4.

4. Penampung dan Pemisah Hasil Penyulingan (Separator)

Alat ini digunakan untuk memisahkan minyak dari air suling. Jumlah volume air suling selalu lebih besar dari jumlah minyak, dalam hal ini diperlukan agar air suling tersebut terpisah secara otomatis dari minyak atsiri. Sebagian besar alat pemisah minyak dirancang dengan mengimitasi prinsip botol Florentine kuno.  Minyak atsiri dan air suling tidak melarut; karena perbedaan bobot jenis maka larutan tersebut akan terpisah dimana minyak tersebut berada di atas lapisan air, hal ini yang merupakan prinsip kerja dasar dari alat ini (Guenther, 1947).  

Sketsa disain alat pemisah untuk minyak yang berat jenisnya lebih kecil maupun lebih besar dari air dapat dilihat pada Gambar 5.  Minyak dan air secara langsung dapat dipisahkan dengan membuka kran pengatur pada bejana pemisah.

Referensi :

1.      BSA. 2001. British Stainless Steel Association Catalogue. www.BSA.co.uk

2.      Denny, et al. 2001. Field Distillation for Herbaceous Oils. McKenzie Associates. Tasmania

3.      Guenther, E. 1947. Minyak Atsiri. Diterjemahkan oleh Ketaren, S. 1988. UI Press. Jakarta.

4. Heartmagic. 2006. Essential Oil Steam Distillation Plant. Diakses dari www.heartmagic.com/00giantstill/85gallon.html

5.      Kister, H.Z. 1990. Distillation Operation. McGraw Hill.

6.      Margono dan Slamet. 1980. Mesin dan Instrumentasi I. Depdikbud.

7.      Sunarto, A. 1992. Uji Performansi Alat Penyulingan Minyak Atsiri dengan Menggunakan Metode Uap Langsung pada Penyulingan Biji Lada dan Daun Sereh Wangi. Skripsi. Fateta-IPB. Bogor.

8.      Welty, J. R. 1978. Engineering Heat Transfer SI Version. John Wiley and Sons. New York.