ketel_nilam

5/13/2018 ketel_nilam - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/ketelnilam 1/5

Buletin Utama Tahun 2006. Volume 10 No.1.' 38 - 42

Modifikasi Ketel Penyuling NilamUrituk Mempersingkat Waktu Penyulingan

Farel H. Napitupulu

AbstrakRendahnya mutu minyak nilam di Indonesia disebabkan karena umumnya petani nilam di Indonesia merupakan

petani tradisional. Kebanyakan petani belum mengikutt pola penyulingan yang baik dan benar. Mereka hanya

berdasarkan pengalaman - pengalaman sebelumnya. Peralatan penyulingan yang digunakan terbuat dari drum

bekas yang dapat bereaksi dengan minyak nilam, sehingga dapat mengubah struktur kimia minyak. Disamping

itu alat ini belum menggunakan bahan isolasi panas, sehingga uap yang dtgunakan untuk penyulingan adak

sempurna dan terjadi pemborosan energi yang pada akhirnya menambah biaya pengolahan. Makalah ini

menyajikan rancangan modifikasi ketel penyuling nilam. Dengan keteI yang dimodifikasi ini, waktu penyulingan

lebih cepat, hemal bahan bakar, dan kualitos minyak terjaga:

Kara Kunci : Kuahtas minyak, waktu penyulingan, efisiensi,

Abstract

Lower quality of patchouli oil in Indonesia cause of generally farmer of patchouli in Indonesia is traditional

farmer. many of them not yet follow the best refine system. They do it base of previously experience. Refinery

equipment that used from former drum that can be reaction with patchouli oil, with the result that con to

change chemistry structure of oil. Beside of that, this equipment not yet use heat isolation, with the result that

the steam that used to refinery are not perfect and consist the energy wasful that finally increasing processing

cost. This paper represent designa of bolter modification for patchouli refinery. With this modification bolter,

time of refine faster, economical material burn, and guarantee of oil quality

Key words: on quality, refinery time, efficiency.

1.Pendahuluan

Minyak nilam yang lebih dikenal dengan nama

minyak patchouli (patchouli oil ), termasuk dalam

golongan minyak atsiri. Minyak nilam dihasilkan dari

tan am an n ilam (Pogostemon cab lin, BATH) melalui

proses penyulingan. Mempunyai aroma wangi , khas

dan bersifat fiksatif sehingga banyak digunakan

dalam industri konsrnetika, sabun, dan wewangian

parfum ).

Minyak Nilam merupakan salah satu komoditi ekspor

Indonesia, sehingga faktor mutu sangat pentingditingkatkan, Faktor - faktor yang mempengaruhi

kualitas minyak nilam adalah jenis dan mutu daun,

cara penyuilingan dan lama penyimpanan. [1 1Rendahuya mutu minyak nilam di Indonesia

disebabkallkmel1a umumnya petani nilam di

Indonesia mempakan petani tradisional, Kebanyakan

petani belum mengikuti pola penyulingan yang baik

dan benar. Mereka hanya berdasarkan pengalaman -

pengalaman sebelumnya. Peralatan penyulingan yang

digunakan terbuat dari drum bekas yang dapat

bereaksi dengan minyak nilam, sehingga dapatmengubah struktnr kimia minyak, Disamping itu alai

ini belum menggunakan bahan isolasi panas,

sehingga uap yang digunakan untuk penyulingan

tidak sempurna dan t er jad i pembo ro san energi yang

pada akhirnya menambah biaya pengolahan.

Bertitik tolak dari uraian di atas, penulis

rnemodifikasi ketel penyuling yang biasa digunakan

petani menjadi lebih efisien dan dapat menjaga mutu

minyak nilam.

2. Penyulingan Minyak Nilam

Penyulingan dapat didefenisikan sebagai suatu proses

pemisahan komponen yang 'bempa cairan ataupadatan dari dna macam campuran atau lebih,

berdasarkan perbedaan titik nap masing - masing zat

tersebut. Proses ini dilakuk.an terhadap minyak atsiri

yang tidak Iarut dalam air [2].

Cara penyulingan mempengaruhi randamen dan m umminyak nilam, Cara penyulingan minyak nilam yang

paling baik adalah penyulingan dengan uap langsung.

Penyulingan dengan sistem ini pada' dasarnya

hanyalah dengan mengalirkan nap yang bertekanan

tinggi. Pada cara ini, drum perebus air ( ketel )

dipisahkan dari drum bahan ( still ). Uap air yangdihasilkan pada ketel perebus air, dialirkan pada

sebuah pipa ke dalam drum bahan. Bahan yang

Dosen Jurusan Teknik M esin FT. USU



.Modifikasi.Ketel Penyuling. NilantUntuk Mempersingkat Waktu Peltyulingan

disuling diletakkan di atas piringan yang berlubang -lubang di dalam drum . Piringan boleh lebih dari satudan disusun secara bertingkat, U ntuk m em udahkanpergerakan uap air ke tingkat yang lebih tinggi, m aka

harus disediakan ruang kosong antara bahan yangterletak pada piringandi baw ahnya dengan piringan

di atasnya, Antara piringan yang terletak padasusunan yang paling bawah dan alas drum harus adaruang kosong seba.gai tem pat penam pung uap yangdihasilkan o leh kete l.Uap jernih yang dihasilkan di k ete l d ialirk an k e drum

bahan. Bersama uap air in i m inyak nilam akan ikutterbawa. Selanjutnya cam puran minyak dan uap

dikondensasidi pipa pendingin, Sete la h meng alam ipendinginan, cam puran air dan m inyak ditam pung di

b ejana pem isah, D engan adanya perbedaan berat jenismaka air d apat d ip isah kan d ati m iny ak. P en yulingan

dengan cara ini: akan m enghasilakan m inyak yangb ermu tu tin gg i.

Sem ua peralatan penyulingan sebaiknya terbuat darilogam yang tidak mudah berkarat. Logam yangmndah berkarat rdapat bereaksi dengan minyak,sehingga dapat m em pengaruhi kom posisi dan w arna

m inyak, Logam yang terbukti tidak bereaksi denganm inyak adalah baja tahan karat yang lebih dikenaldengan sta in le ss s te el [3]. Logam Alum inium juga

dap at digun akan sebagai bahan ketel su ling an, k arena

tidakmempengaruhi mutu m in yak [2]. D iagram alirpenyulingan m inyak nilam dengan metode nap

lan gsung ditunjuk kan pad a g am bar l.

tJ.p At lI.n

MinYllCNlllm

Drum Penyullng

(Sllll

. .. .. c la n

M!ny.kN'.~ - PIp" Pendlngl"

eoj.no Peml .. h

Ga.nbar 1. Diagram Alir Penyulingan MinyakNilam dengan Metode Uap Langsung

3. Modifikasi Komponen Utama Ketel

Drum ketel berfungsi untuk m enam pung air, tem pat

pemanasan air dan sekaligus menampung napsebelum dialirkan ke still. D rum dirancang dengan

volum e tertentu yang m am pu m enam pung air dan uap

sekaligus sehingga tidak terjadi kehabisan air pada

saat operasi berlangsun g. K onstruk si d rum yang b iasa

digunakan petani dapat dilahat seperti gambar 2

berikut.

Gambar 2. Drum' Ketel Penyuling NilamKonvensional

Agar e fi si en si pemanasan a ir le bih tinggi, mak a p acta

bagian sisi drum ditanibabkan pipa yang ujung

satunya dihubungkan ke sisi drum lainnya. Tinggi

kedua ujung pipa ini d ibuat berbeda agar air masuk

m elalu i u jung yang lebih rendah dan keluar ( masuk

ke drum ) m elalui ujung yang lebih tinggi sesuai sifat

a ir. Penambahan pipa ini dim aksudkan agar bidang

permukaan yang bersentuhan dengan sum berpanas

lebih banyak. Pipa disusun sedem ikian rupa

berselang-seling agar air pada semua bagian drum

diharapkan m asuk ke pipa secara m erata dan keluar

dari bagian pipa yang lebih tinggi dalam bentuk nap,

masuk ke bagian drum secara merata, Drum yang

hasil modifikasi dapat dilihat seperti gambar 3

berikut.

Gambar 3. Drum ketel penyuUng nilamyang. dimodifikasi

Untuk m eningkatkan efisiensi penggunaan €m ergi

hasil pembakaran bahan bakar, konstruksi ruangbakar dim odifikasi sedem ikian rupa sehingga panas

yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar

didalam ruang bakar dapat diserap dengan sempurna

oleh air. Ruang bakar hasil modifikasi berbentukko tak d en gan bag ian atas berb entuk lan cip m eng ik uti

sudut kem iringan tetentu sesuai kebutuhan, Ruang

bakar yang dirancang dapat dilihat seperti gam bar di

b aw ah ini.



Farel H. Napitupulu

Perhitungan Dimensi

I. Kebutuhan Uap

Minyak nilam yang akan dipisahkan terdiri dari 5

komponen yaitn .Bulnesene, Patchoulien, Patchonly

Alkohol,Benzaldehide, dan CaryophyUene.

Menurut [4], jumlah nap yang dibutuhkan padapenyulingan minyak nilam dapat dihitung denganrutr.~lS : .

LL i [ l _ ( L : ) A ] + L ; In L ~ = E l , P o ( L O _ L +S) Diman~:

1 # 1 , , 1 ' P i . £0 · L b P ; m,

Gambar 4. Ruang Bakar

Dimana:

S jumlah uap yang dibutuhkan pada

penyulingan ( mol)

mol komponen minyak yang tidaktersuhng

L

mol komponen ampas.

total mol k om po sisi p en yu su n m in yaknilam.

efisiensi penyulingan,P, = tekanan operasi ( atm )

i = komponen min yak nilam ke-i

b komponen referensi ( Patchouli

Alkohol)

r komponen nonvolatile ( ampas )Jenis daun nilam yang digunakan sebagai basis

perhitungan padaperencanaan in i adalah Pogostemon

Cablin dengan kandungan minyak 2,5 - 5 % [5].

Alasan pemilihan pogostemon cablin adalah karena

tanarnan nilam jenis ini memiliki kandungan minyak

paling banyak dibandingkan dengan tanaman nilam

jenis lainnya dan paling banyak diminati pasar karena

kualitas minyaknya yang baik. Pada perencanaan ini

akan dilakukan perhitungan kebutuhan uap pada

kondisi daun dengan kandungan 2,5 % minyak dan 5

'% minyak. Kebutuhan uap yang paling banyak pada.

kedua kondisi ini akan dijadikan sebagai acuan

perhitungan dimensi ketel.

E

Untuk kapasitas olah ketel 40 kg daun nilam kering

d~ngan persamaan I didapat mol uap yang

dibutuhkan sebesar S = 34.292 mol = 617,949 kg.

Menurut [6], ~aktu penyulingan yang paling baikadalah 6 - 8 Jam. Dalam perencanaan ini waktu

~enYUlingan adalah ~ jam, Sehingga kebutllhan nap

hap Jam m=103 kg / J

2. Kebutuhan Bahan Bakar

P?da. perancangan ketel nap ini, bahan bakar yangdigunakan adalah bahan bakar yang umum digunakan

pada ketel penyuling minyak nilam yaitu kayu.

Analisa nilai kalor pembakaran kayu' dengan bom

katorimeter memberikan hasil,HHV =4249,246 kkal

/ kg dan LHV = 3475, 534 kkal/ kg.

Banyaknya bahan bakar yang dibutuhkan untuk

memenuhi kebutuhan uap pacta penyulingan minyak

nilam ditentukan dengan persamaan menurut [7J.sebagai berikut: .

: n = mu x (h " l< - h ilI< ) (kg / j)

ThxLHV

1 1 kLHV

(kkal/kg)

Maka:

massa uap yang dibutuhkan pada

penyulingan minyak nilam (kglj)

entalphi uap pada tekanan 1 atm dan

suhu 100°C [8] .

entalphi air masuk ketel pada suhu27°C [8 ]efisiensi ketel nap (9)

'" nilai kalor bahan bakar kayu

~ _103x (639,05268-27,0441)(k .

- 0,8 X 3475,534 g/J)

m = 22,670 kg /j

Hasil ini setara dengan 136, 02 kg bahan bakar

selama 6 jam operasi. Petani nilam di Paronggil

Kabupaten Dairi menghabiskan sekitar 210 - 280 kg

kayu untuk menyuling 40 kg dun nilam,

Membandingkan kebutuhan bahan bakar hasil

perhitungan di atas dengan .bahan bakar yang

dibutuhkan petani, kita dapat menghemat sekitar 40%

b ah an b ak ar,

3. Dimensi Drum

~ianggap air men gal ami dna tahap pemanasanhinggadihasilkan Hap yang siap digunakan pada still ( drum



Modifikasi Ketel Penyuling NilamUntuk Mempersingkat Waktu Penyulingan

penyuling ). Tahap pertama air diganaskan dalamdrum hingga suhnnya mencapai 100 C, selanjutnya

air panas ini masuk ke pipa dan fasanya dinbahmenjadi nap dengan suhu 100° C. Suhu air masukdrum diasumsikan 27° C. Proses pembentukan uap

dalam drum dapat dilihat pada gambar 5 berikut :

100

3

27

s

Gambar 5. Proses Pembentukan Uap Dalam

DrumDari gam bar di atas, total kalor yang odibutuhkan

untuk menghasilkan uap dengan suhu 100 C, adalah :

QlOt = Ql2 + Q23

Menurut [to} Q I2 dihitung dengan rumus :

Q12 m ,c.. f..T

Dimana:

Q12 -

m

c,

f..TMaka:

Q12

=

kalor yang dibutuhkan untuk

memanaskan air (kJ/j)massa air yang dipanaskan (kglj)panas s pe sifik air. kJ/kg.oC4,22 kJ/kg.oC [8]

perubahan suhu air (0C)

==

103 . 4,22 . (100-27)

= 8813,94 W

Kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan air, yaitu

Q23 = m.L

Dimana :Q23 =

m

L

Maka :

Q23

kalor yang dibutuhkan untukmenguapkan air (kJ/j)

massa air yang berubah menjadi uap

(kg/j)p an as la ten p en gu ap an air (kJ/kg)

2257,1 k Jlk g 1 8]

103 . 2257,1 (kJ/j)

64578,14 W

Sehingga :

Qtot = 8813,94 + 64578,14

73392.08 WAga. bahan drum tidak bereaksi dengan air,direncanakan bahan drum adalah AISI 304 denganpanjang bagian dalam drum adalah 180 em dan

diameter dalam drum adalah 60 em. Besamya panas

yang masuk melalui permukaan selimut drum

menurut [11 J adalah:

Q = U. A. 8.T

. Dimana :

Q kalor yang masnk melalui permukaan

selimut drum (W)

A = lu as p ermuk.a an se limn t drum (m 2)

U = koefisien perpindahan panas

menyelurnh. CfI/m2,0C)

f..T = perbedaan temperature C O e )Dengari analisa perpindahan panas yang terjadi pada

drum kita mendapatkan tebal drum sebesar 3 mm,

4. Pipa KetelBahan pipa terbuat ari AISI 304 dengan ukuran

nominal 2 in schedule 40. Jumlah pipa direncanakan

(N) = 14 buah. Diasumsikan kebutuhan nap 103

kg/jam terbagi secara merata pada pipa. Pipa air

disusun sedemikian rupa, hingga panjang bagian

horizontal sam a dengan lebar ruang bakar. Kaler

yang rnasuk ke pipa untuk mengubah fasa air menjadiuap adalah:

Q m.L

Dimana :

Q

L

kalor yang dibutuhkan untuk

menguapkan air (W)

massa air yang berubah menjadi nap

(kg/j)

10314 kg/j

= 7,357 kg/jpanas laten penguapan air (kJlkg)

m =

Maka:

Q = 7,357.2257,1 W4612,724 W

Dengan analisa perpindahan panas yang terjadi pada

pipa kita mendspatkan panjang pipa sebesar 2,174 m.

Paojang pipa bagian horizontal ditetapkan sebesar

110 em, jarak pipa ke drum 14,365 em Maka dengan

menerapka teorema phytagoras kita mendapatkan

panjang bagian pada bagian lain sebesar 42,336 em

dan 40,73 em, Jarak antar pipa adalah :

L-(NxD)

Dimana :

S"L

N

D

= emN+l

= jarak antar pipa (em)

panjang drum (em)

jumlahpipa

= diameter luar pipa

=

180 - (14x6,033)

cm14+1= 6,369 em.

Maka:

S I I



Farel H. Napitupulu

5, Ruang Bokar

Sudut kemiringan bagian atas ruang bakar (a ) = 15°

[9]. Beban tungku direncanakan 120.000 kJ/m3

jam.

Volume ruang bakar menurut [9] adalah :

v,""( Q b b t r se d ia

h ifDimana:

Qbb

hrc

"" kalor bahan bakar (kkal/kg)

Beban . tungku, diperkirakan

120.000 kkal/kg. m3.

Maka volumeruang bakar adalah :

__ mbb xHHVVI

120000

= 3,36 m3

Dalam manp bakar terdapat drum dengan volume

0,50868 m, maka volume ruang bakar yang

dibutuhkan adalah :

Vr = 3,36 + 0,50868

. "" 3,87 m3

Dari perhitungan sebelumnya didapat panjang pipabagian horizontal adalah 110 em . Lebar ruang bakar

sama dengan panjang pipa ini. Panjang ruang bakar

adalah 210 cm.maka dengan teorema phytagoras

didapat tinggi ruang bakar sebesar 182,21 em

6. Efisiensi KetelUntuk mengetahui efisiensi ketel, berikutadaIah

perbandingan panas proses dengan panas yang

dilepaskan bahan bakar,

Panas yang diserap drum ketel.

Q12 = 31730,18 kJZiamPanas yang diserap pipa ketel.

. Q23 = 232481,3 kJ/j

Panas pembakaran bahan bakar.

Qbb kalor bahan bakar (kkal/kg)

= mbbxLHV22,670 x 14554,163

329939,767 kJ/kg

Maka efisiensi adalah :

kalor yang terpakai_______ ~~ __ ~ ~x

kalor yang dilepas bahan bakar

100%

Q I2 + Q23 x 100%

Qbb

31730,18 + 232481,3

329939,76780,07 %

4. Kesimpulan

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa dengan

modifikasi pada beberapa bagian utama, dapat

menghemat bahan bakar sekitar 40% bahan bakar dan

mempersingkat waktu penyulingan 2 jam dari 8 jam

yang biasanya dibutuhkan petani nilam, Efisiensiketel didapat sebesar 80,07%.

5. Daftar Pustaka

[1]. Guenther, E., "Minyak Atsiri", Terjemahan S.

Ketaren, Penerbit Universitas Indonesia,

Jakarta, 1987.

[2]. Ketaren, S., "Pengantar Teknologi Minyak

Atsiri", PenerbitBalai Pustaka, Jakarta, 1985 ..

[3]. Harjono Sastrohamidjojo, "Kimia Minyak

Atsiri", Gadjahmada University Press,

Yogyakarta, 2004.

[4]. Van Winkle, Mathew, "Destilation". McGraw

Hill,Inc. New York, 1967 ..

[5]. Sudaryani, Titik, Ir., "Budidaya dan

Penyuhngan Nilam", Penerbit Swadaya,

Jakarta, 1998.

[6]. NainggoJan, Rona Joharmi, Ir., SU., "Pengaruh

cara pemanasan dan lama penyu1ingan terhadap

randemen dan mutu minyak nilam (

Pogostemon Cablin Benth )" , LembagaPenelitian Universitas Sumatera Utara, Medan,

1992.

[7]. Syamsir A. Muin.Ir.J'Pesawat - Pesawat

Konversi Energi I (Ketel Uap)", Penerbit CV.

Rajawali, Jakarta, 1988. Douglas M. Considine,

" Energy Hand Book" McGraw - Hili, New

York 1995.

[8]. Changel Yunus A. and Michael A. Boles,

"Thermodynamics and Engineering Approach",

Third Edition, McGraw - Hill Inc., 1998.[9]. Djokosetyardjo, M.,l, "Ketel Uap" , Cetakan

Keempat, Penerbit Paradnya Paramita, Jakarta,

1999.

[10]. Douglas M. Considine, " Energy Hand Book"

McGraw - Hill, New York 1995.

[11]. Holman, J. , P., "Perpindahan Kalor",

Edisi Keenam, Penerbit Erlangga,

Jakarta, 1993.

ketel_nilam

Documents