I. Tujuan

Tujuan dari percobaan ekstraksi cair-cair ini antara lain :

1. Mengenal dan memahami prinsip operasi estraksi cair-cair pada kolom berpacking.

2. Menghitung koefisien distribusi.

3. Menghitung neraca massa proses ekstraksi pada beberapa laju alir.

4. Mengetahui kondisi operasi yang sesuai untuk ekstraksi cair-cair tertentu.

II. Dasar Teori

Ekstraksi adalah salah satu metode memisahkan larutan dua komponen dengan

menambahkan komponen ketiga (solvent) yang larut dengan solute tetapi tidak larut dengan

pelarut (diluent). Dengan penambahan solvent ini sebagian solute akan berpindah dari fasa

diluent ke fasa solvent (disebut ekstraksi) dan sebagian lagi akan tetap tinggal di dalam fasa

diluent (disebut rafinat).

Perbedaan konsentrasi solute di dalam suatu fasa dengan konsentrasi pada keadaan

setimbang merupakan pendorong terjadinya pelarutan (pelepasan) solute dari larutan yang ada.

Gaya dorong (driving force) yang menyebabkan terjadinya proses ekstraksi dapat ditentukan

dengan mengukur jarak sistem dari kondisi setimbang.

Sebagai contoh pembuatan ester (essence) untuk bau-bauan dalam pembuatan sirup atau

minyak wangi, pengambilan kafein dari daun teh, biji kopi atau biji coklat dan yang dapat dilihat

sehari-hari ialah pelarutan komponen-komponen kopi dengan menggunakan air panas dari biji

kopi yang telah dibakar atau digiling.

Pemakaian Proses Ekstraksi

Pertimbangan pemakaian proses ekstraksi sebagai proses pemisahan antara lain :

1. Komponen larutan sensitif terhadap pemanasan jika digunakan destilasi meskipun pada

kondisi vakum.

2. Titik didih komponen – komponen dalam campuran berdekatan.

3. Kemudahan menguap (volatility) komponen – komponen hampir sama.

Gambar 1. Ekstraksi Cair Cair Dalam Kolom Isian

Ekstraksi cair cair terjadi berdasarkan pindah massa akibat kontak antara larutan yang dialirkan

secara kontinyu (fasa kontinyu) dengan pelarut yang dialirkan secara terdispersi (fasa

terdispersi). Fasa kontinyu dialirkan dari bagian atas kolom isian yang kemudian mengalir turun.

Selama mengalir di sepanjang kolom, cairan mengisi celah-celah kosong dan membentuk lapisan

tipis pada permukaan bahan isian. Fasa terdispersi dialirkan dari bagian bawah kolom isian yang

selama mengalir di sepanjang kolom dimungkinkan mengalami proses proses berikut :

1. Melewati celah-celah kosong

2. Menembus bahan isian

3. Mengalami perpecahan menjadi gelembung dengan ukuran yang lebih kecil akibat

bertumbukan dengan bahan isian.

Pemilihan Pelarut

Pelarut hanya boleh melarutkan ekstrak yang diinginkan, bukan komponen-komponen

lain dari bahan ekstraksi. Dalam praktek,terutama pada ekstraksi bahan-bahan alami, sering juga

bahan lain (misalnya lemak, resin) ikut dibebaskan bersama-sama dengan ekstrak yang

diinginkan. Dalam hal itu larutan ekstrak tercemar yang diperoleh harus dibersihkan, yaitu

misalnya diekstraksi lagi dengan menggunakan pelarut kedua.

Pertimbangan – pertimbangan dalam dalam pemilihan pelarut yang digunakan adalah :

1. Selektifitas (faktor pemisahan = β).

B = fraksi massa solute dalam ekstrak/fraksi massa diluent dalam ekstraksi.

Fraksi massa solute dalam rafinat/fraksi massa diluent dalam rafinat pada keadaan

setimbang. Agar proses ekstraksi dapat berlangsung, harga β harus lebih besar dari satu.

Jika nilai β = 1 artinya kedua komponen tidak dapat dipisahkan.

Pelarut hanya boleh melarutkan ekstrak yang diinginkan, bukan komponen-komponen lain

dari bahan ekstraksi. Dalam praktek,terutama pada ekstraksi bahan-bahan alami, sering

juga bahan lain (misalnya lemak, resin) ikut dibebaskan bersama-sama dengan ekstrak

yang diinginkan. Dalam hal itu larutan ekstrak tercemar yang diperoleh harus dibersihkan,

yaitu misalnya diekstraksi lagi dengan menggunakan pelarut kedua.

2. Koefisien distribusi, yaitu :

Koefisien Distribusi

Pada percobaan ini menentukan koefisien distribusi untuk sistem tri khloro etilena – asam

propionate – air, dan menunjukan ketergantungannya terhadap konsentrasi. Pada campuran

ketiga zat ini dianggap bahwa fasa berada pada kesetimbangan. Pada konsentrasi rendah,

koefisien distribusi tergantung pada konsentrasi, sehingga

Y : konsentrasi solute dalam fasa ekstrak

X : konsentrasi solute dalam fasa rafinat

K : koefisien distribusi

Neraca Massa dan Koefisien Perpindahan Massa

Pada percobaan ini mendemonstrasikan bagaimana kelakuan nraca massa pada kolom

ekstraksi dan mengukur koefisien perpindahan massa dan variasinya terhadap laju alir dengan

fasa air sebagai media kontinu.

Simbol dan rumus – rumus yang digunakan dalam perhitungan ditunjukkan sebagai

berikut :

1. Neraca Massa

Asam propionate yang terekstraksi dari fasa organic (rafinat)

Asam propionate yang terekstraksi dalam fasa air (ekstrak)

Maka,

dimana,

Vw : laju alir air (L/s)

V0 : laju alir TCE (L/s)

X : konsentrasi asam propionate dalam fasa organic (kg/L)

Y : konsentrasi asam propiaonate dalam fasa air (kg/L)

Indeks 1 : pada puncak kolom

Indeks 2 : pada dasar kolom

2. Efisiensi Ekstraksi

dimana,

: gaya dorong pada puncak kolom = X2 - 0

: gaya dorong pada dasar kolom = X1 – X1*

X1* : konsentrasi asam di daam fasa organic yang berkesetimbangan dengan

konsentrasi

Y1 : di dalam fasa air. Harga kesetimbangan ini dapat diperoleh dari kurva

koefisien distribusi (pada percobaan 1)

Ekstraksi cair – cair ditentukan oleh distribusi Nerst atau hukum partisi yang menyatakan

bahwa “ pada konsentrasi dam tekanan yang konstan, analit akan terdistribusi dalam proporsi

yang selalu sama di antara dua pelarut yang saling tidak campur “. Perbandingan konsentraso

pada keadaan setimbang di dalam 2 fase disebut dengan koefisien distribusi atau koefisien partisi

(KD) dan di ekspresikan dengan :

[S]org dan [S]aq masing-masing merupakan konsentrasi analit dalan fase organic dan

dalam fase air; KD merupakan koefisien partisi.

Dalam prakteknya, analit seringkali berada dalam bentuk kimia yang berbeda karena

adanya disosiasi (ionisasi), protonasi, dan juga kompleksasi atau polimerisasi karena adanya

ekspreksi yang lebih berguna.

Adalah rasio distribusi atau rasio partisi (D) yang diekspresikan dengan :

(Cs)org dan (Cs)aq masing – masing merupakan kosentrasi total analit (dalam segala

bentuk) dalam fase organik dan dalam fase air; D merupakan rasio partisi. Jika tidak ada

interaksi antar analit yang terjadi dalam kedua fase maka nilai KD dan D adalah identik. Analit

yang mempunyai rasio distribusi besar (104 atau lebih) akan mudah terekstraksi ke dalam pelarut

organik meskipun proses kesetimbangan (yang berarti 100% solut terkestraksi atau tertahan)

tidak pernah terjadi.

Kebanyakan ekstraksi dilakukan dengan menggunakan corong pisah dalam waktu

beberapa menit. Akan tetapi untuk efektifitas ekstraksi analit dengan rasio dstribusi yang kecil (<

1) hanya dapat dicapai dengan mengenakan pelarut baru pada larutan sampel terus-menerus. Hal

ini dapat dilakukan dengan refluks menggunakan alat yang didesain secara khusus yaitu alat

ekstraktor secara terus-menerus.

Pelarut organik yang dipilih untuk ekstraksi pelarut harus mempunyai kelarutan yang

rendah dalam air (<10%), dapat menguap sehingga memudahkan menghilangkan pelarut organik

setelah dilakukan ekstraksi, dan mempunyai kemurnian yang tinggi untuk meminimalkan adanya

kontaminasi sampel.

III. Alat dan Bahan1. Labu Erlenmeyer

2. Alat Ekstraksi (Ekstraktor Packed Column)

3. Biuret

4. Larutan NaOH 0,1 N

5. TCE

6. Phenolpthalien

7. Asam Propionat

8. Air

9. Corong Pisah

10. Pipet Tetes

11. Gelas Ukur

IV. Skema KerjaIV.1 Ekstraksi Cair-Cari Batch (Menggunakan Corong Pisah)

4.2 Ekstraksi Kontinyu

Kalibrasi Pompa Stroke

TCE (diluen)

Air (solven)

Asam Asetat volume variasi

Lapisan Atas(ekstrak)

Lapisan Bawah(ekstrak)

Air kran

Operasi Ekstraksi

15 liter air100 Liter

TCE10 mL Asam

Propionat

Tangki fasa organik

Tangki fasa air

Menjalankan pompa air dan mengisi kolom pada laju alir

tinggi. (valve rotameter dibuka penuh)

Setelah tinggi air mencapai puncak unggun packing, dikurangi laju alir

sampai 0,2 liter/menit.

Menjalankan pompa fasa organik pada laju

alir 0.2 liter/menit

Menjalankan proses selama 10 menit sampai kondisi steady.

Diambil sampel 15 ml pada dasar kolom dan atas kolom. (rafinat dan ekstrak)

Di titrasi dengan NaOH 0.1 M

Dan mengulangi percobaan dengan laju alir air /TCE yang lebih tinggi

V. Data Pengamatan1. Laju Alir

a. Laju Alir Umpan

Volume = 100 mL

Waktu yang dibutuhkan = 1. 22.22 detik

2. 21.84 detik

Laju Alir = 4,54 mL/s = 4,54 x10-3 L/s

b. Laju Alir Solvent

Laju Alir = 0,2 L/min = 3,33x10-3 L/s

2. Koefisien Distribusi

Kandungan Asam Asetat (ml)

Kebutuhan NaOH (ml) Konsentrasi

NaOH (M)

Volume Sampel

(ml)Rafinat Ekstrak

5 8.5 84 0,1 5

2 5 28.75

1 1.9 18.13

3. Proses Ekstraksi

Kebutuhan NaOH (ml) KonsentrasiNaOH (M)

Volume Sampel (ml)Umpan Rafinat Ekstrak

20.10 0.52 6.67 0,1 5

VI. Pengolahan Data6.1 Menentukan Koefisien Distribusi

a. Menghitung Konsentrasi Asam Asetat

Konsentrasi Asam Asetat pada Fasa Organik (X) / Rafinat

Volume Asam Asetat 5 mL

V1.N1 = V2.N2

5. N1 = 8.5 x 0,1

N1 =

Volume Asam Asetat 2 mL

V1.N1 = V2.N2

5. N1 = 5 x 0,1

N1 =

Volume Asam Asetat 1 mL

V1.N1 = V2.N2

5. N1 = 1.9 x 0,5

N1 =

Konsentrasi Asam Asetat pada Fasa Air (Y) / Ekstrak

Volume Asam Asetat 5 mL

V1.N1 = V2.N2

5. N1 = 84 x 0,1

N1 =

Volume Asam Asetat 2 mL

V1.N1 = V2.N2

5. N1 = 28.75 x 0,1

N1 =

Volume Asam Asetat 1 mL

V1.N1 = V2.N2

5. N1 = 18,13 x 0,1

N1 =

b. Menentukan Koefisien Distribusi berdasarkan Percobaan

Perhitungan koefisien distribusi pada kandungan asam asetat 5 ml

k = 9.80

Perhitungan koefisien distribusi pada kandungan asam asetat 2 ml

k = 5,75

Perhitungan koefisien distribusi pada kandungan asama asetat 1 ml

k = 9.55

c. Menentukan Koefisen Distribusi berdasarkan Grafik

Koefisien distribusi = Slope = 10.102

6.2 Proses Ekstraksi

a. Menghitung Konsentrasi Asam Propionat

Konsentrasi NaOH = 0,1 M (N2)

Volume titran NaOH = V2

Volume Sampel = 5 mL (V1)

Volume

asam

propionat

(mL)

Konsentrasi asam

propionat dalam air (Y)

Konsentrasi asam

propionat dalam TCE (X)

Koefisien distribusi

(K=Y/X)

5 1.68 M 0.17 M 9.80

2 0.575 M 0.1 M 5.75

1 0.363 M 0.038 M 9.55

Konsentrasi Asam Asetat pada Umpan

V1.N1 = V2.N2

5. N1 = 20,10 x 0,1

N1 =

Konsentrasi Asam Asetat pada Ekstrak

V1.N1 = V2.N2

5. N1 = 6.67 x 0.1

N1 =

Konsentrasi Asam Asetat pada Rafinat

V1.N1 = V2.N2

5. N1 = 0,52 x 0,1

N1 =

6.3 Neraca Massa

Diketahui :

Laju alir air (Vw) = 3,33x10-3 L/s

Laju alir TCE (Vo) = 4,54x10-3 L/s

Konsentrasi Asam Asetat pada Fasa Organik (X) :

Pada puncak kolom (Umpan) X1 = 0,402 M

Pada dasar kolom (Rafinat) X2 = 0,0104 M

Konsentrasi Asam Asetat pada Fasa Air / Ekstrak (Y) = 0,1334 M

Persamaan Neraca Massa :

Vo(X1 - X2) = Vw(Y1 - 0)

4,54x10-3 L/s (0,402 M – 0,0104 M) = 3,33x10-3 L/s (0,1334 M – 0)

1,778 x10-3mol/s = 4.442 x 10-4 mol/s

6.4 Menghitung Efisiensi Ekstraksi

Diketahui :

Laju perpindahan asam

X1 = 0,402 M

X2 = 0,0104 M

Laju perpindahan asam = X1 X2

= 0,402 M – 0,0104 M = 0,39 M

Volume packing = ¼ .π .d2 . T

= ¼ (3,14) (15,3)2 cm2(115) cm

= 21132,475 cm3

= 21,13 L

Gaya dorong rata-rata (G)

Log G =

Dimana :

= 0,0104 M

= K

= 1,348 M

= 0,402 – 1,348 = -0,946 M

Maka : Log G =

=

= -0,212

G = 0.6137

Maka :

Koefisien Perpindahan Massa =

=

= 3,008 x10-2

VII. Pembahasan

Praktikum kali ini yaitu percobaan ekstraksi cair – cair. Tujuan dari proses ini

adalah untuk memisahkan asam asetat dari TCE dengan menggunakan pelarut air. Dalam

praktikum kali ini dilakukan dua metode percobaan yaitu menggunakan metode

koefisien distribusi untuk menentukan kurva kalibrasi dan dengan metode ekstraksi

menggunakan alat destilasi batch untuk menentukan konsentrasi asam asetat pada rafinat

selama proses percobaan.

Percobaan pertama yang dilakukan adalah percobaan penentuan koefisien

distribusi. Bahan baku dari proses ini adalah TCE, asam asetat, dan air. Pada proses ini

dilakukan tiga kali percobaan dengan komposisi TCE dan air dibuat sama dan komposisi

asam asetat dibuat 3 variasi yaitu 5 ml, 2 ml, dan 1 ml. hal ini bertujuan agar dapat

membuat kurva kalibrasi dan mendapatkan nilai koefisien distribusi. Campuran ini

dimasukkan ke dalam corong pisah kemudian dikocok agar campuran tersebut homogen.

Lalu 2 lapisan yang terbentuk dititrasi menggunakan larutan NaOH 0,1 N untuk

mengetahui kadar asam asetat yang ada.

Dari hasil titrasi tersebut didapat bahwa semakin banyak kandungan asam asetat,

maka kebutuhan NaOH untuk menitrasinya pun semakin tinggi, yang menunjukan bahwa

kandungan konsentrasi asam pun semakin tinggi. Dari hasil tersebut dapat dilihat bahwa

koefisien distribusi yang diperoleh dari persamaan mengalami naik turun. Hal ini dapat

terjadi karena kebutuhan NaOH pada percobaan dengan asam asetat 5 ml terlalu tinggi

sehingga nilai koefisien distribusi menjadi tinggi. Menurut literatur, semakin kecil asam

asetat yang yang digunakan maka semakin besar nilai koefisien distribusi yang dihasilkan

asam asetat yang bersifat semipolar akan menyatu dengan air yang bersifat polar.

Penentuan koefisien distribusi juga dapat dilakukan dengan kurva kalibrasi dan dihasilkan

koefisien distribusi sebesar 10,102.

Percobaan kedua yaitu menggunakan metode ekstraksi dengan kolom. Hal

pertama yang dilakukan adalah melakukan pengukuran laju alir umpan dan laju alir

solvent. Dari pengukuran tersebut didapatkan laju alir umpan 4,54x10-3 L/s dan laju alir

solven 3,33x10-3 L/s. Lalu dilakukan pencampuran TCE dengan asam asetat sampai

homogen, campuran ini akan dijadikan umpan.

Aliran umpan tersebut dialirkan melalui tangki fasa organic. Aliran tersebut akan

bertemu dengan aliran air pada kolom ekstraksi yang didalamnya telah dilengkapi

package untuk meningkatkan intensitas kontak antara campuran TCE – asam asetat

dengan air sehingga proses ekstraksinya akan semakin optimal.

Proses pengontakan ini berlangsung sampai kondisi steady sekitar 10 menit agar

konsentrasi asam asetat yang diperoleh konstan. Dilakukan pengambilan sampel setiap 10

menit untuk diuji kadar konsentrasi asam asetat yang ada didalam rafinat maupun

ekstrak. Selain itu dilakukan juga pengujian konsentrasi asam asetat yang ada pada

umpan. Pengujian ini dilakukan dengan cara menitrasi 5 mL sampel tersebut menggunkan

NaOH 0,1 M.

Berdasarkan hasil pengujian dan pengolahan data, konsentrasi asam asetat pada

umpan adalah sebesar 0,402 M, ekstrak sebesar 0,1334 M, dan rafinat sebesar 0,0104M.

Menurut data tersebut, dapat kita lihat bahwa telah terjadi perpindahan asam asetat dari

larutan umpan ke larutan solvent. Perpindahan ini dapat terjadi karena ikatan air-asam

asetat lebih kuat karena ikatannya bersifat polar, sedangkan TCE bersifat non polar.

Perhitungan selanjutnya yang dilakukan dari percobaan ekstraksi dengan kolom

adalah perhitungan koefisien perpindahan massa. Koeffisien perpindahan massa yang

didapat adalah sebesar 3,008 x10-2

VIII. Kesimpulan1. Air dapat mengekstrak asam propionat dari TCE karena air dan asam propionat bersifat

polar, sedangkan TCE bersifat non polar sehingga ikatan air – asam propionat lebih

kuat daripada ikatan TCE – asam propionat – air.

2. Peningkatan konsentrasi asam propionat dalam sistem air – asam propoinat – TCE akan

menurunkan koefisien distribusi karena asam propionat yang bersifat semipolar akan

menyatu air yang bersifat polar dengan TCE yang bersifat non polar. Jadi, dengan

peningkatan jumlah asam propionat, nilai koefisien distribusi akan terus menurun

hingga nilainya menjadi satu (1), yaitu ketika TCE dan air telah saling melarutkan.

3. Harga koefisien distribusi pada percobaan ini adalah 9.80, 5.75, 9.55 untuk komposisi

asam sitrat 5 mL, 2 mL, 1 mL. Harga dari koefisien distribusi dipengaruhi zat terlarut

dalam ekstrak dan rafinat.

4. Konsentrasi asam propionate di ekstrak lebih besar di bandingkan pada rafinat hal ini

dibuktikan dari hasil titrasi dengan NaOH 0,1 N. Volume NaOH pada rafinat lebih

sedikit dibanding pada ekstrak.

5. Waktu yang diperlukan untuk mencapai steady state dan koefisien transfer massa (k)

dipengaruhi oleh laju alir (Q). Semakin besar laju alir (Q), maka semakin cepat waktu

kontak asam propionat dengan air. Sehingga semakin cepat waktu untuk mencapai

kondisi steady state dan koefisien transfer massa (k) semakin besar. Namun hal ini

akan membuat hasil ektraksi tidak bagus karena semakin cepat kontak akan semakin

sedikit asam propionate yang terikat pada air.

IX. Daftar PustakaBernasconi, G, H.Gester, H. Hauser, H. Stauble, dan E. Schneiter. 1995.

Teknogi Kimia. Bagian 2. Diterjemahkan oleh Dr. Ir. Lienda Handojo,M.Eng. Jakarta ; PT Pradnya Paramita

Geankoplis,C.J. 1993. Transport Processes And Unit Operation. Third Edition, pp 127-132. London : Prentice Hall International

X. Lampiran

Peralatan ekstraksi cair-cairPeralatan ekstraksi cair-cairKolom berpackingKolom berpacking

Kolom penampung rafinatKolom penampung rafinat Kolom penampung ekstrakKolom penampung ekstrak

Pengukur laju alirPengukur laju alir Bak penampung TCEBak penampung TCE

Asam propionate sebagai solut

Asam propionate sebagai solut

TCE (tri chloro etilen) sebagai diluen

TCE (tri chloro etilen) sebagai diluen

Hasil titrasi proses ekstraksi :

EkstrakRafinat

Hasil titrasi proses ekstraksi :

EkstrakRafinat

Proses menentukan koefisien distribusi

Proses menentukan koefisien distribusi

//