DESTILASI (DISTILASI)

Sejarah Destilasi

Destilasi pertama kali ditemukan oleh kimiawan Yunani sekitar abad pertama masehi yang akhirnya perkembangannya dipicu terutama oleh tingginya permintaan akan spritus. Hypathia dari Alexandria dipercaya telah menemukan rangkaian alat untuk destilasi dan Zosimus dari Alexandria-lah yang telah berhasil menggambarkan secara akurat tentang proses destilasi pada sekitar abad ke-4 Bentuk modern destilasi pertama kali ditemukan oleh ahli-ahli kimia Islam pada masa kekhalifahan Abbasiah, terutama oleh Al-Razi pada pemisahan alkohol menjadi senyawa yang relatif murni melalui alat alembik, bahkan desain ini menjadi semacam inspirasi yang memungkinkan rancangan destilasi skala mikro, The Hickman Stillhead dapat terwujud. Tulisan oleh Jabir Ibnu Hayyan (721-815) yang lebih dikenal dengan Ibnu Jabir menyebutkan tentang uap anggur yang dapat terbakar, ia juga telah menemukan banyak peralatan dan proses kimia yang bahkan masih banyak dipakai sampai saat kini. Kemudian teknik penyulingan diuraikan dengan jelas oleh Al-Kindi (801-873) (Risyanti 2009).

Defenisi Destilasi

Destilasi merupakan salah satu jenis proses pemisahan. Destilasi didefinisikan sebagai suatu proses dimana campuran cairan atau uap dari dua atau lebih zat dipisahkan menjadi fraksi komponen murni yang diinginkan dengan aplikasi dan penghilangan panas. Selain itu, proses ekstraksi dapat mengakomodasi perubahan dalam tingkat aliran dan pelarut dapat digunakan kembali dan didaur ulang untuk dapat digunakan kembali. Destilasi menawarkan fleksibilitas yang lebih besar dalam hal kondisi operasi karena jenis, jumlah pelarut dan temperatur operasinya dapat divariasikan (Aizam bin Ibrahim 2006).

Pada distilasi, sebagian cairan diuapkan untuk menghasilkan zat dalam fase lain yaitu uap. Pemisahan komponen-komponen cairan bergantung pada tekanan uap relatif dari zat. Dalam distilasi juga, suhu yang berbeda pada setiap tahap mengubah keseimbangan fasa uap antar campuran biner biasanya. Keinginan untuk memperoleh keseimbangan baru antara dua fase pada temperatur setiap tahap merupakan hal paling penting dalam proses pemisahan. Hasil akhirnya adalah pemisahan dari dua cairan dengan suhu didih yang berbeda (Aizam bin Ibrahim 2006).

Di sisi lain, salah satu kelemahan proses ini adalah pelarut harus dipulihkan terlebih dahulu untuk dapat digunakan kembali (biasanya dengan distilasi) dan operasi gabungannya kadang lebih rumit dan malah lebih mahal dibanding distilasi biasa tanpa ekstraksi (McCabe et al. 2001).

Pembagian Destilasi

Destilasi berdasarkan prosesnya terbagi menjadi dua, yaitu destilasi kontinu dan destilasi batch. Berdasarkan basis tekanan operasinya terbagi menjadi tiga, yaitu destilasi atmosferis, destilasi vakum dan destilasi tekanan. Berdasarkan komponen penyusunnya terbagi menjadi dua, yaitu destilasi system biner dan destilasi sistem multi komponen. Berdasarkan system operasinya terbagi menjadi dua, yaitu single-stage distillation dan multi stage distillation (Kartika 2009).

Selain pembagian macam destilasi, dalam referensi lain menyebutkan macam-macam destilasi, yaitu :

1. Destilasi sederhana

2. Destilasi bertingkat ( fraksional )

3. Destilasi azeotrop

4. Destilasi vakum

5. Refluks/destruksi

6. Destilasi kering (Kartika 2009)

Aplikasi Destilasi dalam Kehidupan Sehari-hari

Salah satu penerapan terpenting dari metode destilasi adalah pemisahan minyak mentah menjadi bagian-bagian untuk penggunaan khusus seperti untuk transportasi, pembangkit listrik, pemanas, dan lainnya. Udara didestilasi menjadi komponen-komponen seperti oksigen untuk penggunaan medis dan helium untuk pengisi balon. Destilasi juga telah digunakan sejak lama untuk pemekatan alkohol dengan penerapan panas terhadap larutan hasil fermentasi untuk menghasilkan minuman suling (Darmadji 2002).

Destilasi sederhana

Destilasi sederhana atau destilasi biasa adalah teknik pemisahan kimia untuk memisahkan dua atau lebih komponen yang memiliki perbedaan titik didih yang jauh. Suatu campuran dapat dipisahkan dengan destilasi biasa ini untuk memperoleh senyawa murninya. Senyawa-senyawa yang terdapat dalam campuran akan menguap pada saat mencapai titik didih masing-masing. Destilasi sederhana digunakan untuk pemurnian senyawa yang biasanya telah diekstraksi. Misalnya ekstraksi padat-cair dan pada sintesis kloroform (Darmadji 2002).

      

Alat destilasi atau yang disebut destilator terdiri dari thermometer, labu didih, steel head, pemanas, kondensor, dan labu penampung destilat. Thermometer Biasanya digunakan untuk mengukur suhu uap zat cair yang didestilasi selama proses destilasi berlangsung. Seringnya termometer yang digunakan harus memenuhi syarat:

a)     Berskala suhu tinggi yang diatas titik didih zat cair yang akan didestilasi.

b)    Ditempatkan pada labu destilasi atau steel head dengan ujung atas reservoir HE sejajar dengan pipa penyalur uap ke kondensor. Labu didih berfungsi sebagai tempat suatu campuran zat cair yang akan didestilasi (Darmadji 2002).

Steel head berfungsi sebagai penyalur uap atau gas yang akan masuk ke alat pendingin (kondensor) dan biasanya labu destilasi dengan leher yang berfungsi sebagai steel head. Kondensor memiliki 2 celah, yaitu celah masuk dan celah keluar yang berfungsi untuk aliran uap hasil reaksi dan untuk aliran air keran. Pendingin yang digunakan biasanya adalah air yang dialirkan dari dasar pipa, tujuannya adalah agar bagian dari dalam pipa lebih lama mengalami kontak dengan air sehingga pendinginan lebih sempurna dan hasil yang diperoleh lebih sempurna. Penampung destilat bisa berupa erlenmeyer, labu, ataupun tabung reaksi tergantung pemakaiannya. Pemanasnya juga dapat menggunakan penangas, ataupun mantel listrik yang biasanya sudah terpasang pada destilator (Darmadji 2002).

Pemisahan senyawa dengan destilasi bergantung pada perbedaan tekanan uap senyawa dalam campuran. Tekanan uap campuran diukur sebagai kecenderungan molekul dalam permukaan cairan untuk berubah menjadi uap. Jika suhu dinaikkan, tekanan uap cairan akan naik sampai tekanan uap cairan sama dengan tekanan uap atmosfer. Pada keadaan itu cairan akan mendidih. Suhu pada saat tekanan uap cairan sama dengan tekanan uap atmosfer disebut titik didih. Cairan yang mempunyai tekanan uap yang lebih tinggi pada suhu kamar akan mempunyai titik didih lebih rendah daripada cairan yang tekanan uapnya rendah pada suhu kamar (Darmadji 2002).

Jika campuran berair didihkan, komposisi uap  di atas cairan tidak sama dengan komposisi pada cairan. Uap akan kaya dengan senyawa yang lebih volatile atau komponen dengan titik didih lebih rendah. Jika uap di atas cairan terkumpul dan dinginkan, uap akan terembunkan dan komposisinya sama dengan komposisi senyawa yang terdapat pada uap yaitu dengan senyawa yang mempunyai titik didih lebih rendah. Jika suhu relative tetap, maka destilat yang terkumpul akan mengandung senyawa murni dari salah satu komponen dalam campuran (Darmadji 2002).

Distilasi uap

Destilasi uap merupakan salah satu proses pemisahan yang digunakan teori ekstraksi padat-cair. Bahan cair akan digunakan untuk mengekstrak padatan. Ini berarti bahwa minyak esensial dapat dihilangkan dari bahan bakunya (Aizam bin Ibrahim 2006).

Ekstraktor untuk proses ini memiliki tiga bagian utama. Pertama, uap akan dipasok ke vessel. Uap akan dihubungkan dengan bahan baku dan minyak esensial dipaksa keluar dari bahan baku. Kedua, kondensor yang akan digunakan untuk mengubah campuran uap menjadi dua lapisan yang terpisah yaitu lapisan air dan minyak esensial. Kedua campuran ini dapat dipisahkan karena berbeda dalam hal kepadatan. Pada akhirnya, campuran air dan minyak esensial akan dikumpulkan kembali dalam vessel (Aizam bin Ibrahim 2006).

Distilasi uap yang paling sering digunakan untuk memproduksi berbagai jenis minyak esensial dari jahe. Proses ini lebih murah dibanding proses ekstraksi lainnya. Proses ini tidak menggunakan pelarut dan dapat lebih aman daripada proses lainnya (Ibrahim bin Aizan 2006).

Kolom Distilasi Uap Skala Laboratorium

Set up proses distilasi uap divisualisasikan seperti pada Gambar 1 (a). Kolom distilasi dengan 10 liter air memiliki packed bed yang berisi botani di bagian atas. Air dipanaskan oleh pemanas celup yang akan menghasilkan uap yang melewati bahan botani. Panas dari karung kecil uap pasukan tanaman minyak untuk melepaskan minyak esensial mereka diawetkan. Kemudian, uap bekerja sebagai media transportasi bagi esensi partikel untuk menguap dan terkondensasi. Akhirnya, hasil ini dalam bentuk lapisan minyak esensial dan hydrosol (campuran minyak diekstrak dan air) (Kasuan 2010).

Pada kolom distilasi, air dipertahankan pada tingkat safety. Ada baris air isi ulang yang diperbolehkan dalam aliran air yang menguap untuk mengkompensasi air dalam kolom (Rahiman 2008).

Pengolahan Minyak Bumi dengan Destilasi Bertingkat

Minyak mentah yang telah melalui proses desalting (proses penghilangan garam yang dilakukan dengan cara mencampurkan minyak mentah dengan air, tujuannya adalah untuk melarutkan zat-zat mineral yang larut dalam air) kemudian diolah lebih lanjut dengan proses distilasi bertingkat, yaitu cara pemisahan campuran berdasar perbedaan titik didih. Fraksi-fraksi yang diperoleh dari proses distilasi bertingkat ini adalah campuran hidrokarbon yang mendidih pada interval (range) suhu tertentu. Fasa uap dan cairan dijaga agar selalu kontak satu sama lain, sehingga pengembunan dan penyulingan berlangsung menyeluruh sepanjang kolom (PPIPTEK-KIK Kimia 2011).

SOKLETASI (Ekstraksi Soxhlet)

Sokletasi atau Ekstraksi Soxhlet adalah metode ekstraksi untuk bahan yang tahan pemanasan dengan cara meletakkan bahan yang akan diekstraksi dalam sebuah kantung ekstraksi (kertas saring) di dalam sebuah alat ekstraksi dari gelas yang bekerja kontinu (Voigt 1995).

Ekstraktor Soxhlet merupakan peralatan laboratorium yang ditemukan pada tahun 1879 oleh Franz von Soxhlet. Ekstraktor ini awalnya hanya dirancang untuk mengekstraksi lipid dari bahan padat. Namun, penggunaan ekstraktor Soxhlet tidak terbatas pada ekstraksi lipid. Biasanya, ekstraksi Soxhlet hanya diperlukan di mana senyawa yang diinginkan memiliki kelarutan terbatas dalam suatu pelarut, dan pengotornya tidak larut dalam pelarut. Jika senyawa yang diinginkan memiliki kelarutan yang signifikan dalam pelarut maka filtrasi sederhana dapat digunakan untuk memisahkan senyawa dari substansi larut.

Ekstraksi Soxhlet hanya diperlukan jika senyawa yang diinginkan memiliki kelarutan terbatas dalam suatu pelarut dan pengotor yang tidak larut dalam pelarut. Jika senyawa yang diinginkan memiliki kelarutan yang tinggi dalam pelarut maka filtrasi sederhana dapat digunakan untuk memisahkan senyawa dari substansi yang larut. Keuntungan dari sistem ini adalah bahwa bukan bagian yang banyak pelarut yang hangat melewati sampel, hanya satu batch pelarut didaur ulang. Metode ini tidak dapat digunakan untuk senyawa termolabil sebagai pemanasan berkepanjangan dapat menyebabkan degradasi senyawa (Nikhal 2010).

Prinsip dan Mekanisme

Teknik klasik untuk ekstraksi pelarut Nutraceuticals dari matriks tanaman didasarkan pada pilihan pelarut yang ditambah dengan penggunaan panas dan/atau agitasi. Teknik klasik yang ada digunakan untuk memperoleh Nutraceuticals dari tanaman meliputi: Soxhlet, hydrostillation dan maserasi dengan campuran alkohol-air atau lemak panas.

Soxhlet telah digunakan selama ini merupakan teknik standar dan acuan utama untuk mengevaluasi kinerja metode ekstraksi padat-cair (atau pencucian) lainnya. Ekstraksi Soxhlet merupakan teknik ekstraksi yang umum digunakan dan mapan, yang melampaui kinerja teknik ekstraksi konvensional lainnya kecuali di bidang aplikasi terbatas, ekstraksi senyawa termolabil (Luque de Castro 1998).

Masalah Praktis ekstraksi Soxhlet

a.  Pemilihan Pelarut

Pelarut ekstraksi yang cocok harus dipilih untuk mengekstraksi Nutraceuticals yang ditargetkan menggunakan metode ekstraksi Soxhlet. Pelarut yang berbeda akan menghasilkan ekstrak dan komposisi ekstrak yang berbeda (Zarnowski & Suzuki 2004). Pelarut yang paling banyak digunakan untuk mengekstrak minyak nabati dari sumber tanaman adalah heksana. Heksana memiliki rentang titik didih yang cukup sempit sekitar 63-69^oC dan merupakan pelarut minyak yang sangat baik dalam hal kelarutan minyak dan mudah dipulihkan (Mamidipally 2004).

Penggunaan pelarut alternatif seperti isopropanol, etanol, hidrokarbon, dan bahkan air, telah ditingkatkan karena masalah lingkungan, kesehatan dan keamanan. Namun, pelarut alternatif kurang dapat dipulihkan dengan baik karena afinitas molekul menurun antara pelarut dan zat terlarut. Biaya pelarut alternatif bisanya lebih tinggi. Co-solvent kadang-kadang ditambahkan untuk meningkatkan polaritas fase cair. Campuran pelarut seperti isopropanol dan heksana telah dilaporkan dapat meningkatkan hasil dan kinetika ekstraksi (Li 2004).

b.  Karakteristik Matriks

Ekstraksi Soxhlet sangat bergantung pada karakteristik matriks dan ukuran partikel sebagai difusi internal yang dapat menjadi langkah yang membatasi selama ekstraksi. Untuk ekstraksi total lemak dari biji berminyak, ekstraksi 2-jam diperoleh efisiensi ekstraksi 99% jika ukuran partikelnya 0,4 mm, sedangkan ekstraksi 12-jam yang diperlukan untuk memperoleh efisiensi yang sama jika ukuran partikel adalah 2,0 mm (Luque-Garcia 2004).

c.  Kondisi Operasi

Selama ekstraksi Soxhlet, pelarut biasanya dipulihkan dengan cara diuapkan. Suhu ekstraksi dan evaporasi memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kualitas produk akhir. Mamidipally (2004) menemukan bahwa minyak dedak padi yang diekstraksi dengan d-limonene sedikit lebih gelap dibandingkan jika diekstrak dengan heksana, mungkin karena temperatur ekstraksi dan penguapan yang lebih tinggi selama ekstraksi ketika digunakan pelarut d-limonene. Suhu didih tinggi untuk pemulihan pelarut dapat dikurangi dengan menggunakan vakum atau membran pemisahan untuk memulihkan pelarut.

Ekstraksi Soxhlet (EPA Metode 354⁰C)

Ahli kimia analitik telah menggunakan ekstraksi Soxhlet selama lebih dari 100 tahun. Metode ini merupakan pendekatan klasik untuk mengekstraksi sampel padat untuk spektrum senyawa organik dan non-semivolatile. Ia bekerja dengan cara yang analog dengan terus menerus ekstraksi cair-cair, kecuali sampel padat bukan cair. Sampel, diletakkan dalam sebuah bidal selulosa berpori, terus menerus diekstraksi dengan pelarut alikuot segar suling dan kental. Jadi, ekstraksi dilakukan pada suhu di bawah titik didih pelarut itu. Dalam prakteknya, metode ini sangat sederhana. Teknik ini memakan waktu tetapi bisa otomatis, dan memiliki biaya akuisisi rendah. Biasanya, langkah ekstraksi membutuhkan 16-24 jam pada 4-6 siklus/h (Arment 1999).

Ekstraksi Soxhlet Otomatis (EPAMethod 3541)

Teknik ini merupakan versi otomatis dari pendekatan klasik untuk pengembangan Soxhlet sampel padat, dengan dua modifikasi. Pendekatan ini awalnya menenggelamkan bidal yang berisi sampel secara langsung ke dalam pelarut yang mendidih. Kemudian, bidal tersebut akan dipindahkan di atas pelarut untuk meniru langkah rinse-ekstraksi ekstraksi Soxhlet. Akhirnya, tahap konsentrasi menggunakan peralatan otomatis yang modern mengurangi volume akhir menjadi 1-2 mL. Tiga tahap pendekatan ini memperpendek langkah ekstraksi selama 2 jam, karena memberikan kontak langsung antara sampel dan pelarut pada titik didih pelarut itu. Hal ini juga mengurangi konsumsi pelarut (Arment 1999).

Keuntungan dan Kerugian Ekstraksi Soxhlet

Keuntungan ekstraksi Soxhlet konvensional meliputi (1) perpindahan keseimbangan transfer dengan berulang kali membawa pelarut segar kontak langsung dengan matriks padat (2) mempertahankan suhu ekstraksi yang relatif tinggi dengan panas dari termos distilasi, dan (3) tidak ada persyaratan filtrasi setelah pelepasan. Juga, metode Soxhlet sangat sederhana dan murah (Luque de Castro 1998). 

Kelemahan utama dari ekstraksi Soxhlet konvensional meliputi (1) waktu ekstraksi yang panjang; (2) menggunakan pelarut dalam jumlah banyak, (3) agitasi tidak dapat disediakan dalam perangkat Soxhlet untuk mempercepat proses; (4) besar jumlah pelarut yang digunakan membutuhkan prosedur penguapan/konsentrasi, dan (5) kemungkinan dekomposisi termal senyawa target tidak dapat diabaikan sebagai ekstraksi biasanya terjadi pada titik didih pelarut untuk waktu yang lama. Ekstraksi yang memakan waktu lama dan penggunaan pelarut dalam jumlah besar merupakan kelemahan metode ekstraksi Soxhlet konvensional (Luque de Castro 1998).