Laporan Rotary Evaporator

PENDAHULUAN

A.      LATAR BELAKANG

Ekstraksi adalah suatu proses pemisahan dari bahan padat maupun cair dari campurannya dengan bantuan pelarut. Pelarut yang digunakan harus dapat mengekstrak substansi yang diinginkan tanpa melarutkan material lainnya. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju ekstraksi adalah: tipe persiapan sampel, waktu ekstraksi, kuantitas pelarut, suhu pelarut dan tipe pelarut. Secara umum, tujuan ekstraksi adalah :

1.    Senyawa kimia sesuai dengan kebutuhan

2.    Bahan diperiksa untuk menemukan kelompok senyawa kimia tertentu, misalnya alkaloid, flavanoid atau saponin

3.    Organisme yang digunakan dalam pengobatan tradisional, dan biasanya dibuat dengan cara dididihkan dalam air

4.    Sifat senyawa yang akan diisolasi dalam menguji organisme untuk mengetahui adanya senyawa dengan aktivitas biologi khusus (Rachman, 2009).

Proses pengekstraksian komponen kimia dalam sel tanaman yaitu pelarut organik akan menembus dinding sel dan masuk ke dalam rongga sel yang mengandung zat aktif, zat aktif akan larut dalam pelarut organik di luar sel, maka larutan terpekat akan berdifusi keluar sel dan proses ini akan berulang terus sampai terjadi keseimbangan antara konsentrasi cairan zat aktif di dalam dan di luar sel. Prinsip maserasi adalah penyarian zat aktif yang dilakukan dengan cara merendam serbuk simplisia dalam cairan penyari yang sesuai selama tiga hari pada temperatur kamar terlindung dari cahaya, cairan penyari akan masuk ke dalam sel melewati dinding sel. Isi sel akan larut karena adanya perbedaan konsentrasi antara larutan di dalam sel dengan di luar sel. Larutan yang konsentrasinya tinggi akan terdesak keluar dan diganti oleh cairan penyari dengan konsentrasi rendah (proses difusi). Peristiwa tersebut berulang sampai terjadi keseimbangan konsentrasi antara larutan di luar sel dan di dalam sel. Selama proses maserasi dilakukan pengadukan dan penggantian cairan penyari setiap hari. Endapan yang diperoleh dipisahkan dan filtratnya dipekatkan (Rachman, 2009)

Penguapan atau evaporasi adalah proses perubahan molekul di dalam keadaan cair (contohnya air) dengan spontan menjadi gas (contohnya uap air). Proses ini adalah kebalikan dari kondensasi. Umumnya penguapan dapat dilihat dari lenyapnya cairan secara berangsur-angsur ketika terpapar pada gas dengan volume signifikan.

Rata-rata molekul tidak memiliki energi yang cukup untuk lepas dari cairan. Bila tidak cairan akan berubah menjadi uap dengan cepat. Ketika molekul-molekul saling bertumbukan mereka saling bertukar energi dalam berbagai derajat, tergantung bagaimana mereka bertumbukan. Terkadang transfer energi ini begitu berat sebelah, sehingga salah satu molekul mendapatkan energi yang cukup buat menembus titik didih cairan. Bila ini terjadi di dekat permukaan cairan molekul tersebut dapat terbang ke dalam gas dan "menguap".

Evaporasi atau penguapan juga dapat didefinisikan sebagai perpindahan kalor ke dalam zat cair mendidih.

Berikut adalah faktor-faktor yang mempercepat proses evaporasi:

1.    Suhu; walaupun cairan bisa evaporasi di bawah suhu titik didihnya, namun prosesnya akan cepat terjadi ketika suhu di sekeliling lebih tinggi. Hal ini terjadi karena evaporasi menyerap kalor laten dari sekelilingnya. Dengan demikian, semakin hangat suhu sekeliling semakin banyak jumlah kalor yang terserap untuk mempercepat evaporasi.

2.    Kelembapan udara; jika kelembapan udara kurang, berarti udara sekitar kering. Semakin kering udara (sedikitnya kandungan uap air di dalam udara) semakin cepat evaporasi terjadi. Contohnya, tetesan air yang berada di kepingan gelas di ruang terbuka lebih cepat terevaporasi lebih cepat daripada tetesan air di dalam botol gelas. Hal ini menjelaskan mengapa pakaian lebih cepat kering di daerah kelembapan udaranya rendah.

3.    Tekanan; semakin besar tekanan yang dialami semakin lambat evaporasi terjadi. Pada tetesan air yang berada di gelas botol yang udaranya telah dikosongkan (tekanan udara berkurang), maka akan cepat terevaporasi.

4.    Gerakan udara; pakaian akan lebih cepat kering ketika berada di ruang yang sirkulasi udara atau angin lancar karena membantu pergerakan molekul air. Hal ini sama saja dengan mengurangi kelembapan udara.

5.    Sifat cairan; cairan dengan titik didih yang rendah terevaporasi lebih cepat daripada cairan yang titik didihnya besar. Contoh, raksa dengan titik didih 357°C lebih susah terevapporasi daripada eter yang titik didihnya 35°C (Anonim, 2010).

Vakum Rotary Evaporator adalah sebuah alat di laboratorium kimia yang digunakan untuk menghilangkan kandungan cairan (liquid yang berada dalam sebuah solvent dengan cara evaporasi (penguapan). Rotary evaporator pertama kali ditemukan oleh Lyman C. Craig. Pada tahun 1957 perusahaan asal Swiss yaitu Buchi baru mengkomersilkannya. Komponen-komponen yang terdapat di dalam vakum rotary evaporator antara lain, sebuah sebuah motor penggerakan untuk memutar botol yang berisi sampel, pipa uap air hasil dari penguapan sampel, sebuah sistem vakum yang berguna untuk menurunkan tekanan yang terjadi dalam sistem evaporator, sebuah pemanas yang berisi cairan, dan kondensor untuk mendinginkan hasil evaporasi supaya mencapai suhu yang standar (Anonim, 2011).

B.   TUJUAN

Adapun tujuan dilakukannya percobaan ini adalah untuk mengenal dan mengetahui bagian dan fungsi alat-alat evaporator.

BAB II

PEMBAHASAN

A.  DEFINISI EVAPORATOR

Evaporator adalah sebuah alat yang berfungsi mengubah sebagian atau keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan dari bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar, untuk menukar panas dan untuk memisahkan uap yang terbentuk dari cairan. Evaporator umumnya terdiri dari tiga bagian, yaitu penukar panas, bagian evaporasi (tempat di mana cairan mendidih lalu menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari cairan lalu dimasukkan ke dalam kondenser (untuk diembunkan/kondensasi) atau ke peralatan lainnya. Hasil dari evaporator (produk yang diinginkan) biasanya dapat berupa padatan atau larutan berkonsentrasi. Larutan yang sudah dievaporasi bisa saja terdiri dari beberapa komponen volatil (mudah menguap). Evaporator biasanya digunakan dalam industri kimia dan industri makanan. Pada industri kimia, contohnya garam diperoleh dari air asin jenuh (merupakan contoh dari proses pemurnian) dalam evaporator. Evaporator mengubah air menjadi uap, menyisakan residu mineral di dalam evaporator. Uap dikondensasikan menjadi air yang sudah dihilangkan garamnya. Pada sistem pendinginan, efek pendinginan diperoleh dari penyerapan panas oleh cairan pendingin yang menguap dengan cepat (penguapan membutuhkan energi panas). Evaporator juga digunakan untuk memproduksi air minum, memisahkannya dari air laut atau zat kontaminasi lain (Wikipedia, 2013).

Rotary vakum evaporator adalah instrumen yang menggunakan prinsip destilasi (pemisahan). Prinsip utama dalam instrumen ini terletak pada penurunan tekanan pada labu alas bulat dan pemutaran labu alas bulat hingga berguna agar pelarut dapat menguap lebih cepat dibawah titik didihnya. Instrumen ini lebih disukai, karena hasil yang diperoleh sangatlah akurat. Bila dibandingkan dengan teknik pemisahan lainnya, misalnya menggunakan teknik pemisahan biasa yang menggunakan metode penguapan menggunakan oven. Maka bisa dikatakan bahwa instrumen ini akan jauh lebih unggul. Karena pada instrumen ini memiliki suatu teknik yang berbeda dengan teknik pemisahan yang lainnya. Dan teknik yang digunakan dalam rotary vakum evaporator ini bukan hanya terletak pada pemanasannya tapi dengan menurunkan tekanan pada labu alas bulat dan memutar labu alas bulat dengan kecepatan tertentu. Karena teknik itulah, sehingga suatu pelarut akan menguap dan senyawa yang larut dalam pelarut tersebut tidak ikut menguap namun mengendap. Dan dengan pemanasan dibawah titik didih pelarut, sehingga senyawa yang terkandung dalam pelarut tidak rusak oleh suhu tinggi.

B.  SEJARAH EVAPORATOR

Walter BUCHI mengambil gagasan C.C. Draig dan ME Volk bersama-sama dengan industri kimia Basel dan mengembangkan pembuatan rotavapor yang pertama kali. Instrumen paten pertama dijual tahun 1957 di Basel dan diperkenalkan ke publik internasional untuk pertama kalinya di ACHEMA di Frankfurt pada tahun 1958. Itu adalah sukses besar! 
Rotavapor® Model 1957 menampilkan operasi motor induksi bebas percikan api dan kondensor kaca yang kuat dengan koil pendingin . Untuk pertama kalinya memungkinkan untuk dapat mengatur kecepatan putaran motor terus menerus antara 0-240 rpm dengan potensiometer yang telah diatur. Kondensor itu diletakkan pada unit pengendali dengan menggunakan sambungan standar. Setelah varian pertama tahun 1957 memungkinkan sebuah pemasukan terus menerus dari cairan selama distilasi dengan tabung pengumpan dan cock. Sebuah pompa air jet digunakan sebagai sumber vakum dan wadah air, dimana flask bisa berputar dan sebagian terbenam untuk dipanaskan. Selama lebih dari 20 tahun Rotavapor ® Model 1957 ini populer di laboratorium yang tak terhitung jumlahnya. Pada ACHEMA tahun 1961 berbagai perusahaan telah memamerkan rotary evaporator  yang jelas menyalin model BUCHI tetapi tidak pernah bisa mengatasinya. Baca lebih lanjut tentang kemajuan dan keberhasilan Rotavapor BUCHI ® dalam artikel berikutnya pada halaman ini. 

Selama tahun tujuh puluhan ketika televisi tidak mewah lagi di Swiss, jumlah penonton mencapai lebih dari satu juta rumah tangga dan Amerika Serikat menghadapi penemuan floppy disk, BUCHI sekali lagi menggemparkan dunia internasional dengan trendsetter alat laboratorium . Instrumen penguapan dalam desain baru yang terintegrasi dengan wadah air dan minyak  yang menawarkan kejutan yang menyenangkan. Tidak ada yang ditinggalkan: Sebuah kondensor diagonal disajikan untuk distilasi standar pada ketinggian langit-langit yang terbatas, kondensor reflow yang hemat tempat diberikan untuk pelarut berbusa dan kondensor es kering memungkinkan penguapan dari pelarut dengan titik didih rendah. 
Meskipun instrumen tetap sangat compact, keamanan operasional meningkat dengan platform yang lebih besar. Motto di tahun 1971 adalah untuk mendukung berbagai variasi dan peningkatan keselamatan. Jadi, hampir semua kebutuhan pelanggan dan setiap bidang aplikasi bisa terpenuhi. Keberhasilan adalah bila tidak gagal untuk tampil, Rotavapor-R menjadi trendseter laboratorium pada tahun tujuh puluhan. 

C. JENIS-JENIS EVAPORATOR

Evaporator dibagi menjadi beberapa jenis, yaitu:

• Steam heated evaporator adalah evaporator dengan pemanasan stem dimana uap atau uap lain yang dapat dikondensasi adalah sumber panas dimana uap terkondensasi di satu sisi dari permukaan pemanas dan panas ditranmisi lewat dinding ke cairan yang mendidih.
• Submerged combustion evaporator adalah evaporator yang dipanaskan oleh api yang menyala di bawah permukaan cairan, dimana gas yang panas bergelembung melewati cairan.
• Direct fired evaporator adalah evaporator dengan pengapian langsung dimana api dan pembakaran gas dipisahkan dari cairan mendidih lewat dinding besi atau permukaan untuk memanaskan.

D.   PERTIMBANGAN PEMILIHAN EVAPORATOR

1.  Kontak panas harus tetap menjaga produk yang harus diuapkan

2.  Ukuran disesuaikan dengan kapsitas produksinya    

3.  Pemeriksaan permukaan cukup mudah dengan membukan rak evaporator

4.  Ekonomis dibuat bertingkat atau rekompressi termal/mekanis

5.  Mudah dioperasikan, suara tidak gaduh

6.  Mudah pembersihan dan perawatannya

7.  Bahan pembuatannya cukup baik

E.   KAPASITAS EVAPORATOR

Untuk evaporator jenis tabung dengan pemanasan uap, maka performa evaporator diukur berdasarkan atas kapasitas evaporator tersebut. Kapasitas didefinisikan sebagai banyaknya pon air yang diuapkan per jam. Agar dapat memindahkan energi panas sesuai dengan keinginan, maka permukaan perpindahan panas evaporator harus mempunyai kapasitas perpindahan panas yang cukup, agar semua refrigeran yang akan diuapkan di dalam evaporator dapat berlangsung dengan optimal dan menghasilkan pendinginan yang maksimum pula. Pemindahan panas yang berlangsung di evaporator daoat terjadi dalam du cara yaitu konveksi dan konduksi. Besarnya kapasitas perpindahan panas pada evaporator tergantung pada lima variabel, yaitu luas area permukaan, beda suhu, faktor konduktivitas panas, ketebalan material yang digunakan, serta waktu.

Contohnya evaporator vakum. Evaporator jenis ini biasanya terbuat dari bahan stainles stell 312 dan 308.dengan kapasitas dari 20 liter sampai dengan 120 liter.

F.  KOMPONEN ALAT EVAPORATOR

      a.  Komponen evaporator

1.      Kondensor : serfungsi sebagai pendingin yang mempercepat proses perubahan fasa, dari fasa gas ke fasa cair.

2.      Waterbath : sebagai wadah air yang dipanaskan oleh hot plate untuk labu alas yang berisi “sampel”

3.      Refrigerator berfungsi sebagai pendingin air yang berjalan dari refrigerator kekondensor dan kembali lagi kerifrigerator.

4.      Pompa vakum berfungsi untuk menurunkan tekanan pada labu alas bulat sehingga pelarut menguap dibawah titik didihnya.

5.      Ujung rotor “sampel” : berfungsi sebagai tempat labu alas bulat sampel bergantung.

6.      Ujung rotor “penampung” : berfungsi sebagai tempat labu alas bulat penampung bergantung.

7.      Hot plate : berfungsi untuk mengatur suhu pada waterbath dengan temperatur yang diinginkan (tergantung titik didih dari pelarut).

8.      Lubang kondensor : berfungsi pintu keluar bagi air dari dalam kondensor.

9.      Lubang kondensor : berfungsi pintu masuk bagi air kedalam kondensor yang airnya disedot oleh pompa vakum.

10.  Labu alas bulat penampung : berfungsi sebagai wadah bagi penampung pelarut.

G.  FAKTOR - FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PROSES EVAPORATOR

1.  Konsentrasi dalam cairan

Untuk liquida msuk evaporator dalam keadaan encer, juga semakin pekat larutan, semakin tinggi pula titik didih larutan dan untuk ini harus diperhatikan adanya kenaikan titik didih (KTD).

2.  Kelarutan solute dalam larutan

a.  Dengan demikian pekatnya larutan, maka konsentrasi solute makin tinggi pula, sehingga btas hasil kali kelarutan dapat terlampaui yang akibatnya terbentuk Kristal solute. Jika dengan adanya hal ini, dalam evaporasi harus diperhatikan batas konsentrasi solute yang maksimal yang dapat dihasilkan oleh proses evaporasi.

b.  Pada umumnya, kelarutan suatu granul/solid makin besar dengan makin tingginya suhu, sehingga pada waktu “drainage” dalam keadaan dingin dapat terbentuk Kristal yang dalam hal ini dapat merusak evaporator. Jadi harus diperhatikan suhu drainage.

c.  Sensitifitas materi terhadap suhu dan lama pemanasan

Beberapa zat materi yang dipanskan dalam evaporasi tidak tahan terhadap suhu tinggi atau terhadap pemanasan yang terlalu alam. Misalnya bahan-bahan biologis seperti susu, jus, bahan-bahan farmasi dan sebagainya. Jadi untuk zat-zat semacam ini diperlukan suatu cara tertentu untuk mengurangi waktu pemanasan dan suhu operasi.

d.  Pembuataan buih dan percikan

Kadang-kadang beberapa zat, seperti larutan NaOH, “skim milk” dan beberapa asam lemak akan menimbulkan buih, busa yang cukup banyak selama penguapan disertai dengan percikan-percikan liquida yang tinggi. Buih/percikan ini dapat terbawa oleh uap yang keluar dari evaporator dan akibatnya terjadi kehilangan. Jadi harus diusahakan pencegahannya.

e.  Pembentukan kerak

Banyak larutan yang sifatnya mudah membentuk kerak/endapan. Dengan terbentuknya kerak ini akan mengurangi overall heat transfer coefficient, jadi diusahakan konsentrasi/teknikevaporator yang tepat karena biaya pembersihan kerak atau memakan waktu atau biaya.

H.  CARA PENYIMPANAN DAN PERAWATANNYA

1.      Cara Penyimpanan

Rotary evaporator biasanya disimpan di laboratorium instrumen. Sebaiknya rotary evaporator disimpan di meja atau tempat yang permanen untuk menghindari adanya guncangan yang dapat merusak alat. Selain itu, rotary evaporator lebih baik disimpan di tempat yang tidak terlalu panas atau tidak terlalu lembap.

2.  Cara Perawatan

Perawatan rotary evaporator terdapat bermacam-macam. Perawatan pada pendingin yaitu air yg digunakan air aquabides untuk mencegah kerusakan pendingin akibat terjadinya perkaratan pada bagian dalam alat. Aquabides tersebut juga harus diganti secara berkala, misalnya jika sering digunakan diganti setiap 2 minggu sekali. Perawatan pada alat gelas sama seperti peralatan gelas yang lain, yaitu disimpan dalam keadaan yang bersih dan kering disimpan di tempat yang memiliki temperatur ruangan. Penangas air dirawat dengan cara mengganti air secara berkala, misalnya jika sering digunakan dua kali dlam seminggu. Selain itu, ada baiknya setiap alat yang memiliki saklar tersendiri. Penangas air untuk saklar penangas air, pendingin untuk saklar pendingin, begitu juga seterusnya.

I.   KELEBIHAN DAN KEKURANGAN

Segalanya yang terdapat di dunia ini mempunyai kelebihan dan kekurangannya masing – masing. Begitu pula dengan alat – alat yang sering digunakan dalam perindustrian. Terdapat beberapa kelebihan serta kekurangan dari evaporator yang sering digunakan. Contohnya dalam evaporator tabung-horizontal sirkulasi alam, kelebihannya evaporator jenis ini terus beroperasi, relatif lebih murah, dan baik untuk cairan non-viskos yang mentransfer panas tinggi. Kekurangannya evaporator jenis ini tidak cocok untuk cairan viskos atau kental karena akan memperburuk sirkulasi cairan.

J. APLIKASI DARI EVAPORASI DALAM INDUSTRI

Evaporator merupakan salah satu alat yang biasa digunakan dalam industri – industri di berbagai sektor. Salah satu industri yang menggunakan evaporator dalam prosesnya adalah dalam industri gula. Dalam pembuatan gula putih, terjadi beberapa tahapan pengolahan, yaitu pemerahan nira, pemurnian, penguapan, kristalisasi, pemisahan kristal, dan pengeringan. Evaporator sendiri berguna dalam tahap penguapan.

Untuk menghilangkan kadar uap air yang terdapat di dalam nira dilakukanlah proses penguapan atau evaporasi. Di pabrik gula, penguapan dilakukan dengan menggunakan beberapa evaporator dengan sistem multiple effect yang disusun secara dapat ditukar agar dapat dibersihkan bergantian.

Digunakan evaporator efek-ganda agar proses evaporasi berjalan lebih efektif dan efisien. Evaporasi dimulai dengan memasukkan nira yang akan di evaporasi ke dalam evaporator pertama. Nira ini akan dievaporasi sehingga terbentuk nira yang lebih pekat, serta uap dan kondensat. Uap hasil penguapan tadi digunakan lagi dalam evaporator kedua, dan umpan yang dimasukkan adalah nira yang lebih pekat tadi. Dan berlanjut terus untuk evaporator ketiga dan seterusnya, hingga didapat nira kental yang berwarna gelap dengan kepekatan kurang lebih 60 brik. Sedangkan uap yang dihasilkan dibuang ke kondensor sentral dengan perantara pompa vakum.Gambar dibawah merupakan salah satu evaporator dalam pembuatan nira, tetapi dalam pembuatannya digunakan beberapa evaporator jenis ini yang disusun sedemikian rupa hingga bekerja dengan baik.

Proses evaporasi telah dikenal sejak dahulu, yaitu untuk membuat garam dengan cara menguapkan air dengan bantuan energi matahari dan angin. Kegunaan utama dari evaporator adalah menguapkan air pada larutan sehingga larutan memiliki konsentrasi tertentu.

Pada industri makanan dan minuman, agar memiliki mutu yang sama pada jangka waktu yang lama, dibutuhkan evaporasi. Misalnya untuk pengawetan adalah pembuatan susu kental manis.

BAB III

PENUTUP

A.      KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang diperoleh dari percobaan ini yaitu sebagai berikut:

1.    Prinsip kerja rotary evaporator

Prinsip kerja dari rotary evaporator yaitu  menggunakan prinsip vakum destilasi, sehingga tekanan akan menurun dan pelarut akan menguap dibawah titik didihnya.

2.    Bagian-bagian dari alat rotary evaporator

a)    Water bath, berfungsi sebagai tempat/wadah air yang dipanaskan oleh hot plate untuk labu alas bulat yang berisi sampel

b)   Hot plate, berfungsi untuk mengatur suhu pada water bath dengan temperature yang diinginkan

c)    Labu alas bulat tempat pelarut yang menguap dan labu alas bulat tempat sampel dan pelarut yang akan diuapkan.

d)   Kondensor, berfungsi sebagai pendingin dan mempercepat proses pengembunan.

e)    Ujung rotor sampel, berfungsi sebagai tempat labu alas bulat sampel bergantung.

f)    Ujung rotor penampung, berfungsi sebagai tempat labu alas bulat penampung bergantung

g)   Pompa vakum, berfungsi untuk mempercepat proses penguapan

h)   Refri genitor, berfungsi sebagai tempat siklus air dari refri genitor ke kondensor dan kembali lagi ke refri genitor.

i)     Lubang kondensor, berfungsi sebagai pintu masuk dan pintu keluar ke dalam kondensor yang airnya disedot oleh pompa vakum.