Proses destilasi adalah proses pemurnian alcohol. Alkohol memiliki titik didih 78C sementara air 100C. Karena itu apabila dipanaskan alcohol akan lebih dulu menguap daripada air. Pada hasil fermentasi yang mengandung alcohol 10 %, proses destilasi sederhana pada suhu 79-82 akan menghasilkan alcohol kadar 40-45 %. Alkohol 40% ini apabila di destilasi lagi akan menghasilkan kadar 60-70%. Jadi untuk menaikkan kadar alcohol sampai 95% keatas diperlukan destilasi berulang-ulang. Intinya adalah cairan yang mengandung alcohol apabila dipanaskan akan menghasilkan uap yang mengandung alcohol lebih kaya dari pada saat masih berbentuk cair yang diakibatkan perbedaan titik didih. Dengan prinsip ini, apabila kita bisa membuat cairan yang mengandung alcohol menguap, lalu mencair, lalu menguap lagi, dan lalu mencair lagi, demikian berulang-ulang dalam satu kali rangkaian proses dalam satu alat, maka sama saja alcohol yang dihasilkan telah mengalami rangkaian destilasi yang berulang. Ini artinya kita dapat merangkum beberapa kali proses destilasi dalam satu proses yang jauh lebih efisien dan menghasilkan alcohol yang lebih murni. Efek destilasi bertingkat itulah yang dihasilkan dari alat dibawah ini.
Spesifikasi Alat :
Evaporator/boiler : Drum Stainless 200 l
Kolom destilasi : Diameter 4 inch/10 cm dan tinggi 180-200 cm (termasuk reflux)
Kondensor : Diameter 5-6 inch dan tinggi 30-40 cm.
Reflux control : Tinggi 20-30 cm
KONDENSOR
Alat ini berfungsi untuk mendinginkan uap panas dari kolom destilasi sehingga berubah bentuk menjadi cair kembali. Dua pipa disamping kanan adalah jalan masuk dan keluar air. Sementara dua pipa diatas dan bawah adalah tempat keluar dan masuk uap dari kolom destilasi. Air harus selalu mengalir dengan debit tertentu tergantung kebutuhan. Di Indonesia para pembuat alcohol tradisional biasanya mendinginkan uapnya dengan melewatkan pipa uap ke dalam kolam pendingin, drum/tong, atau bahkan sungai. Dengan begitu tidak perlu mengatur aliran air seperti dalam gambar diatas.
Ketika membuat koil untuk kondensor harap diperhatikan agar setiap lingkaran bersusunan menurun secara sempurna dan tidak naik turun agar tidak terjadi efek ‘cegukan’ akibat aliran cairan mengendap di koil yang tersusun tidak sempurna/naik turun.
REFLUX COIL COLUMN
Reflux Coil Column
Reflux coil terletak di bagian paling atas dari kolom destilasi. Dua ujung koil yang keluar dari pipa adalah tempat keluar masuknya aliran air pendingin. Reflux coil berguna untuk menciptakan efek destilasi bertingkat di dalam kolom. Cara kerjanya adalah, uap panas alcohol dan air yang naik akan menyentuh reflux coil. Karena reflux coil lebih dingin (akibat aliran air) daripada uap alcohol-air maka uap akan terkondensasi atau menjadi cair lagi dan jatuh ke packing. Dalam perjalanan jatuhnya cairan tsb didalam kolom akan bertemu dengan uap panas dari bawah yang naik sehingga cairan menjadi panas kembali dan alcohol menguap dengan kandungan yang lebih kaya karena alcohol bertitik didih lebih rendah daripada air, sementara itu air akan terus turun sampai mendapatkan panas yang cukup untuk menguap lagi. Proses ini terjadi berulang ulang didalam kolom sampai akhirnya sebagian uap berhasil lolos menuju kondensor. Uap yang lolos ini sudah berkadar alcohol tinggi karena sudah beberapakali mengalami proses naik-turun atau destilasi berulang kali didalam kolom. Didalam kolom yang tanpa reflux coil, uap tidak akan terkondensasi dan akan langsung menuju kondensor tanpa mengalami proses destilasi berulang. Kebanyakan pembuat arak tradisional langsung menyalurkan uap dari boiler ke kondensor (kolam atau sungai) tanpa reflux dan packing sehingga hasilnya paling banter berkadar 50%. Tanpa reflux sangat sulit untuk mendapatkan kadar alcohol diatas 90 %.
Pengaturan aliran air pada koil reflux bisa membantu menstabilkan suhu pada kolom. Ini sangat berguna apabila anda menggunakan sumber pemanas/bahan bakar yang tidak stabil seperti kayu bakar.
PACKING
Packing adalah material yang berguna untuk memperluas permukaan didalam kolom. Cairan akan lebih mudah menguap apabila bersentuhan dengan suatu permukaan yang bersuhu berbeda. Demikian juga uap akan lebih mudah terkondensasi apabila bersentuhan dengan permukaan yang berbeda suhu. Karena itu sebagian besar ruang didalam kolom harus diisi dengan material yang bisa menyediakan permukaan yang lebih banyak untuk bersentuhan dengan uap. Material packing ini bisa berupa kerikil, pecahan keramik, kaca, besi, tembaga, atau apapun asal tidak berkarat dan bereaksi dengan alcohol. Almunium dan bahan plastic sebaiknya tidak digunakan. Perlu diingat agar packing jangan sampai terlalu padat sehingga menyumbat aliran uap. Material terbaik untuk packing adalah scrub stainless steel/tembaga dan rashcig/pall ring (biasanya digunakan industri). Sayangnya bahan tersebut sulit didapatkan di Indonesia . Packing juga menciptakan efek destilasi berulang.
Raschig ring
Packing harus disangga dengan plat berlubang-lubang (perforated plate) untuk menjaga agar tidak jatuh kedalam boiler.
TERMOMETER
Termometer ditempatkan tepat diatas reflux koil, tepat di dekat saluran uap keluar dari kolom menuju kondensor. Peletakan disitu dimaksudkan untuk memastikan bahwa suhu uap sebelum keluar menuju kondensor adalah 79-82 derajat C yang merupakan suhu paling ideal untuk menghasilkan kadar tertinggi. Anda harus mencoba beberapa kali sebelum dapat mengetahui dengan tepat pada suhu berapa (dikisaran 79-82) alat anda menghasilkan kadar tertinggi. Apabila suhu terlalu tinggi alcohol yang dihasilkan akan berkadar rendah, tapi bila suhu terlalu rendah alcohol tidak akan keluar.
Termometer yang digunakan sebaiknya thermometer digital dengan remote reading, agar pembacaan lebih akurat karena dengan tinggi kolom 2 m + boiler dan tungku, anda tidak perlu sering mendongak dan memicingkan mata seperti jika menggunakan thermometer biasa. Percayalah, thermometer akan menjadi teman setia anda terutama untuk menghasilkan ethanol murni.
KOLOM DESTILASI (distillation column)
Gambar diatas adalah bentuk kolom destilasi yang lengkap. Anda tidak perlu meniru bentuk diatas seutuhnya. Gunakan kreatifitas anda. Yang penting adalah cara kerja utamanya anda sudah paham sehingga anda bisa mendesign sendiri sesuai dengan kebutuhan dan layout tempat anda. Stripping reflux control tidak harus dibuat (optional). Penambahan alat ini akan meningkatkan konsumsi bahan bakar/pemanas secara signifikan. Anda bisa menambahkannya apabila alat anda tidak bisa menghasilkan kadar yang anda inginkan. Stripping section dan rectifier section harus diisi penuh dengan material packing dan dibawahnya disangga dengan plat yang berlubang-lubang. Jika anda tidak menggunakan bagian stripping reflux, maka kolom stripping dan rectifier bisa anda gabungkan tanpa sekat. Tidak usah bingung dengan istilah stripping dan rectifier, karena itu hanya istilah untuk menggambarkan proses yang terjadi pada setiap level ketinggian kolom. Kedua istilah itu lebih bermakna apabila kolom anda menggunakan teknik continuos/fractionating column dimana membutuhkan pemahaman yang lebih jauh tentang proses destilasi. Tinggi total kolom destilasi ini adalah 2 meter dengan diameter 4 inch atau 10 cm. Kolom reflux dan kondensor berukuran sekitar 30 cm. Untuk kondensor sebaiknya menggunakan diameter yang lebih besar daripada kolom destilasi, karena lumayan sulit untuk memasukkan koil ½ inch kedalam kondensor (kecuali anda punya teknik sendiri). Tidak perlu terlalu pusing memikirkan ukuran tinggi kolom destilasi yang pas. Pada dasarnya semakin tinggi semakin baik, tapi perlu diingat bahwa semakin tinggi kolom maka kebutuhan energi untuk ‘mengantarkan’ uap menuju kondensor juga semakin besar.
Koil untuk reflux sebaiknya dari pipa/tube tembaga (biasanya untuk AC) dengan diameter ¼ inch, sedangkan untuk pipa aliran uap menuju kondensor beserta koilnya minimal berdiameter ½ untuk mengantisipasi penyumbatan yang mungkin terjadi sehingga membahayakan.. Hydrometer sump pada gambar diatas hanyalah alat tambahan yang fungsinya adalah untuk mengetahui kadar alcohol lebih dulu sebelum masuk ke storage. Jika kadar tidak sesuai dengan yang diinginkan maka valve pada hydrometer sump dibuka untuk menyalurkan output kembali kedalam boiler untuk di destilasi ulang.
BOILER
Untuk boiler/cooker bisa digunakan drum yang berbahan stainless steel dengan kapasitas 200 liter. Untuk boiler/cooker dengan ukuran lebih besar membutuhkan kolom destilasi dengan ukuran yang lebih besar pula. Boiler/cooker sebaiknya diisi tidak lebih dari 4/5 bagian untuk memberikan ruang bagi terbentuknya uap. Posisi drum sebaiknya tidur (bukan berdiri) pada tungku untuk memberikan permukaan yang lebih luas bagi terbentuknya uap. Pada saat perakitan sebaiknya didesign pula saluran untuk memasukkan mash (hasil fermentasi) dan saluran keluarannya. Ada baiknya menempatkan safety relief valve dan pressure gauge pada bagian atas boiler untuk keadaan darurat seperti kenaikan tekanan karena terjadi sumbatan (ada juga alat seperti ini yang otomatis membuang uap pada tekanan tertentu). Pemanas untuk boiler; gas, kayu bakar, batu bara, electrical heater element, harus menghasilkan panas yang stabil.
AZEOTROPE
Alkohol berkadar 96% dimana sekitar 4%-nya adalah air membentuk suatu kondisi/campuran yang disebut azeotrope. Pada tahap ini molekul alcohol dan air saling terikat dengan erat dan tidak bisa dipisahkan dengan destilasi biasa. Karena itu untuk meningkatkan dari kadar 96% menjadi 99,5% dibutuhkan bantuan zeolit/molecular sieve/karbon aktif. Bahan-bahan tersebut mempunyai molekul dengan rongga yang sangat kecil dan sangat banyak sehingga dapat menyerap molekul air yang lebih kecil daripada molekul alcohol. Cara kerjanya seperti saringan.
Apabila anda sudah memahami prinsip destilasi diatas, maka saya merekomendasikan agar anda mempelajari teknik continuos/fractionating column. Teknik ini mampu memproduksi alcohol murni dengan jauh lebih cepat, tapi memerlukan pemahaman yang lebih jauh mengenai proses destilasi.
Demikian rangkuman dari saya yang tentunya masih belum sempurna. Untuk itu apabila masih ada pertanyaan, saya akan berusaha menjawabnya semampu saya. Saya juga masih dalam taraf belajar, karena itu saya akan sangat senang apabila mendapat saran atau masukan dari anda. Terima Kasih.
Semoga berguna.
-) Masa, berlaku untuk semua negatif