PROSES ETANOLISIS SLUDGE PALM OIL (SPO) DALAM SISTEM PELARUT CHOLINE CHLORIDE (ChCl) : GLISEROL PADA PRODUKSI BIODIESEL
SKRIPSI
Oleh
DEBBIE ADITIA RAMADHANI 120405030
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2016
Universitas Sumatera Utara
PROSES ETANOLISIS SLUDGE PALM OIL (SPO) DALAM SISTEM PELARUT CHOLINE CHLORIDE (ChCl) : GLISEROL PADA PRODUKSI BIODIESEL
SKRIPSI
Oleh
DEBBIE ADITIA RAMADHANI 120405030
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2016
Universitas Sumatera Utara
VISI PSTK USU Menjadi Program Studi Teknik Kimia Terkemuka di Indonesia yang Unggul dalam Bidang Teknologi Proses dan Riset Berbasis Potensi Lokal dan Menghasilkan Lulusan yang Mampu Bersaing dalam Tataran Dunia Global
MISI PSTK USU 1. Menyelenggarakan Pendidikan Tinggi Teknik Kimia Berdasarkan Kurikulum Berbasis Kompetensi sehingga Menghasilkan Lulusan yang Mampu Beradaptasi dan Bersaing dalam Tataran Dunia Global. 2. Mengembangkan Riset dan Beudaya Meneliti yang Berorientasi kepada Masalah-Masalah Teknologi Proses dan Pengolahan Sumber Daya Alam Terutama Potensi Lokal Secara Berkelanjutan bagi Kesejahteraan Masyarakat. 3. Memberikan Pelayanan untuk Pemecahan Permasalahan Nyata di Masyarakat. 4. Memperkuat dan Memperluas Jejaring Nasional dan Internasional untuk Meningkatkan Aktivitas Riset. 5. Membangun Atmosfir Akademis yang Kondusif untuk Pengembangan Kepribadian dan Wawasan Technopreneurship.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk : Orang tua tercinta Ibu Mariati Lubis dan Bapak Pariadi Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan dan mendidikku dengan penuh kasih sayang. Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do’a yang tiada hentinya kalian berikan kepadaku selama ini.
v Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Debbie Aditia Ramadhani NIM : 120405030 Tempat, tanggal lahir : Medan, 7 Maret 1994 Nama orang tua : Pariadi dan Mariati Lubis Alamat orang tua : Jl. Jemadi Komplek Pondok Jemadi Indah No. 20, P. Brayan, Medan Asal Sekolah: SD Yayasan Perguruan Sutomo 2 tahun 2000-2006 SMP Yayasan Perguruan Sutomo 2 tahun 2006-2009 SMA Yayasan Perguruan Sutomo 2 tahun 2009-2012 Pengalaman Kerja dan Organisasi: 1. Anggota Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) USU periode 2014-2015 2. Anggota Bidang PAL Covalent Study Group (CSG) USU periode 2014-2015 Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai: 1. Penerima Beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) periode 2014-2015
vi Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Biodiesel yang dibuat dari bahan baku sludge palm oil (SPO) pada umumnya dilakukan dalam dua tahap reaksi, yaitu esterifikasi yang kemudian dilanjutkan dengan transesterifikasi. Hal ini dikarenakan kadar free fatty acid (FFA) SPO yang relatif tinggi. Namun dengan adanya penambahan deep eutectic solvent (DES) dalam proses transesterifikasi memungkinkan untuk dihasilkannya biodiesel dari bahan baku tersebut hanya dalam satu tahap. Penambahan DES ini dapat memberikan keuntungan dari segi waktu, yield, dan kemurnian terhadap hasil reaksi dari proses transesterifikasi secara satu tahap tersebut. Pada penelitian ini, DES dibuat dari campuran choline chloride (ChCl) dan gliserol dengan rasio molar 1:2. Yield biodiesel tertinggi yang diperoleh adalah 83,19% dengan kemurnian 99,55% dengan rasio molar etanol : minyak 9:1, jumlah DES 4%, katalis 1%, temperatur reaksi 70 °C, dan kecepatan pengadukan 400 rpm. DES sebagai cosolvent dalam proses transesterifikasi satu tahap ini terbukti dapat mengurangi reaksi samping seperti reaksi saponifikasi dan mengurangi tegangan permukaan antara etanol dengan minyak sehingga meningkatkan transfer massa antara etanol dengan minyak. Hal ini dapat memudahkan pemisahan dan pencucian, serta mampu meningkatkan yield dan kemurnian biodiesel. Kata kunci : Biodiesel, Deep Eutectic Solvent, Choline Chloride, Sludge Palm Oil, Cosolvent
vii Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT Biodiesel produced from sludge palm oil (SPO) generally synthesized in two step reaction, esterification and continued by transesterification because of free fatty acid (FFA) content of SPO is relatively high. However in the presence of choline chloride (ChCl) : glycerol based deep eutectic solvent (DES) in transesterification may produce biodiesel from SPO in just one step. Addition of ChCl : glycerol based DES gives advantages in time reaction, yield, and purity of the biodiesel produced by one step transesterification. In this study, DES is produced by the mixture of ChCl and glycerol at molar ratio 1 : 2. Highest biodiesel yield obtained is 83,19% with 99,55% of ester content and ethanol : oil ratio 9 : 1, concentration of DES 4%, catalyst amount 1%, temperature of reaction at 70 oC and stirring speed 400 rpm. DES as cosolvent in one step transesterification process can reduce side reaction (saponification), decrease the surface tension between ethanol and oil and increase the mass transfer so simplifying purification process and highest yield can be obtained. Keyword : Biodiesel, Deep Eutectic Solvent, Choline Chloride, Sludge Palm Oil, Cosolvent
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN SKRIPSI
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
v
RIWAYAT HIDUP PENULIS
vi
ABSTRAK
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR GAMBAR
xii
DAFTAR TABEL
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xv
DAFTAR SINGKATAN
xvi
DAFTAR SIMBOL BAB I
BAB II
xviii
PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 RUMUSAN MASALAH
3
1.3 TUJUAN PENELITIAN
3
1.4 MANFAAT PENELITIAN
3
1.5 RUANG LINGKUP
3
TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1 SLUDGE PALM OIL (SPO)
6
2.2 BIODIESEL
7
2.3 ESTERIFIKASI
13
2.4 TRANSESTERIFIKASI
14
2.5 DEEP EUTECTIC SOLVENT (DES)
15
2.6 PEMBUATAN DEEP EUTECTIC SOLVENT (DES)
16
2.6.1
Choline Chloride (ChCl)
17
2.7 APLIKASI DEEP EUTECTIC SOLVENT (DES) DAN SLUDGE PALM OIL (SPO) DALAM BIDANG BIODIESEL 18
ix Universitas Sumatera Utara
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
20
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
20
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
20
3.2.1
Bahan Penelitian
20
3.2.2
Peralatan Penelitian
20
3.3 RANCANGAN PERCOBAAN 3.3.1
21
Pembuatan Deep Eutectic Solvent (DES) Berbasis ChCl : Gliserol
21
3.3.2
Reaksi Esterifikasi
21
3.3.3
Reaksi Transesterifikasi Dua Tahap
21
3.3.4
Reaksi Transesterifikasi Satu Tahap
22
3.4 PROSEDUR PENELITIAN 3.4.1
22
Proses Pembuatan Deep Eutectic Solvent (DES) Berbasis CHCL : Gliserol
22
3.4.2
Persiapan Bahan Baku
23
3.4.3
Tahap Esterifikasi
23
3.4.4
Tahap Transesterifikasi
24
3.5 SKETSA PERCOBAAN 3.5.1
25
Sketsa Percobaan Proses Pembuatan Deep Eutectic Solvent (DES) Berbasis CHCL : Gliserol
3.5.2 3.5.3
25
Sketsa Percobaan Proses Pembuatan Biodiesel
26
PROSEDUR ANALISIS
27
3.5.3.1 Analisa Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku SPO
27
3.5.3.2 Analisa Komposisi Bahan Baku SPO Dan Biodiesel Yang Dihasilkan Menggunakan GCMS
27
3.5.3.3 Analisa Viskositas Biodiesel Yang Dihasilkan Dengan Metode Tes ASTM D 445 27 3.5.3.4 Analisis Densitas Biodiesel Dengan Metode Tes OECD 109
28
x Universitas Sumatera Utara
3.6 FLOWCHART PENELITIAN
29
3.6.1 Flowchart Proses Pembuatan Deep Eutectic
BAB IV
Solvent (DES) Berbasis CHCL : Gliserol
29
3.6.2 Flowchart Tahap Persiapan Bahan Baku
29
3.6.3 Flowchart Tahap Esterifikasi
30
3.6.4 Flowchart Tahap Transesterifikasi
32
HASIL DAN PEMBAHASAN
34
4.1 BAHAN BAKU SPO
34
4.1.1
Komposisi Bahan Baku Sludge Palm Oil (SPO)
34
4.1.2
Kadar Air Dan Ffa Sludge Palm Oil (SPO)
35
4.2 PENGARUH DES BERBASIS ChCl : GLISEROL PADA PEMBUATAN BIODIESEL DARI SPO
36
4.2.1
Proses Pembuatan Biodiesel Secara Satu Tahap
38
4.2.2
Pengaruh Jumlah DES Berbasis CHCL : Gliserol Terhadap Yield
40
4.3 PENGARUH DES BERBASIS CHCL : GLISEROL TERHADAP PROSES PEMURNIAN BIODIESEL
41
4.4 PENGARUH DES BERBASIS CHCL : GLISEROL TERHADAP PROSES PENCUCIAN BIODIESEL BAB V
43
4.5 KARAKTERISTIK BIODIESEL
46
KESIMPULAN DAN SARAN
47
5.1 KESIMPULAN
47
5.2 SARAN
48
DAFTAR PUSTAKA
49
xi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Reaksi Transesterifikasi
Gambar 2.2
Struktur Choline Chloride
14
(Hydroxyethyltrimethylammonium Chloride) Gambar;3.1
Rangkaian Peralatan Pembuatan Deep Eutectic Solvent (DES) dari Choline Chloride dan Gliserol
Gambar/3.2
17 25
Rangkaian Peralatan Pembuatan Biodiesel dari SPO Secara Transesterifikasi Menggunakan Katalis NaOH dan Deep Eutectic Solvent (DES) Berbasis ChCl : Gliserol Sebagai Cosolvent
26
Gambar/3.3
Flowchart Proses Pembuatan Deep Eutectic Solvent (DES)
29
Gambar 3.4
Flowchart Tahap Persiapan Bahan Baku
29
Gambar 3.5
Flowchart Tahap Esterifikasi
30
Gambar 3.6
Flowchart Tahap Transesterifikasi
32
Gambar 4.1
Kadar FFA SPO Sebelum dan Sesudah Esterifikasi
36
Gambar/4.2
Hasil Reaksi Transesterifikasi
39
Gambar 4.3
Pengaruh Jumlah DES Berbasis ChCl : Gliserol Terhadap Yield Biodiesel
Gambar 4.4
`40
Pengaruh DES Berbasis ChCl : Gliserol Terhadap Proses Pemurnian Biodiesel
41
Gambar 4.5
Proses Pemisahan Fasa Etil Ester – Gliserol
42
Gambar/4.6//
Proses Pencucian Pertama Biodiesel Tanpa DES dan Dengan DES
Gambar/4.7
43
Proses Pencucian Ke-4 Biodiesel Tanpa DES Dan Dengan DES
Gambar 4.8
44
Pengaruh DES Berbasis ChCl : Gliserol pada Proses Transesterifikasi terhadap Jumlah Air Pencuci pada
Gambar L4.1
Pemurnian Biodiesel
45
Foto Proses Pembuatan DES
62
xii Universitas Sumatera Utara
Gambar L4.2
Foto Rangkaian Peralatan Pembuatan Biodiesel
62
Gambar L4.3
Foto Rangkaian Peralatan Pembuatan Biodiesel
63
Gambar L4.4
Foto Proses Esterifikasi
63
Gambar L4.5 Proses Pemisahan Hasil Reaksi Esterifikasi
64
Gambar L4.6 Pengeringan Hasil Esterifikasi
64
Gambar L4.7 Proses Transesterifikasi
65
Gambar L4.8 Proses Pemisahan Hasil Reaksi Transesterifikasi
65
Gambar L4.9 Proses Pencucian Hasil Reaksi Transesterifikasi
66
Gambar L4.10 DES Yang Dihasilkan
66
Gambar L4.11 Biodiesel Yang Dihasilkan
67
Gambar L4.13 Analisa Viskositas
67
Gambar L4.14 Analisa Densitas
67
Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC/MS FFA SPO
68
Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GCMS Biodiesel Satu Tahap DES 4%
69
xiii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Karakteristik SPO..................................................................................6 Tabel 2.2 Komposisi FFA pada SPO ....................................................................6 Tabel 2.3 Standar Biodiesel dari Berbagai Negara ...............................................9 Tabel 2.4 Standar Biodiesel Eropa (European Biodiesel Standard) .................. 10 Tabel 2.5 Standar Biodiesel Amerika Serikat (Biodiesel Standard Astm D6751).......................................................11 Tabel 2.6 Standar Biodiesel Indonesia (Standar Nasional Indonesia (SNI)) ..... 12 Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Tahap Esterifikasi ...........................................21 Tabel 3.2 Rancangan Percobaan Transesterifikasi Dua Tahap .......................... 22 Tabel 3.3 Rancangan Percobaan Transesterifikasi Satu Tahap...........................22 Tabel 4.1 Komposisi FFA Sludge Palm Oil (SPO).............................................34 Tabel 4.2 Kadar Air dan FFA SPO .....................................................................35 Tabel 4.3 Karakteristik Biodiesel ........................................................................46 Tabel L1.1 Komposisi FFA SPO...........................................................................55 Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida SPO ...............................................................55 Tabel L1.3 Kadar FFA SPO ..................................................................................56 Tabel L2.1 Hasil Analisis Densitas Biodiesel Suhu 40oc ......................................57 Tabel L2.2 Hasil Analisis Viskositas Biodiesel ....................................................57 Tabel L.2.3 Hasil Yield Etil Ester ..........................................................................57
xiv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Data Bahan Baku
55
L1.1 Komposisi FFA Bahan Baku SPO Hasil GC/MS
55
L1.2 Komposisi Trigliserida Bahan Baku SPO
55
L1.3 Kadar Free Fatty Acid (FFA) SPO
56
Lampiran 2 Data Penelitian
57
L2.1 Data Densitas Biodiesel
57
L2.2 Data Viskositas Kinematik Biodiesel
57
L2.2 Data Yield Etil Ester
57
Lampiran 3 Contoh Perhitungan
58
L3.1 Perhitungan Kadar FFA SPO
58
L3.1.1 Perhitungan Kadar FFA Sebelum Esterifikasi
58
L3.1.2 Perhitungan Kadar FFA Setelah Esterifikasi
58
L3.2 Perhitungan Kebutuhan Etanol ..........................................59 L3.2.1 Perhitungan Kebutuhan Etanol Pada Reaksi Esterifikasi
59
L3.2.2 Perhitungan Kebutihan Etanol Pada Reaksi Transesterifikasi
59
L3.3 Perhitungan Densitas Biodiesel
60
L3.4 Perhitungan Viskositas Biodiesel
60
L3.5 Perhitungan Yield Biodiesel
61
Lampiran 4 Dokumentasi
62
Lampiran 5 Hasil Uji Laboratorium L5.1 Hasil Analisis FFA SPO
68
L5.2 Contoh Hasil Analisis Biodiesel
69
xv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
ACPO
Acidic Crude Palm Oil
ANP
Agencia Nacional de Petroleo
AOCS
American Oil Chemists Society
ASTM
American Standard Testing and Material
CFPP
Cold Filter Plugging Point
ChCl
Choline Chloride
DES
Deep Eutectic Solvent
DU
Degree of Unsaturated
EN
European Norms
FAAE
Fatty Acid Alkyl Ester
FAEE
Fatty Acid Ethyl Ester
FAME
Fatty Acid Methyl Ester
FFA
Free Fatty Acid
GCMS
Gas Chromatography Mass Spectrometry
GCFID
Gas Chromatography Flame Ionization Detector
HBD
Hydrogen Bond Donor
ILs
Ionic Liquids
IS
Indian Standard
ISO
International Organization for Standardisation
JASO
Japanese Automobile Standards Organization
KOH
Kalium Hidroksida
LCSF
Long Chain Saturated Factor
MTBP
Methyltriphenylphosphoniumbromide
NaOH
Natrium Hidroksida xvi Universitas Sumatera Utara
OECD
Organization for Economic Co-operation and Development
PSTK
Program Studi Teknik Kimia
pTSA
Paratoluenesulfonic Acid
POME
Palm Oil Mill Effluent
SNI
Standar Nasional Indonesia
SPO
Sludge Palm Oil
TFMSA
Trifluoromethanesulfonic Acid
USA
United State of America
USU
Universitas Sumatera Utara
xvii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL Simbol
Keterangan
Dimensi
BM
Berat Molekul
gr/mol
M
Berat Molekul
gr/mol
N
Normalitas
N
V
Volume
ml
ρ
Densitas
kg/m3
sg
Spesific Gravity
-
μ
Viskositas
cSt
xviii Universitas Sumatera Utara
