KINETIKA TRANSESTERIFIKASI MINYAK KELAPA SAWIT MENJADI BIODIESEL MENGGUNAKAN REAKTOR SIRKULASI
ATTIKA
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
ABSTRAK ATTIKA. Kinetika Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Menjadi Biodiesel Menggunakan Reaktor Sirkulasi. Dibimbing oleh ARMI WULANAWATI dan RIZAL ALAMSYAH. Kinetika transesterifikasi dengan reaktor sirkulasi dikaji dalam penelitian ini. Penelitian ini dilakukan dengan mereaksikan minyak kelapa sawit dan metanol dengan nisbah 1:6 pada suhu 50, 60, dan 70 °C menggunakan katalis KOH dengan konsentrasi 1% dari bobot minyak. Kinetika transesterifikasi diamati dengan mengukur jumlah gliserol terikat di dalam metil ester. Penurunan jumlah gliserol terikat per satuan waktu merupakan refleksi banyaknya trigliserida yang terkonversi menjadi metil ester. Hasil penelitian menunjukkan bahwa reaktor sirkulasi dapat menghasilkan biodiesel yang sesuai dengan standar mutu dalam waktu yang cepat. Kondisi optimum yang diperoleh adalah di suhu 60 oC pada menit ke-20 yang mengikuti kinetika orde pertama semu dengan konstanta laju reaksi sebesar 0,0068 menit-1, energi aktivasi sebesar (Ea) 0,0104 kJ mol-1, dan faktor praeksponensial (A) sebesar 0,2254 menit-1.
ABSTRACT ATTIKA. Kinetics Transesterification of Palm Oil To Biodiesel Using Circulation Reactor. Supervised by ARMI WULANAWATI and RIZAL ALAMSYAH. Kinetics of transesterification using circulation reactor is studied in this research. This research is committed by reacting palm oil and methanol with ratio 1:6 at temperature 50, 60, and 70 °C using KOH as catalyst with concentration 1% of oil weights. Kinetics of transesterification is observed by measuring amount of combined glycerol that is available in methyl esters. The reduction of combined glycerol amount per unit of time is reflection how much triglyceride is converted as methyl ester. The result showed that circulation reactor can produce suitable biodiesel with quality standard in fast time. Optimum condition is acquired at temperature 60 oC on 20th minute that followed pseudo first order reaction with constanta of reaction rate as big as 0,0068 minute -1, activation energy (Ea) as big as 0,0104 kJ mol -1 , and praeksponensial factor (A) as big as 0,2254 minute-1 .
KINETIKA TRANSESTERIFIKASI MINYAK KELAPA SAWIT MENJADI BIODIESEL MENGGUNAKAN REAKTOR SIRKULASI
ATTIKA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010
Judul Skripsi : Kinetika Transesterifikasi Minyak Kelapa Biodiesel Menggunakan Reaktor Sirkulasi Nama : Attika NIM : G44076028
Sawit
menjadi
Menyetujui: Pembimbing I,
Pembimbing II,
Armi Wulanawati, S.Si, M.Si NIP 19690725 200003 2 001
Ir. Rizal Alamsyah, M.Sc NIP 19590710 198503 1 002
Mengetahui: Ketua Departemen,
Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS NIP 19501227 197603 2 002
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari 2009 ini adalah biodiesel, dengan judul Kinetika Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit menjadi Biodiesel Menggunakan Reaktor Sirkulasi. Penelitian ini merupakan bagian dari penelitian S3 yang dilakukan oleh Ir. Rizal Alamsyah, M.Sc di jurusan Keteknikan Pertanian (TEP) Institut Pertanian Bogor. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Armi Wulanawati, S.Si, M.Si selaku pembimbing dari Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor (FMIPA IPB) dan Bapak Ir. Rizal Alamsyah, M.Sc selaku pembimbing dari Balai Besar Industri Agro (BBIA) yang banyak memberi pengarahan dan solusi dalam setiap permasalahan yang dihadapi penulis saat melakukan penelitian. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Agus Ginanjar dan seluruh staf Laboratorium Instrumen BBIA serta Bapak Mulhak dan seluruh staf Laboratorium Aneka Komoditi BBIA yang telah membantu selama penelitian berlangsung. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Bapak Drs. Ahmad Sjahriza, Drs. Muhamad Farid, dan Muhamad Lutfilah yang telah meluangkan waktu untuk berdiskusi serta Ade Wahyuni selaku rekan sepenelitian penulis. Semoga laporan hasil penelitian ini dapat bermanfaat.
Bogor, Januari 2010 Attika
RIWAYAT HIDUP Penulis bernama lengkap Attika, dilahirkan di Manggar pada tanggal 18 Agustus 1986 sebagai putri pertama dari pasangan Sumardi dan Rosita. Tahun 2004 penulis menyelesaikan pendidikan menengah atas di SMU Negeri 1 Manggar kemudian diterima berkuliah di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur reguler pada Program Studi Diploma 3 Analisis Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Tahun 2007 penulis mengikuti kegiatan praktik lapangan di Balai Penelitian Bioteknologi Perkebunan Indonesia dengan judul Analisis Unsur Hara dalam Daun Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq.). Penulis menyelesaikan pendidikan diploma pada tahun 2007 kemudian melanjutkan kuliah di IPB pada Program Studi Kimia Penyelenggaraan Khusus, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ......................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... vii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................. vii PENDAHULUAN ........................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Minyak Kelapa Sawit ............................................................................................. Proses Pembuatan Biodiesel .................................................................................. Reaktor Sirkulasi .................................................................................................... Kinetika Kimia ......................................................................................................
1 2 3 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ....................................................................................................... Uji Pendahuluan ..................................................................................................... Pembuatan Biodiesel .............................................................................................. Analisis Mutu Biodiesel .........................................................................................
4 4 4 5
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Uji Pendahuluan............................................................................................ Mutu Biodiesel .......................................................................................................
5 6
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ................................................................................................................ Saran.......................................................................................................................
8 8
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................
8
LAMPIRAN .................................................................................................................. 11
DAFTAR TABEL Halaman 1
Komposisi asam lemak minyak kelapa sawit .............................................................. 2
2
Hasil uji pendahuluan minyak kelapa sawit ............................................................. 5
3
Konstanta laju reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit .................................... 8
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Trigliserida minyak kelapa sawit.............................................................................. 1
2
Esterifikasi ............................................................................................................... 2
3
Transesterifikasi ....................................................................................................... 2
4
Transesterifikasi bertahap ........................................................................................ 2
5
Bagan reaktor sirkulasi ............................................................................................. 3
6
Kurva hubungan waktu (menit) dan massa jenis (kg/m3) pada suhu 50 °C (), 60 °C (), dan 70 °C (S) ....................................................................... 6
7
Kurva hubungan waktu (menit) dan viskositas (cSt) pada suhu 50 °C (), 60 °C (), dan 70 °C (S) ....................................................................... 6
8
Kurva hubungan waktu (menit) dan kadar gliserol total (%) pada suhu 50 °C (), 60 °C (), dan 70 °C (S) ....................................................................... 7
9
Kurva hubungan waktu (menit) dan kadar gliserol bebas (%) pada suhu 50 °C (), 60 °C (), 70 °C (S), dan standar SNI (×) ............................................ 7
10 Kurva hubungan waktu (menit) dan ln[gliserol terikat] pada suhu 50 °C (), 60 °C (), dan 70°C (S) ........................................................................ 8 11 Kurva hubungan 1/T (K-1) dan ln k .......................................................................... 8
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Standar mutu biodiesel Indonesia ........................................................................... 12
2
Diagram alir penelitian ............................................................................................. 13
3
Perhitungan jumlah reaktan pada transesterifikasi ................................................... 14
4
Hasil perhitungan uji pendahuluan minyak kelapa sawit ......................................... 17
5
Hasil perhitungan uji biodiesel ................................................................................. 18
PENDAHULUAN Kebutuhan akan ketersediaan bahan bakar solar sangat tinggi di Indonesia seiring dengan semakin bertambahnya jumlah mesin industri dan jumlah kendaraan bermesin diesel. Sementara itu, bahan baku dasar penghasil solar, yaitu minyak bumi, semakin berkurang jumlahnya. Diperkirakan cadangan minyak mentah di Indonesia hanya cukup untuk konsumsi selama 18 tahun mendatang (Prihandana & Hendroko 2008). Dengan semakin terbatasnya cadangan minyak bumi, maka perlu dicari alternatif sumber energi baru. Saat ini mulai dikembangkan penggunaan metil ester yang diperoleh dari minyak nabati (biodiesel) sebagai sumber energi alternatif. Minyak kelapa sawit adalah bahan baku biodiesel paling potensial di Indonesia karena ketersediaannya yang melimpah. Luas area dan produksi CPO pada pada tahun 2004 masing-masing sebesar 5,5 juta hektar dan 12 juta ton sehingga Indonesia menjadi produsen dan eksportir CPO terbesar kedua di dunia setelah Malaysia (Prihandana & Hendroko 2008). Minyak kelapa sawit sebagai bahan baku pembuatan biodiesel adalah sumber daya yang dapat diperbaharui sehingga tidak menimbulkan kekhawatiran akan habisnya bahan baku tersebut. Selain itu, proses pengolahan dan pemanfaatan biodiesel aman bagi manusia dan lingkungan karena CPO dapat terbiodegradasi (Arbianti et al. 2007). Minyak kelapa sawit tidak bisa digunakan secara langsung sebagai bahan bakar yang antara lain karena viskositasnya tinggi dan sulit menguap sehingga pembakaran tidak sempurna dan cenderung terbentuk deposit pada mesin. Transesterifikasi dapat memecah rantai trigliserida menjadi lebih pendek dengan alkohol ringan menggunakan katalis asam atau basa. Alkohol yang umum digunakan pada transesterifikasi adalah metanol karena harganya murah dan reaktivitasnya paling tinggi (Zandy et al. 2007). Transesterifikasi dengan katalis basa lebih cepat 4000 kali dibandingkan katalis asam dan juga tidak sekorosif katalis asam (Srivastava & Prasad 1999). Natrium dan kalium hidroksida merupakan katalis basa yang paling sering digunakan karena harganya murah (Pratama et al. 2009). Proses pembuatan biodiesel yang ada saat ini kurang optimum, karena waktu reaksi relatif lama, yaitu minimum 60 menit untuk transesterifikasi dengan skala laboratorium
pada suhu 60 oC (Hazkil 2008, Yubaidah 2007). Hal ini menyebabkan jumlah produksi biodiesel yang dihasilkan per satuan waktu atau laju reaksinya belum optimum. Reaktor sirkulasi digunakan pada penelitian ini dengan harapan dapat memproduksi biodiesel dalam waktu lebih cepat. Reaktor ini dirancang secara khusus agar interaksi antarmolekul lebih sering dengan adanya static mixer yang dilewati oleh campuran reaktan tersebut. Jadi pembentukan metil ester lebih cepat. Berdasarkan hal tersebut maka penelitian ini bertujuan menentukan kinetika transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel pada beragam suhu menggunakan reaktor sirkulasi.
TINJAUAN PUSTAKA Minyak Kelapa Sawit Minyak kelapa sawit merupakan minyak berwarna kuning jingga kemerah-merahan yang diperoleh dari proses pengempaan daging buah tanaman Elaeis guineensis Jacq. (BSN 1995). Terdapat 2 jenis minyak kelapa sawit, yaitu crude palm oil (CPO) yang didapat dari daging buah kelapa sawit dan crude palm kernel oil yang didapat dari inti biji (Hambali et al. 2008). Refined bleached deodorized palm oil (RBDPO), yaitu fraksi minyak sawit turunan CPO yang telah dimurnikan sehingga kandungan asam lemak bebasnya lebih rendah (Zandy et al. 2007). Minyak kelapa sawit seperti umumnya minyak nabati lain merupakan senyawa yang tersusun atas trigliserida dan nontrigliserida. Minyak kelapa sawit merupakan ester dari gliserol dengan 3 molekul asam lemak menurut reaksi pada Gambar 1. O CH2
CH2
OH
O
C
R1
O HC
OH
+ 3RCOOH
HC
O
C
+ 3H2O
R2 O
CH2
CH2
OH Gliserol
Asam lemak
O C Trigliserida
R3 Air
Gambar 1 Trigliserida minyak kelapa sawit. Kandungan asam lemak dalam minyak kelapa sawit sangat beragam. Tabel 1 menyajikan komposisi asam lemak dalam minyak kelapa sawit yang sangat menentukan sifat fisik dan kimia kelapa sawit (Hambali et al. 2008).
2 T Tabel 1
Koomposisi asam m lemak minyyak kelaapa sawit
Asam Lemak Asam laurat Asam miristat Asam palmitaat Asam palmitooleat Asam stearat Asam oleat Asam linoleatt
Jumlah (%) 0,1−1,0 0,9−1,5 41,8−46,8 0,1−0,3 4,2−5,1 37,3−40,8 9,1−11,0
S Sumber: Hui (19966)
Komponenn nontrigliserid da dalam minyyak kkelapa sawit terdapat dalam m jumlah keccil, y yaitu sekitar 1%, 1 seperti stterol, karotenooid, t tokoferol, tokootrienol, fosfattida, dan alkohhol a alifatik (Hambali et al. 2008)).
Proses Pembuatan Biodiesel Biodiesel didefinisikan d seebagai monoallkil eester dari asam m-asam lemak k rantai panjaang y yang terkanduung dalam min nyak nabati attau l lemak hewan ni untuk dig gunakan sebaggai b bahan bakar mesin m diesel (K Krawczyk 1996). P Pembuatan biodiesel dapat d melaalui t transesterifikas si trigliserida atau esterifikkasi a asam lemak beebas, bergantuung pada kualitas m minyak nabati yang digunakaan sebagai bahhan b baku. Esterifikasii biasa dilakukan unttuk m membuat biod diesel dari minyak m berkaddar a asam lemak bebas tinggii. Katalis yaang d digunakan padda reaksi esterrifikasi biasannya a adalah zat beerkarakter asaam kuat, sepeerti a asam sulfat, assam sulfonat organik atau ressin p penukar katio on asam kuaat (Soerawidjaaja 2 2006). Esterifikkasi dapat dilih hat pada Gambbar 2 2. RCOOH + Asam lemak
CH C 3OH Metanol M
RCOOCH3 + 3HH2O Alkil ester A Air
Gam mbar 2 Esteriffikasi. Transesteriifikasi lebih intensif unttuk ddikembangkann karena lebbih efisien dan d e ekonomis. Trransesterifikasii adalah reakksi y yang mengubah suatu esteer menjadi esster b baru melalui penukaran p posisi asam lem mak ( (Swern 1982)). Transesterifikasi bertujuuan m memecah dan menghilangkaan gliserida seerta m menurunkan titik t didih, tiitik tuang, tiitik n nyala, dan viskositas minyyak (Mittelbaach 2 2004). Transesterifikasi trig gliserida menjaadi e ester metil assam lemak daapat dilihat paada G Gambar 3.
Gambar 3 T Transesterifikaasi. Trransesterifikasi dipengaruhi oleh faktor internal dan eksternnal. Faktor inteernal adalah k, misalnya kondissi yang berasaal dari minyak kadar air, asam lemak bebas, dan zat ut/tak terlarut. Faktor eksterrnal adalah terlaru kondissi yang bukann berasal dari minyak, di antaraanya adalah w waktu reaksi, kecepatan pengaadukan, suhu, jumlah nisbbah molar metannol terhadap m minyak, serta jenis dan konsenntrasi katalis (IIsmail 2008). Taahapan transesterifikasi dap pat dilihat pada Gambar G 4. Reaksi antara metanol m dan trigliserida melalui pembentukan n berturutturut dan moonogliserida digliserida menghhasilkan ester metil asam leemak (Mao et al. 2004). 2
1. Trigliserida (TG) + CH3OH 2. Digliserrida (DG) + CH3OH 3. Monoglliserida (MG)+ CH3OH
Katalis Katalis Katalis
Digliserida (DDG) + R1COOCH3 Monogliseridaa (MG) + R2COOCH3 Gliserol (GL) + R3COOCH3
G Gambar 4 Transsesterifikasi beertahap. Trransesterifikasi membutuhk kan katalis dalam m reaksinya. Penambahaan katalis diperluukan untuk meenurunkan eneergi aktivasi sehing gga mempeercepat lajuu reaksi (Mitteelbach 2004). Produksi bioddiesel dapat berkattaliskan asam m, basa, attau enzim (Sigallingging 2008). Katalis asam yang biasa digunaakan adalah aasam sulfonat dan asam sulfat sedangkan katalis baasa dapat mengggunakan NaOH H, KOH, dann NaOCH3. Enzim m yang lazim ddigunakan sebaagai katalis adalah h lipase atau enzim pemeccah lemak. Kataliis basa lebih umum digun nakan pada reaksii transesterifikkasi karena meenghasilkan metil ester yang tingggi dan waktu yang y cepat. k itu padaa penelitian inii digunakan Oleh karena KOH sebagai kataliss. Teeknik pembuuatan biodieesel pada peneliitian ini hanya akan berguna jika j produk yang dihasilkan sessuai dengan syarat mutu biodieesel yang telahh ditetapkan dalam SNI 04-7182-2006 (Lam mpiran 1).
3 Keterangan: 1. kran sampel 2. tempat memasukkan reaktan 3. pipa sirkulasi 4. static mixer 5. motor listrik (pompa) 6. kondensor 7. sprayer distributor 8. reaktor (tangki utama) 9. pemanas 10. outlet produk 11. kaca duga 12. tangki pencucian 13. outlet pencucian
Reaktor Sirkulasi Biodiesel telah banyak diproduksi di berbagai negara dan juga telah terdapat beberapa jenis proses biodiesel seperti proses Lurgi (Jerman) dan Malaysian Palm Oil Board (MPOB). Di Indonesia pun terdapat beberapa reaktor yang dirancang untuk menghasilkan biodiesel, di antaranya reaktor biodiesel Institut Teknologi Bandung (ITB), reaktor tumpak, dan reaktor tumpak sirkulasi. Secara umum reaktor tersebut di atas memiliki kemiripan satu sama lain, yaitu reaktornya dilengkapi dengan pengaduk (agitator). Pada proses Lurgi, dan MPOB transesterifikasi dilakukan 2 tahap dalam 2 reaktor yang terpisah. Secara keseluruhan transesterifikasi dengan reaktor tersebut membutuhkan waktu lebih dari 30 menit. Reaktor biodiesel ITB memerlukan waktu 2 jam, masing-masing untuk transesterifikasi I dan II. Jadi, transesterifikasi total memerlukan waktu selama 4 jam (Zandy et al. 2007). Reaktor tumpak memerlukan waktu ±60 menit untuk menghasilkan konversi metil ester sebesar 12,53%, sedangkan pada reaktor tumpak sirkulasi produksi metil ester meningkat 0,42−1,42% lebih tinggi daripada reaktor tumpak (Utami et al. 2007, Arbianti et al. 2007). Reaktor yang digunakan pada penelitian ini merupakan hasil rancangan Alamsyah (2008). Reaktor yang berkapasitas 20 L ini bekerja dengan prinsip sirkulasi yang memungkinkan pencampuran tanpa pengadukan, hanya dari pengaruh aliran dan pengaruh panas. Bagan reaktor sirkulasi dapat dilihat pada Gambar 5.
Pencampuran secara mekanik pada reaktor sirkulasi diharapkan terjadi pada saluran yang dilengkapi static mixer (pengocok statis). Saat digunakan, mixer dalam keadaan diam dan pencampuran terjadi dari proses aliran yang berasal dari pompa yang mendorong campuran reaktan dari bawah ke atas secara terus menerus sehingga melewati mixer (Ismail 2008). Suhu pembuatan biodiesel diatur dengan kontrol panel. Hasil transesterifikasi kemudian ditampung dalam sebuah tangki penyimpanan.
Kinetika Kimia
6 1
7 2 8 3 4
11
9 5 12 10
Gambar 5 Bagan reaktor sirkulasi.
13
Kinetika kimia adalah studi tentang laju reaksi, perubahan konsentrasi reaktan, atau produk per satuan waktu (Dogra & Dogra 1990). Laju reaksi penting untuk diketahui karena mampu meramalkan kecepatan campuran reaksi mendekati keseimbangan. Faktor yang memengaruhi laju reaksi antara lain adalah sifat alami reaktan, konsentrasi reaktan, suhu, dan katalis. Hukum laju reaksi adalah persamaan yang menyatakan laju reaksi (v) sebagai fungsi dari konsentrasi semua spesies yang ada, termasuk produknya. Hukum laju reaksi bisa dituliskan sebagai berikut: v = k [A]x[B]y Hukum laju reaksi ditentukan secara eksperimen dan umumnya tidak dapat diduga dari persamaan reaksi. Koefisien k disebut konstanta laju yang bergantung pada suhu. Nilai x dan y merupakan orde reaksi. Orde dari suatu reaksi menggambarkan bentuk matematika yang dapat ditunjukkan oleh hasil percobaan (Dogra & Dogra 1990). Kebanyakan laju reaksi bertambah dengan naiknya suhu. Pengamatan empiris menemukan bahwa banyak reaksi mempunyai konstanta laju yang mentaati persamaan Arrhenius: k = Ae-Ea/RT
4 A disebut faktor praeksponensial dan Ea merupakan energi pengaktifan. Energi pengaktifan merupakan energi minimum yang harus dimiliki reaktan untuk membentuk produk. Sementara faktor praeksponensial ditafsirkan sebagai fraksi tumbukan yang mempunyai cukup energi untuk menghasilkan reaksi. Secara bersamaan keduanya disebut parameter Arrhenius reaksi (Atkins 1996).
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Bahan baku yang digunakan adalah minyak kelapa sawit yang berasal dari PT Royal Industries Karawang. Alat-alat yang digunakan adalah reaktor sirkulasi, penangas, neraca analitik, viskometer Ostwald, dan alat-alat kaca.
Uji Pendahuluan Kadar Asam Lemak Bebas (AOAC 1984). Minyak kelapa sawit ditimbang sebanyak 3 g di dalam labu Erlenmeyer, lalu ditambahkan 50 mL etanol 95% netral dan beberapa tetes indikator fenolftalein. Larutan dititrasi dengan NaOH 0,1 N sampai berwarna merah muda tetap (tidak berubah selama 15 detik). Kadar Air (SNI 01-2892-1992). Botol timbang yang berisi kertas saring berlipat dipanaskan pada oven dengan suhu 105 °C selama 1 jam, kemudian didinginkan dalam desikator selama ½ jam dan ditimbang serta dicatat bobotnya. Minyak kelapa sawit ditimbang sebanyak 5 g pada botol timbang yang sudah diperoleh bobot konstannya lalu dipanaskan dalam oven pada suhu 105 °C selama 1 jam. Setelah itu, didinginkan dalam desikator selama ½ jam dan ditimbang kembali. Proses pemanasan dan penimbangan diulang sampai diperoleh bobot tetap. Angka Penyabunan (AOCS Cd 3-25). Minyak kelapa sawit ditimbang sebanyak 5 g di dalam labu Erlenmeyer asah dan ditambahkan dengan 50 mL larutan KOH 0,5 N beralkohol. Labu Erlenmeyer dihubungkan dengan kondensor dan didihkan perlahan sampai semua contoh tersabunkan (±1 jam). Labu dilepas dari kondensor setelah cukup dingin, kemudian 1 mL indikator fenolftalein ditambahkan, lalu larutan dititrasi dengan HCl 0,5 N yang telah di standardisasi sampai warna merah jambu persis sirna. Volume
HCl yang dipakai dicatat. Dilakukan juga penetapan blangko. Massa Jenis (ASTM D1298). Piknometer 25 mL dibersihkan dan dikeringkan lalu ditimbang bobot kosongnya, kemudian diisi dengan akuades hingga penuh, ditutup, dan dilihat tidak terbentuk gelembung udara. Piknometer yang telah tertutup, direndam dalam wadah berisi air dengan suhu 25 °C dan dibiarkan pada suhu tetap selama 30 menit. Setelah itu ditimbang dan dikeringkan kembali untuk mengukur densitas minyak kelapa sawit dengan cara yang sama seperti perlakuan pada akuades. Viskositas Kinematik (ASTM 445). Viskometer Oswald dibilas dengan akuades dan dikeringkan dengan aseton di udara terbuka. Gelas piala yang berisi air diletakkan pada termostat yang diatur pada suhu 40 °C, kemudian viskometer dicelupkan ke dalam gelas piala tersebut dengan bantuan statif. Selanjutnya, akuades yang telah disetimbangkan suhunya dengan suhu termostat dimasukkan ke dalam viskometer. Waktu alir akuades diukur menggunakan stopwatch. Selanjutnya minyak kelapa sawit diukur viskositasnya dengan cara dan kondisi yang sama dengan pengukuran viskositas air.
Pembuatan Biodiesel Minyak kelapa sawit dimasukkan ke dalam reaktor sebanyak 11 L dan dipanaskan pada suhu tertentu (50, 60, dan 70 °C). KOH ditimbang sebanyak 98 g dan dilarutkan dalam 3,01 L metanol. Larutan ini kemudian dimasukkan ke dalam reaktor sedikit demi sedikit dan pompa mulai dinyalakan sehingga campuran melewati mixer. Biodiesel yang terbentuk diambil pada selang menit ke 1, 5, 10, 15, 20, 30, 60, dan 90 kemudian ditampung dalam sebuah botol kaca. Biodiesel yang sudah ditampung dibiarkan selama 24 jam sehingga terbentuk 2 lapisan. Biodiesel kemudian dimasukkan ke dalam corong pisah. Lapisan gliserol pada bagian bawah dibuang dan lapisan metil ester pada bagian atas dicuci dengan akuades bersuhu 80 °C. Akuades dan sisa gliserol pada bagian bawah dibuang. Pencucian dilakukan berulang kali hingga akuades buangan jernih. Metil ester kemudian dipanaskan pada suhu 110 °C hingga tidak terlihat gelembung dan disaring menggunakan kertas saring. Diagram alir penelitian secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 2.
5 Analisis Mutu Biodiesel Massa Jenis dan Viskositas. Prosedur penentuan sama dengan uji pendahuluan minyak kelapa sawit. Gliserol Bebas (AOCS Ca 14-56). Biodiesel ditimbang sebanyak 10 g ke dalam gelas piala, kemudian dilarutkan dengan 91 mL kloroform dalam labu takar 1 L. Akuades sebanyak 500 mL ditambahkan ke dalam labu takar, kemudian ditutup rapat dan dikocok kuat selama 1 menit. Larutan ditera dengan akuades dan didiamkan sampai terbentuk lapisan kloroform dan akuatik. Lapisan akuatik dipipet sebanyak 300 mL ke dalam labu Erlenmeyer yang berisi 2 mL larutan asam periodat, kemudian dikocok dan didiamkan selama 30 menit di ruang gelap. Kalium iodida sebanyak 2 mL ditambahkan ke dalam campuran dan biarkan selama 1 menit di ruang gelap. Larutan dititrasi dengan Na2S2O3 0,1 N sampai warna kuning hampir hilang, kemudian ditambahkan 1 mL pati ke dalam larutan dan titrasi diteruskan sampai warna biru sirna. Volume titran yang terpakai dicatat. Dilakukan juga penetapan blangko. Gliserol Total (AOCS Ca 14-56). Biodiesel sebanyak 10 g ditimbang ke dalam labu Erlenmeyer asah kemudian KOH 0,5 N beralkohol sebanyak 100 mL ditambahkan ke dalamnya. Labu disambungkan dengan kondensor dan larutan dididihkan perlahan selama 30 menit. Setelah itu kondensor dilepaskan dari labu Erlenmeyer, larutan dipindahkan ke dalam labu takar 1 L yang berisi 91 mL kloroform dan 25 mL asam asetat glasial secara kuantitatif dengan menggunakan 500 mL akuades sebagai pembilas. Labu takar ditutup rapat dan dikocok kuat selama 1 menit, kemudian ditera dengan akuades. Larutan didiamkan sampai terbentuk lapisan kloroform dan akuatik. Lapisan akuatik sebanyak 100 mL dipipet ke dalam labu Erlenmeyer yang berisi 6 mL larutan asam periodat, kemudian dikocok dan didiamkan selama 30 menit di ruang gelap. Kalium iodida sebanyak 3 mL ditambahkan ke dalam campuran dan biarkan selama 1 menit di ruang gelap. Larutan dititrasi dengan Na2S2O3 0,1 N sampai warna kuning hampir hilang. Pati sebanyak 1 mL ditambahkan ke dalam larutan dan titrasi diteruskan sampai warna biru sirna. Volume titran yang terpakai di catat. Dilakukan juga penetapan blangko.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Uji Pendahuluan Berdasar kesetimbangan, transesterifikasi dilakukan dengan mereaksikan 1 mol minyak kelapa sawit dengan 3 mol metanol. Pergeseran kesetimbangan dapat lebih ke arah produk dengan menggunakan metanol dalam jumlah berlebih (Swern 1982). Oleh karena itu, pada penelitian digunakan minyak kelapa sawit dan metanol dengan nisbah 1:6 (2 kali nisbah stoikiometri). Selain itu, menurut hasil penelitian Freedman et al. (1984) hasil reaksi yang maksimum pada kisaran suhu reaksi 60−80 °C didapatkan dengan nisbah mol minyak-alkohol sebesar 1:6 untuk bahan baku CPO (Srivastava 1999). Berdasarkan uji pendahuluan yang meliputi nilai massa jenis dan angka penyabunan (Tabel 2), diketahui bahwa 11 L minyak kelapa sawit membutuhkan metanol sebanyak 3,01 L (Lampiran 3). Katalis yang digunakan adalah KOH dengan berat 1% dari bobot minyak kelapa sawit (Yubaidah 2007). Selanjutnya dilakukan pula uji kadar asam lemak bebas (ALB), kadar air, dan viskositas (Tabel 2) untuk mengetahui karakteristik lebih lanjut dari minyak kelapa sawit. Tabel 2
Hasil uji pendahuluan minyak kelapa sawit
Parameter
Hasil
Massa jenis (25 oC) (kg/m3)
893,23
Angka penyabunan (mg KOH/g)
213,06
ALB (% b/b)
0,32
Kadar air (% b/b)
0,36
Viskositas kinematik (cSt)
44,38
Pengujian terhadap kadar asam lemak bebas dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui jumlah asam lemak bebas yang terdapat di dalam minyak kelapa sawit. Kadar asam lemak bebas yang diperoleh cukup rendah, yaitu 0,32% (<5%), sehingga proses pembuatan biodiesel dapat dilakukan 1 tahap, yaitu dengan transesterifikasi (Yubaidah 2007). Kadar air yang diperoleh juga cukup kecil (0,36%) sehingga kemungkinan hidrolisis trigliserida menjadi asam lemak bebas relatif rendah.
6 Secara fisiik minyak kellapa sawit lebbih kkental daripada biodiesel. Hal H ini dibuktikkan d dengan hasil pengujian. Viiskositas minyyak k kelapa sawit yaang diperoleh adalah a 44,38 cSt. N Nilai ini jauh lebih besar dibandingkan niilai s standar mutu biodiesel b (2,3− −6,0 cSt). Denggan d demikian tran nsesterifikasi diharapkan d dappat m menurunkan kekentalan minyak m tersebbut s sehingga dapaat diaplikasikkan pada messin d diesel. Perhituungan uji penddahuluan minyyak k kelapa sawit secara lengkaap dapat dilihhat p pada Lampirann 4.
terbessar pada menitt ke-20. Reaktor sirkulasi secaraa umum dapat menurunkan massa m jenis hinggaa ±3%. Hasil ppengujian terhaadap massa jenis biodiesel b dapatt dilihat pada Gambar G 6.
Mutu Biodiiesel Komponenn utama minyaak nabati adallah ttrigliserida. Pada saat transesterifikkasi molekul triigliserida akkan b berlangsung, d dipecah oleh metanol yangg dibantu kataalis s sehingga melep paskan 3 buah asam lemak dari d r rangkaian 3 atom kaarbon gliserrol. T Terpecahnya trigliserida menjadi m 3 esster a asam lemak inilah i yang ak kan menurunkkan s sepertiga lebihh dari bobott awal molekkul. S Selain itu viskkositas juga tuurun (Prihandaana e al. 2006). et Suhu merrupakan salaah satu fakktor e eksternal yang memengaruuhi t transesterifikas si. Kisaran suhu yaang d digunakan pad da penelitian ini adalah 50− −70 ° Hal ini dissebabkan oleh CPO pada suuhu °C. r ruang berbenttuk semisolid sehingga suuhu m minimum yan ng digunakan dalam d penelitiian i adalah 50 °C. Apabila su ini uhu di bawah 50 ° °C, viskositass minyak yaang tinggi akkan m menimbulkan masalah pada saaat p pencampuran r reaktan (Arbiaanti et al. 2007). S Suhu maksimu um yang digunnakan adalah 70 ° °C karena berkaitan b deng gan titik diddih m metanol, yaitu lebih kurang 68 6 °C. Nilai masssa jenis berkaiitan dengan niilai k kalor dan dayya yang dihasiilkan oleh messin d diesel per satu uan volume baahan bakar, seerta b berkaitan deengan viskossitas. Diketahhui s standar mutu massa m jenis biiodiesel menuurut S SNI 04-7182-2006 adalah 850−890 kg/m m3. M Metanol yangg dibantu oleeh katalis KO OH b berhasil memeecah trigliseridaa sehingga masssa j jenis minyak kelapa sawitt yang awalnnya s sebesar 893,233 kg/m3 semakkin turun denggan b bertambahnya waktu pada beerbagai suhu ddan b berada pada kisaran standar. Laju penurrunan massa jenis terlihat tajaam p pada 15 hinggga 30 menit pertama, p denggan l laju berturut-tuurut sebesar 1,,517; 2,126; dan d 2 2,084 kgm-3/m menit pada suhu u 50, 60, dan 70 ° Hal ini mennunjukkan bah °C. hwa pada suhu 60 ° memiliki laju penurunnan massa jennis °C
Gambbar 6 Kurva hubungan wakktu (menit) dan maassa jenis (kgg/m3) pada suhu 500 °C (), 60 °C ° (), dan 70 °C (S S). Staandar mutu viskositas biodiesel menurrut SNI 2006 adalah 2,3−6,0 0 cSt. Dari kurva dapat dilihatt bahwa nilaii viskositas baru memenuhi m stanndar di menit ke-30, 20, dan 15 pada suhu 550, 60, dan 70 0 oC. Selain hasil pengujian terhadap viskositas itu biodieesel meenunjukkan bahwa berhasil transeesterifikasi m menurunkan viskossitas minyak kkelapa sawit dengan d laju penuruunan viskositaas yang cendeerung sama dalam m berbagai suhuu, yaitu ±2,2111 cSt/menit. Secaraa keseluruhan,, transesterifikaasi berhasil menurrunkan viskosiitas minyak keelapa sawit sebesaar ±71,56%. H Hasil pengujiann viskositas pada berbagai b ragam m suhu dapat dilihat d pada Gambbar 7.
Gambbar 7 Kurva hubungan wakktu (menit) v (cSt)) pada suhu dan viskositas 50 °C ( ), 60 °C (), dan 70 °C (S). Niilai viskositas dan massa jenis yang rendahh harus diikutti oleh kadar metil ester yang tinggi karena metil ester inilah i yang
7 ddigunakan sebagai bahan bakkar mesin diessel. P Perolehan kadar metil ester dipengaruhi olleh k kadar gliserol sebagai produuk samping yaang t terbentuk saatt transesterifikkasi berlangsunng. G Gliserol yang terbentuk darii transesterifikkasi m mengandung gliserol bebaas dan gliserrol t terikat. Gliserool terikat adallah gliserol yaang t terdapat dalam m bentuk mono-, m di-, dan d t trigliserida daalam metil ester, e sedangkkan g gliserol bebas adalah sisa-sissa pencucian dari d t tahap pemurniaan biodiesel attau hasil sampiing h hidrolisis esterr karena terdaapat air. Jumllah k keseluruhan g gliserol bebaas dan gliserol t terikat disebut dengan kadar gliserol total. Kadar gliserol total yanng diperbolehkkan d dalam SNI 2006 2 cukup kecil, k maksim mal s sebesar 0,24% %. Hasil uji kaddar gliserol tootal d dapat dilihat paada Gambar 8.
G Gambar 8 Kurva K hubungaan waktu (mennit) daan kadar glisero ol total (%) paada su uhu 50 °C ()), 60 °C (), dan d 70 0 °C (S). Berdasarkaan kurva yang terbentuk dappat ddilihat bahwa biodiesel b mulaai memenuhi niilai s standar pada menit m ke-30, 20, 2 dan 15 unttuk s suhu 50, 60, daan 70 oC secaraa berurutan. Laaju p penurunan paaling cepat pada p 15 meenit p pertama terjadii pada suhu 70 °C. Sementara itu, standarr mutu gliserol b bebas biodieseel menurut SN NI 04-7182-20006 a adalah 0,02% %. Berdasarkkan data yaang d diperoleh dapaat dilihat bahw wa gliserol bebbas y yang dihasilkaan sesuai denggan standar SNI y yang berlaku. Kadar gliseroll bebas biodiesel p pada berbagai ragam suhu dapat d dilihat paada G Gambar 9. Rendahnya nilaai kadar gliserol b bebas tersebutt menandakann bahwa jumllah m metil ester yaang dihasilkan sebagai prodduk u utama dari reakksi transesteriffikasi dari reakktor s sirkulasi mem menuhi standarr mutu biodiesel y yang berlaku. Hasil perhitungan uji muutu b biodiesel secaara keseluruhaan dapat dilihhat p pada Lampirann 5.
Gambbar 9 Kurva hubungan wakktu (menit) dan kaadar gliserol bebas (%) pada suuhu 50 °C (),, 60 °C (), 70 °C (S S), dan standaar SNI (×) Kiinetika transesterifikasi padaa penelitian ini diaamati dengan m mengukur jum mlah gliserol terikatt yang terdapat di dalam metil m ester. Kadarr gliserol terikkat diperoleh dari d analisis kadar gliserol total dan d gliserol bebbas. Selisih antaraa keduanya meerupakan jumllah gliserol terikatt yang terdaapat dalam metil m ester. Gliserrol terikat meruupakan jumlah trigliserida sisa yang terdapaat dalam metil m ester. g terikat per satuan Penuruunan jumlah gliserol waktuu merupakan refleksi beraapa banyak trigliserida terkonversi menjadi meetil ester. Daalam penelitian ini transsesterifikasi dilaku ukan dengan kkondisi metanool berlebih, maka konsentrasi m metanol diangggap konstan dan reaksi r diasumssikan mengikuuti kinetika orde satu-semu s (Attkins 1996). Berdasarkan B asumssi tersebut makka dapat dibuaat hubungan antaraa ln[Gliserol terikat] denggan waktu sehing gga diperolehh garis luruus dengan kemiringan garis sebagai konsstanta laju transeesterifikasi unttuk masing-maasing suhu, sepertti yang disajiikan pada Gambar G 10. Grafik k antara ln[gliiserol terikat] dan waktu dimulai pada menit ke-30, 20, daan 15 untuk suhu 50, 5 60, dan 70 °C secara berrurutan. Hal ini diilakukan kareena nilai viskkositas dan kadar gliserol total m metil ester yanng diperoleh uhi standar pada analisis awal baru memenu p kondisi teersebut. mutu pada Huubungan antaara ln[Glisero ol terikat] dengaan waktu mengghasilkan suatu u garis lurus sesuaii dengan regressi linear. Menu urut hukum statistika, hubungan antara dua buuah variabel dikataakan linear jikka regresinya mendekati satu (W Walpole 1995)). Dapat dikataakan bahwa transeesterifikasi padda suhu 60 °C sesuai dengaan asumsi kineetika orde perrtama semu dengaan nilai regresii sebesar 0,9850. Hal ini terlihaat pula dari niilai konstanta laju reaksi saat suhu 60 °°C yang leebih besar
8 ddibandingkan dengan 50 daan 70 °C. Makkin b besar nilai konnstanta laju reaaksi makin ceppat r reaksi terjadi. Konstanta laju reaksi paada m masing-masing g suhu dapat dilihat d pada Tabbel 3 3.
menghhasilkan reakssi adalah sebeesar 0,2254 menit-1 .
Gambbar 11 Kurva hubungan h 1/T (K ( -1) dan ln k. G Gambar 10 K Kurva hubungaan waktu (mennit) d dan ln[gliserol terikat] paada suuhu 50 °C ()), 60 °C (), dan d 7 °C (S). 70 T Tabel
3
Konstanta laju reakksi transesteriffikasi minyyak kelapa saw wit
Suhu (°C)
Konstanta laaju reaksi, k (men nit-1)
50 60 70
0,00 041 0,00 068 0,00 051
Menurut Freedman F et all. (1984) kisarran ssuhu transesterifikasi untuuk mendapatkkan h hasil maksim mum adalah (60−80 °°C) ( (Srivastava 19 999). Hal ini berkaitan b denggan t titik didih metanol, m yaitu sekitar 68 °°C, s sehingga padaa 70 °C didugaa metanol suddah m mengalami pen nguapan sehinggga laju konveersi m minyak kelap pa sawit menjjadi metil esster t tidak terlihat laagi. Dengan persamaaan menggunakaan A Arrhenius en nergi aktivassi dan fakktor p praeksponensia al Arrhenius (k ( = A exp-Ea//RT) d ditentukan den ngan melakukaan plot antara lnn k d dengan 1/T, dengan d T adalaah suhu absollut, s seperti disajikaan pada Gambaar 11. Energi ak ktivasi dihitung berdasarkkan k kemiringan g garis dan diperoleh d energi a aktivasi sebessar 0,0104 kJJ mol-1. Hal ini b berarti untuk membentuk m prroduk diperlukkan e energi minimu um sebesar 0,00104 kJ per mol m r reaktan. F Faktor praekksponensial (A) ( d ditentukan daari intersep gaaris (ln A) dan d d diperoleh fakktor praekspponensial unttuk t transesterifikas si sebesar 0,22254 menit-1 yaang b berarti bahw wa fraksi tu umbukan yaang m mempunyai cukup e energi unttuk
SIMPULAN N DAN SAR RAN Sim mpulan Kiinetika transessterifikasi minyak kelapa sawit dengan metaanol (nisbah molar 1:6, kataliss KOH 1% [b/b]) dalaam reaktor sirkulaasi menunjukkkan bahwa padda suhu 60 °C di menit ke-20 mengikuti kin netika orde pertam ma semu denggan Ea sebesarr 0,0104 kJ mol-1 dan A sebbesar 0,22554 menit-1. Transeesterifikasi menggunakann rektor sirkulaasi menghassilkan biodieesel yang memeenuhi standar mutu m SNI 04-71182-2006.
S Saran Peenelitian lebih lanjut diperluukan untuk mengeetahui kinerjaa dari reaktorr sirkulasi. Penenntuan kinetika transeserifikaasi minyak kelapaa sawit mengggunakan reaktoor sirkulasi sebaikknya tidak hanya dilakukan dengan penguukuran kadar glliserol terikat yang y ada di dalam m metil ester, nnamun juga di d lihat dari penguukuran konsenntrasi awal minyak m dan metil ester per satuann waktu.
DAFTAR R PUSTAK KA Alamssyah R, Tambbunan AH, Priiyanto YA, K Kusdiana D. 20008. Desain daan uji teknis r reaktor transessterifikasi denngan sistem s static mixer.. Disampaikkan pada: S Seminar Nasioonal Teknologii Pertanian. P Perteta Cabanng Yogyakartaa, 28 Nov 2 2008. [ASTM M]. 1998. Staandard Test Method of P Petroleum Products. In: Annuual Book of A ASTM Standarrds. ASTM Philadelphia P 5 5,1:76-79, 845--847.
9 [AOCS] American Oil Chemist’ Society. 1993. Official Method and Recommended Practices of The American Oil Chemist’ Society. Washington: AOCS Pr. Arbianti R, Utami TS, Nurhasman D. 2007. Pengaruh kondisi reaksi transesterifikasi CPO terhadap produk metil palmitat dalam reaktor tumpak dan reaktor tumpak sirkulasi. ISSN 1410-5667.
Mao V, Konar SK, Boocock DGB. 2004. The pseudo-single-phase base-catalyzed transmethylation of soybean oil. J Am Oil Chem Soc 81:803-808. Mittelbach M, Biodiesel Handbook. Ges.m.b.H.
Remschmidt C. 2004. The Comprehensive Vienna: Boersedruck
Atkins P W. 1996. Kimia Fisika. Volume ke2. Ed ke-4. Kartohadiprodjo, penerjemah. Jakarta: Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Physical Chemistry.
Pratama L, Yoeswono, Triyono, Tahir I. 2009. Effect of suhue and speed of stirrer to biodiesel conversion from coconut oil with the use of palm empty fruit bunches as a heterogeneous catalyst. Indo J Chem. 9:165-172.
[BSN] Badan Standardisasi Nasional. 1995. Minyak Kelapa Sawit (Crude Palm Oil). Standar Nasional Indonesia (SNI) 012901-1995. Jakarta: BSN.
Prihandana R, Hendroko R. 2008. Energi Hijau, Pilihan Bijak Menuju Negeri Mandiri Energi. Jakarta: Penebar Swadaya.
[BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2006. Biodiesel. Standar Nasional Indonesia (SNI) 04-7182-2006. Jakarta: BSN.
Prihandana R, Hendroko, Nuramin. 2006. Menghasilkan Biodiesel Murah, Mengatasi Polusi dan Kelangkaan BBM. Jakarta: Agromedia Pustaka.
Dogra SK, Dogra S. 1990. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Mansyur U, penerjemah. Jakarta:UI-Pr. Terjemahan dari: Physical Chemistry Through Problems. Hambali E, Mudjalipah S, Tambunan AH, Pattiwiri AW, Hendroko R. 2008. Teknologi Bioenergi. Jakarta: Agromedia Pustaka. Hazkil. 2008. Pengaruh suhu dan waktu esterifikasi - Transesterifikasi pada pembuatan biodiesel dari minyak jelantah [skripsi]. Bogor: Fakultas Agribisnis dan Teknologi Pangan, Universitas Djuanda. Hui YH. 1996. Bailey’s Industrial Oil and Fat Products: Edible Oil and Fat Products Proceesing Technology. Volume ke-2. New York: J Wiley. Ismail. 2008. Uji kinerja dan analisis energi reaktor tipe static mixer untuk produksi biodiesel secara katalitik [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Krawczyk T. 1996. Biodiesel alternative fuel makes inroads but hurdles remain. Inform 7:800-815.
Sigalingging R. 2008. Analisis energi dan eksergi pada produksi biodiesel berbahan baku CPO (crude palm oil) [tesis]. Bogor: Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Soerawidjaja TH. 2006. Fondasi-Fondasi Ilmiah dan Keteknikan dari Teknologi Pembuatan Biodiesel. Handout Seminar Nasional Biodiesel sebagai Energi Alternatif Masa Depan, Yogyakarta. Srivastava A, Prasad R. 1999. Triglyceridesbased diesel fuels. Renewable and Sustainable Energy Reviews 4:111-133. Swern D. 1982. Bailey’s Industrial Oil and Fat Products. Ed ke-4. Volume ke-2. New York: J Wiley. Utami TS, Arbianti R, Nurhasman D. 2007. Kinetika reaksi transesterifikasi cpo terhadap produk metil palmitat dalam reaktor tumpak. ISSN 1410-5667. Walpole RE. 1995. Pengantar Statistika. Ed.3. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama. Yubaidah S. 2007. Petunjuk Sintesa Biodiesel: Transesterifikasi Esterifikasi.
10 Tangerang: Serpong.
BTMP-BPP
Teknologi
Zandy A, Destianna M, Nazef, Puspasari F. 2007. Intensifikasi Proses Produksi Biodiesel. Bandung: ITB.
LAMPIRAN
1
Lampiran 1 Standar mutu biodiesel Indonesia No. 1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Parameter Massa jenis (40 °C) Viskositas kinematik (40 °C) Angka setana Titik nyala (mangkok tertutup) Titik kabut Korosi lempeng tembaga (3 jam, 50 °C) Residu karbon - dalam contoh asli - dalam 10 % ampas distilasi Air dan sedimen Temperatur distilasi 90 % Abu tersulfatkan Belerang Fosfor Angka asam Gliserol bebas Gliserol total Kadar ester alkil Angka iodium Uji Halphen
Satuan kg/m3 mm2/detik (cSt) °C °C %-massa
%-vol °C %-massa ppm-m (mg/kg) ppm-m (mg/kg) mg-KOH/g %-massa %-massa %-massa %-massa
* dapat diuji terpisah dengan ketentuan kandungan sedimen maksimum 0,01 %-vol Sumber: SNI (2006)
Nilai 850−890 2,3−6,0 min. 51 min. 100 maks. 18 maks. no 3 maks 0,05 maks. 0,3 maks. 0,05* maks. 360 maks.0,02 maks. 100 maks. 10 maks.0,8 maks. 0,02 maks. 0,24 min. 96,5 maks. 115 Negatif
2
Lampiran 2 Diagram alir penelitian
Minyak sawit
Uji pendahuluan
Pemanasan (T1=50 °C, T2=60 °C, T3=70 °C) KOH Transesterifikasi metanol Produk t = 1,5,10, 15, 20, 30, 60, dan 90 menit
Separasi
Gliserol kasar
Metil ester kasar
Pencucian
Pemanasan T = 110 °C, t = 30 menit
Penyaringan
Metil ester
Analisis
3
Lampiran 3 Perhitungan jumlah reaktan pada transesterifikasi 1. Perhitungan Jumlah Metanol Angka penyabunan
= 213,06 mg KOH/g minyak
Massa jenis
= 893,23 kg/m3
Volume minyak
= 11,00 L
Nisbah stoikiometri
= 2 kali
Bobot minyak
massa jenis 893,23
kg m
volume 1m 1000 L
11,00 L
9,8255 kg
Jumlah metanol
angka penyabunan BM KOH mgKOH g g 56,1 mol
213,06
BM metanol
32
3015,42 mL 3,01 L
g mol
9,8255 kg g 0,792 ml
bobot minyak massa jenis metanol 2
2. Perhitungan Jumlah KOH Jumlah KOH
= 1% dari bobot minyak
Bobot minyak = 9,8255 kg Bobot KOH
= 0,01 × 9,8255 kg = 0,098255 kg (98,255 g).
nisbah stoikiometri
4
Lampiran 4 Hasil perhitungan uji pendahuluan minyak kelapa sawit Asam Lemak Bebas (ALB) Ulangan
m (g)
V (mL)
1 2 3
5,08 5,06 5,03
0,60 0,55 0,55 Rerata
ALB (%) 0,3402 0,3130 0,3149 0,3227
Keterangan: m
: Bobot contoh (g)
V
: Volume (mL)
N
: Normalitas NaOH = 0,1125 N
256 g/mol : Bobot molekul asam palmitat Contoh perhitungan ulangan 1: 256 g/mol
ALB % 0,6
10
L
100%
0,1125 N 5,08 g
256 g/mol
100%
0,3402%
Kadar Air Ulangan
mk (g)
mc (g)
ma (g)
Kadar Air (%)
1
13,3352
5,0118
18,3287
0,3651
2
13,5674
5,2324
18,7811
0,3574
3
14,4285
5,0256
19,4358
0,3641
Rerata
0,3622
Keterangan: mk : Bobot kosong botol timbang (g) mc : Bobot contoh (g) ma : Bobot kosong ditambah bobot isi (g)
Contoh perhitungan ulangan 1: Kadar air %
– 5,0118 g 0,3651%
–
100% 18,3287 g 5,0118 g
13,3352 g
100%
5
Lanjutan Lampiran 4 Angka Penyabunan Ulangan
m (g)
V (ml)
1
5,18
38,45
Angka penyabunan (mg KOH/g) 212,8729
2
5,21
38,60
212,4728
3
5,11
38,10
213,8247
Rerata
213,0568
Keterangan: m : Bobot contoh (g) V
: Volume titran (mL)
N
: Normalitas HCl = 0,5112 N
Contoh Perhitungan ulangan 1: 56,1 g/mol
Angka penyabunan
56,1 g/mol
38,45 mL 5,18 g
212,8729 mgKOH/g
Viskositas Ulangan t (detik)
V (cSt)
1
20,20
44,24
2
20,30
44,46
3
20,30
44,46
Rerata
44,38
Keterangan: V : Viskositas kinematik (mm2/detik2) K : Konstanta kapiler = 2,19 mm2/detik2 t
: Waktu pengukuran aliran (detik)
Contoh perhitungan ulangan 1: Viskositas
= K×t = 2,19 mm2/detik2 × 20,20 detik = 44,24 cSt
0,5112 N
6
Lanjutan lampiran 4 Massa Jenis Ulangan
52,4357
ρ (25oC) (g/cm3) 0,9038
ρ (40 oC) (kg/m3) 893,3371
18,2067
40,8957
0,9036
893,0848
18,2067
40,9006
0,9038
893,2796
Rerata
893,2338
V (mL)
mk (g)
mi (g)
1
26,10
28,8456
2
25,11
3
25,11
Keterangan: V
: Volume piknometer (mL)
mk : Bobot kosong piknometer (g) mi : Bobot kosong ditambah bobot isi (g) : Massa jenis (kg/m3)
ρ
Contoh perhitungan ulangan 1: – °
52,4357 g 28,8456 g 26,10 mL 0,9038 g/cm
0,0007 40
0,0007
0,8933371 g/cm
25
0,9038 g/cm 893,3371 kg/m
1000
15
7
Lampiran 5 Hasil perhitungan uji biodiesel Massa Jenis Waktu Suhu (menit) 50 oC 1 5 10 15 20 30 60 90 o
60 C
1 5 10 15 20 30 60 90
70 °C
1 5 10 15 20 30 60 90
Ulangan
V (mL)
mk (g)
mi (g)
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
25,11 26,10 25,11 26,10 26,10 25,11 26,10 25,11 25,11 25,11 25,11 26,10 26,10 25,11 26,10 25,11 26,10 26,10 25,11 25,11 26,10 25,11 26,10 25,11 26,10 25,11 26,10 25,11 26,10 25,11 25,11 25,11 25,11 26,10 26,10 25,11 25,11 26,10 26,10 25,11 25,11 26,10 25,11 26,10 25,11 26,10 25,11 26,10
18,2067 28,8456 18,2067 28,8456 28,8456 18,2067 28,8456 18,2067 18,2067 18,2067 18,2061 28,8436 28,8456 18,2067 28,8456 18,2067 28,8456 28,8456 18,2067 18,2067 28,8456 18,2067 28,8436 18,2061 28,8436 18,2061 28,8436 18,2061 28,8456 18,2067 18,2067 18,2067 18,2067 28,8456 28,8456 18,2067 18,2055 28,8432 28,8436 18,2061 18,2061 28,8436 18,2061 28,8436 18,2061 28,8436 18,2061 28,8436
40,8701 52,3987 40,8008 52,3248 51,9857 40,4699 51,8635 40,3489 40,1806 40,1781 39,9436 51,4525 51,4026 39,9062 51,3911 39,8939 52,3946 52,3940 40,7040 40,7086 51,7938 40,2792 51,4637 39,9650 51,4408 39,9496 51,4333 39,9439 51,3928 39,8971 39,8857 39,8842 40,8435 52,3919 52,1083 40,5896 40,1345 51,6366 51,4408 39,9496 39,9058 51,4007 39,8982 51,3956 39,8857 51,3776 39,8378 51,3252
ρ (25 oC) (kg/m3) 0,9026 0,9024 0,8998 0,8996 0,8866 0,8866 0,8819 0,8818 0,8751 0,8750 0,8657 0,8662 0,8643 0,8642 0,8638 0,8637 0,9023 0,9022 0,8959 0,8961 0,8792 0,8790 0,8667 0,8665 0,8658 0,8659 0,8655 0,8657 0,8639 0,8638 0,8634 0,8633 0,9015 0,9022 0,8913 0,8914 0,8733 0,8733 0,8658 0,8659 0,8642 0,8643 0,8639 0,8641 0,8634 0,8634 0,8615 0,8614
ρ (40 oC) (kg/m3) 892,0660 891,9177 889,3043 889,0869 876,0922 876,1251 871,4127 871,3071 864,6053 864,5051 855,1897 855,7409 853,7540 853,6787 853,3110 853,1897 891,7597 891,7366 885,4484 885,6327 868,7398 868,5334 856,1723 856,0434 855,2941 855,4302 855,0053 855,2017 853,3765 853,3140 852,8610 852,8009 891,0067 891,6584 880,7909 880,8950 862,8173 862,8120 855,2941 855,4302 853,6866 853,7574 853,3819 853,5610 852,8849 852,8716 850,9770 850,8650
Rerata 891,9919 889,1956 876,1086 871,3599 864,5552 855,4653 853,7163 853,2504 891,7482 885,5406 868,6366 856,1078 855,3622 855,1035 853,3452 852,8310 891,3326 880,8429 862,8147 855,3622 853,7220 853,4715 852,8783 850,9210
8
Lanjutan Lampiran 5 Keterangan: V
: Volume piknometer (mL)
mk : Bobot kosong piknometer (g) mi : Bobot kosong ditambah bobot isi piknometer (g) : Massa jenis (kg/m3)
ρ
Contoh perhitungan massa jenis pada suhu 50 oC pada menit ke-1 ulangan ke-1: – °
40,8701 g 18,2067 g 25,11 mL 0.9026 g/cm
0,0007 40 25 g 0,9038 0,0105 cm 0,892066 g/cm 892,0660 kg/m
9
Lanjutan lampiran 5 Viskositas 50 °C
Waktu (menit)
Ulangan
1
5
10
15
20
30
60
90
60 °C
V (cSt)
Rerata
1
t (detik) 18,60
40,7340
40,66
2
18,60
40,7340
3
18,50
40,5150
1
10,60
23,2140
2
10,70
23,4330
3
10,70
23,4330
1
6,40
14,0160
2
6,50
3
6,50
23,36
V (cSt)
Rerata
38,1060
38,18
17,40
38,1060
17,50
38,3250
9,4
20,5860
9,4
20,5860
9,3
20,3670
5,1
11,1690
14,2350
5,1
14,2350
5,1
14,16
7,45
37,4490
37,38
17,10
37,4490
17,00
37,2300
8,70
19,0530
8,70
19,0530
8,80
19,2720
4,80
10,5120
11,1690
4,80
10,5120
11,1690
4,80
10,5120
11,17
3,40
7,4460
2,9
6,3510
2,70
5,9130
7,4460
2,9
6,3510
2,70
5,9130
3
3,40
7,4460
2,8
6,1320
2,70
5,9130
6,13
6,28
1
2,80
6,1320
2,7
5,9130
2,60
5,6940
2
2,80
6,1320
2,7
5,9130
2,60
5,6940
3
2,80
6,1320
2,7
5,9130
2,70
5,9130
1
2,70
5,9130
2,7
5,9130
2,70
5,9130
2
2,70
5,9130
2,7
5,9130
2,70
5,9130
3
2,60
5,6940
2,6
5,6940
2,70
5,9130
1
2,60
5,6940
2,5
5,4750
2,60
5,6940
2
2,60
5,6940
2,5
5,4750
2,60
5,6940
3
2,60
5,6940
2,5
5,4750
2,50
5,4750
1
2,50
5,4750
2,4
5,2560
2,50
5,4750
2
2,50
5,4750
2,5
5,4750
2,40
5,2560
3
2,40
5,2560
2,4
5,2560
2,4
5,2560
5,84
5,69
5,40
t : Waktu pengukuran aliran (detik) Contoh perhitungan viskositas pada suhu 50 oC pada menit ke-1 ulangan ke-1: =K×t = 2,19 mm2/detik2 × 18,6 detik
Rerata
3,40
K : Konstanta kapiler = 2,19 mm2/detik2
V (cSt)
1
V : Viskositas kinematik (mm2/detik2)
= 40,7340 cSt
20,51
t (detik) 17,10
2
Keterangan:
V
70 °C
t (detik) 17,40
5,91
5,84
5,48
5,33
19,13
10,51
5,91
5,77
5,91
5,62
5,33
10
Lanjutan lampiran 5 Gliserol terikat, gliserol bebas, dan gliserol total Waktu Suhu Ulangan GB (%) (menit) o 50 C 1 1 0,0218 2 0,0212 5 1 0,0087 2 0,0080 10 1 0,0003 2 0,0013 15 1 0,0238 2 0,0235 20 1 0,0076 2 0,0079 30 1 0,0088 2 0,0098 60 1 0,0071 2 0,0071 90 1 0,0069 2 0,0076 1 1 0,0197 60 oC 2 0,0190 5 1 0,0150 2 0,0157 10 1 0,0230 2 0,0236 15 1 0,0182 2 0,0175 20 1 0,0125 2 0,0131 30 1 0,0072 2 0,0072 60 1 0,0105 2 0,0112 90 1 0,0218 2 0,0230 70 oC 1 1 0,0092 2 0,0095 5 1 0,0089 2 0,0076 10 1 0,0075 2 0,0075 15 1 0,0174 2 0,0187 20 1 0,0078 2 0,0087 30 1 0,0155 2 0,0146 60 1 0,0061 2 0,0029 90 1 0,0138 2 0,0141
GT (%)
Gtr (%)
Rerata
0,3906 0,3916 0,3212 0,3192 0,3000 0,3000 0,2910 0,2920 0,2759 0,2739 0,2452 0,2442 0,2296 0,2306 0,1903 0,1923 0,3857 0,3847 0,3003 0,3012 0,2820 0,2800 0,2505 0,2505 0,2341 0,2351 0,2110 0,2100 0,1722 0,1703 0,1616 0,1606 0,3914 0,3934 0,3094 0,3104 0,2745 0,2745 0,2301 0,2301 0,2039 0,2019 0,1963 0,1953 0,1747 0,1727 0,1518 0,1498
0,3688 0,3704 0,3125 0,3112 0,2997 0,2987 0,2672 0,2685 0,2683 0,2660 0,2364 0,2344 0,2225 0,2235 0,1834 0,1847 0,3660 0,3657 0,2853 0,2855 0,2590 0,2564 0,2323 0,2330 0,2216 0,2220 0,2038 0,2028 0,1617 0,1591 0,1398 0,1376 0,3822 0,3839 0,3005 0,3028 0,2670 0,2670 0,2127 0,2114 0,1961 0,1932 0,1808 0,1807 0,1686 0,1698 0,1380 0,1357
0,3696 0,3119 0,2992 0,2678 0,2671 0,2354 0,2230 0,1840 0,3658 0,2854 0,2577 0,2326 0,2218 0,2033 0,1604 0,1387 0,3831 0,3017 0,2670 0,2120 0,1947 0,1807 0,1692 0,1369
11
Lanjutan lampiran 5 Keterangan: GB: Gliserol bebas (%) GT: Gliserol total (%) Gtr: Gliserol terikat (%) Contoh perhitungan kadar gliserol terikat contoh pada suhu 50 oC pada menit ke-1 ulangan ke-1:
Gtr
GT – GB
0,3906%
0,3688%
0,0218%
