PEMBUATAN BIODIESEL SECARA KONTINYU DARI BAHAN
BAKU MINYAK JAGUNG BARU DAN BEKAS DENGAN MICROTUBE REACTOR DAN
PENETRALAN PRODUK SECARA KONTINYU
Continous Production Of Biodiesel From Corn Oil and Waste Corn Oil By Using
Microtube Reactor With Continous Product Neutralization
TUGAS AKHIR
OLEH : APRIYANTO FIRZAL MUHARAM
NIM 091411069 NIM 091411075
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JURUSAN TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI D-III TEKNIK KIMIA JULI 2012
PEMBUATAN BIODIESEL SECARA KONTINYU DARI BAHAN
BAKU MINYAK JAGUNG BARU DAN BEKAS DENGAN MICROTUBE REACTOR DAN
PENETRALAN PRODUK SECARA KONTINYU
Continous Production Of Biodiesel From Corn Oil and Waste Corn Oil By Using
Microtube Reactor With Continous Product Neutralization
TUGAS AKHIR Diajukan kepada Politeknik Negeri Bandung untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan program DIII Teknik Kimia
Apriyanto Firzal Muharam
Oleh :
NIM 091411069 NIM 091411075
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JURUSAN TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI D-III TEKNIK KIMIA JULI 2012
Langit adalah kitab yang terbentang, Bumi adalah kitab yang terhampar, Manusia adalah
kitab yang berjalan, sedangkan Al-Qur’an adalah cahaya didalam kegelapan. Tidakkah kau
renungkan bahwa segala intrik yang terjadi di dalam hidup, hingga memaksa meneteskan air
mata adalah pertanda ketika Tuhan Jatuh Cinta?
Allah itu Maha Kasih Sayang , Allah Maha Adil dan Maha Penerima Taubat. Allah tidak
pernah dan tidak akan pernah berlaku dzalim, Allah juga bukan pendendam. Allah senang kepada hamba-hambaNya yang tidak pernah putus asa untuk memperoleh rahmat dan
hidayahNya. Allah senang kepada mereka yang senantiasa punya harapan untuk hidup yang lebih baik dimasa yang akan datang
Sebuah Persembahan Untuk : Ibu,ibu,ibu dan Bapak. Adik, Keponakan, beserta seluruh keluarga tercinta yang selalu tersenyum di kaki senja. Kutuliskan kaligrafi cintaku untuk Almarhum nenek ku tercinta yang selalu tersenyum disaat aku lelah dan membelaikan sebait doa untukku di sepetiga malam. I Hope You Will Smile For Me Now, Like The Last Time We Ever Meet
Terimakasih untuk teman-teman seperjuangan ku di “ExClusive 2009” Serta keluarga besar HIMATEK yang telah banyak memberikan inspirasi serta motivasi, Tak lupa aku sampaikan terimakasih bwt teman seperjuangan ku dalam menyelesaiakan tugas akhir ini, dosen Pembimbing tugas akhir, Seluruh Dosen Pengajar, Teknisi, serta staff TU di Jurusan Teknik Kimia
Politeknik Negeri Bandung
EVERY CHALLENGES IS AN OPPORTUNITY TO DISCOVER WHO WE ARE AND SEE WHAT WE CAN BE
By : Apriyanto
CURRICULUM VITAE
Nama : Apriyanto
NIM
No Hp : 085290062998
: 091411069
E-mail :
[email protected]
Tempat Tanggal Lahir
: Indramayu, 22 April 1991
SD Lulus Tahun
: 2003 di SDN TEGALURUNG II
SLTP Lulus Tahun
: 2006 di SMPN I BALONGAN
SMA Lulus Tahun
: 2009 di SMAN I INDRAMAYU
Nama : Firzal Muharam NIM
: 091411075
No Hp : 085224221264 E-mail :
[email protected]
Tempat Tanggal Lahir
: Kuningan, 12 Agustus 1990
SD Lulus Tahun
: 2003 di SDN 2 LEBAKSIUH
SLTP Lulus Tahun
: 2006 di SMPN I CIAWIGEBANG
SMA Lulus Tahun
: 2009 di SMAN I KUNINGAN
ABSTRAK
Pada umumnya proses pembuatan biodiesel dilakukan secara konvensional dengan menggunakan reaktor batch. Secara komersial, reaksi transesterifikasi di dalam reaktor batch menghasilkan biodiesel dalam waktu yang cukup lama. Dengan demikian, reaksi transesterifikasi menggunakan reaktor batch memperlihatkan hasil yang kurang efisien. Hal ini mendorong dilakukannya penelitian pengembangan model reaktor mikro untuk mengatasi rendahnya konversi maupun waktu reaksi pada reaktor batch. Model reaktor mikro yang dirancang dalam penelitian ini selanjutnya disebut dengan microtube reactor. Microtube reactor yang digunakan memiliki diameter dalam 1 mm dan panjang pipa 1000 mm. Penelitian difokuskan pada pengaruh temperatur reaksi, perbandingan microtube reactor dengan reaktor batch, pengaruh bahan baku minyak terhadap konversi biodiesel dan waktu reaksi. Variasi temperatur dilakukan untuk mengetahui kondisi optimum. Hasilnya kondisi optimum terjadi pada temperatur 600C dengan perbandingan volume minyak jagung:metanol 4:1, dan KOH 1% dari berat minyak. Konversi minyak jagung menjadi biodiesel lebih tinggi jika menggunakan microtube reactor dengan panjang lilitan 1000 mm dari pada reaktor batch. Waktu reaksi di dalam microtube reactor lebih cepat dibandingkan dengan reaktor batch. Hal ini dikarenakan ruang reaktor yang kecil (diameter dalam 1 mm) menyebabkan tumbukan diantara molekul-molekul reaktan terjadi lebih intensif untuk kemudian terjadi reaksi. Adapun persen perolehan biodiesel pada kondisi optimum di dalam microtube reactor sebesar 88,44 % dan rata-rata waktu reaksi di dalam microtube reactor adalah 8,57 detik. Pada kondisi optimum diperoleh biodiesel dari minyak jagung dengan pH 7, densitas pada suhu 40oC sebesar 0,836 g/mL, viskositas kinematik pada suhu 40oC sebesar 5,995 cSt, bilangan asam sebesar 0,896 mgKOH/g, titik nyala sebesar 175oC, dan nilai kalor sebesar 40,213 kJ/g. Hasil analisis tersebut sebagian besar telah memenuhi standar SNI biodiesel dan ASTM standar (minyak solar). Kata kunci: biodiesel, microtube reactor, minyak jagung, transesterifikasi.
i
ABSTRACT
In general, the process of making biodiesel is conventionally carried out using batch reactors. Commercially, the transesterification reaction in batch reactors takes in a long time. Thus, the transesterification reaction of biodiesel in a reactor is less efficient. This encourages by the study of micro reactor model development to solve the low conversion and reaction time in batch reactors. Micro reactor models designed in this study is called with microtube reactor. Microtube reactor used has a diameter of 1 mm and 1000 mm length of tube. The study is focused on the influence of reaction temperature the comparison between using microtube reactor and batch reactor, the influence of the raw material of oil for biodiesel conversion and reaction time. Temperature variation was conducted to determine the optimum conditions. As a result the optimum condition occurs at a temperature of 600C with corn oil volume ratio: 4:1 methanol, and KOH 1% by weight of oil. Conversion of corn oil into biodiesel is higher when using a microtube reactor with 1000 mm coil than batch reactor. Reaction time in the microtube reactor is faster than in the batch reactor. This is because the reactor chamber is small (1 mm in diameter) led to the collision between reactant molecules occurs more intensively prior to reaction. The percent yield of biodiesel according to the optimum conditions in the microtube reactor is 88.44% and the average reaction time in the microtube reactor is 8,57 seconds. At the optimum conditions obtained from corn oil with pH 7, the density at a temperature 40 °C is 0,836 g / mL, the kinematic viscosity at temperature 40 °C is 5,995 cSt, acid number is 0,896 mgKOH / g, flash point at 175oC, and the calorific value is 40.213 kJ / g. The results are most in compliance with ISO standards and ASTM standard biodiesel (diesel oil). Keywords: biodiesel, corn oil, microtube reactor, transesterification.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas limpahan rahmat, taufik, dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta laporannya yang berjudul “ PEMBUATAN BIODIESEL SECARA KONTINYU DARI BAHAN BAKU MINYAK JAGUNG BARU DAN BEKAS DENGAN MICROTUBE REACTOR DAN PENETRALAN PRODUK SECARA KONTINYU” ini dengan baik. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu persyaratan dalam menyelesaikan program Diploma III Jurusan Teknik Kimia POLBAN. Dalam kesempatan ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu, baik dalam penelitian maupun penyusunan Tugas Akhir. Ucapan terima kasih ini penulis sampaikan kepada: 1) Ir. Dwi Nirwantoro N, MT, selaku ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. 2) Rispiandi, ST. selaku ketua Program Studi DIII Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. 3) Rispiandi ST.,MT selaku koordinator Tugas Akhir. 4) Haryadi, Ph.D, selaku pembimbing I. 5) Drs. Budi Santoso, MT, selaku pembimbing II. 6) Tim penguji yang telah memberikan banyak masukan positif pada saat Tugas Akhir ini disidangkan. 7) Seluruh dosen dan teknisi jurusan Teknik Kimia POLBAN yang telah menyampaikan ilmunya kepada penulis selama penulis menimba ilmu di bangku perkuliahan ini. 8) Kedua orang tua tercinta yang telah mencurahkan kasih sayang, doa, serta perjuangan dan pengorbanannya selama ini demi putrinya. 9) Teman-teman seangkatan dan seperjuangan saat penelitian di Laboratorium Analitik Instrument. 10) Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu. Penyusun menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis menerima saran dan kritik yang membangun dari semua pihak demi perbaikan ke depannya. Akhir kata, penulis berharap semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca dan bagi perkembangan dunia sains di Indonesia, khususnya di bidang yang berhubungan dengan biodiesel. Bandung, Juli 2012
Penulis
iii
DAFTAR ISI
ABSTRAK ................................................................................................................ i ABSTRACT .............................................................................................................. ii KATA PENGANTAR .............................................................................................. iii DAFTAR ISI ............................................................................................................. iv DAFTAR TABEL ..................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ vii DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................. viii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1 1.2 Tujuan Penelitian .............................................................................. 4 1.3 Ruang Lingkup .................................................................................. 4 1.4 Metodologi Penelitian ....................................................................... 4 1.5 Sistematika Penulisan ....................................................................... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Microstructured Reactor ................................................................... 6 2.1.1 Multifluid Reactor ................................................................... 6 2.1.2 Fluid Solid Reaktor ................................................................. 9 2.2 Micro Reaction Technology .............................................................. 10 2.2.1 Definisi dan Komponen-komponennya .................................. 10 2.2.2 Kelebihan dan Kekurangan ..................................................... 13 2.3 Biodiesel ............................................................................................ 16 2.4 Bahan Baku ....................................................................................... 19 2.4.1 Minyak Jagung ........................................................................ 19 2.4.2 Asam Lemak Bebas ................................................................. 20 2.4.3 Minyak Jelantah....................................................................... 21 2.4.4 Alkohol.................................................................................... 23 2.4.5 Katalis ..................................................................................... 24 2.5 Gliserol .............................................................................................. 25 2.6 Transesterifikasi ................................................................................ 26 2.7 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Transesterifikasi ........... 27 2.8 Analisa Biodiesel .............................................................................. 29 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Perbaikan Alat ................................................................................... 31 3.1.1 Pengguanaan Microtube Reactor ............................................ 31 3.1.2 Perbaikan Pompa..................................................................... 32 3.1.3 Perancanagn Sistem Penampungan ......................................... 32 3.1.4 Perancangan Sistem Penetralan Langsung .............................. 32 3.1.5 Perancangan Peralatan Pendukung ......................................... 32
iv
3.2 Bahan dan Alat .................................................................................. 32 3.2.1 Bahan ...................................................................................... 33 3.2.2 Alat .......................................................................................... 33 3.2.3 Rangkaian Peralatan Proses .................................................... 34 3.3 Tahap Pelaksanaan Penelitian ........................................................... 35 3.3.1 Tahap Pre-treatment Bahan Baku ........................................... 35 3.3.2 Tahap Operasi ......................................................................... 35 3.3.3 Tahap Pemisahan Produk ........................................................ 36 3.3.4 Tahap Analisa Biodiesel ......................................................... 36 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Perbaikan alat .................................................................................... 38 4.1.1 Penggunaan Microtube Reactor .............................................. 38 4.1.2 Perbaikan atau Modifikasi Pompa .......................................... 38 4.1.3 Perancangan sistem Penampungan ......................................... 38 4.1.4 Perancangan Sistem Penetralan Langsung .............................. 39 4.1.5 Perancangan Peralatan Pendukung ......................................... 39 4.2 Identifikasi Bahan Baku .................................................................... 39 4.3 Penentuan Rasio Volume Reaktan untuk Produksi Biodiesel ............40 4.4 Variasi Temperatur Reaksi Terhadap Persen Perolehan Biodiesel dengan Bahan Baku Minyak Jagung ..................................................42 4.4.1 Variasi Temperatur Reaksi Terhadap Persen Perolehan Biodiesel dengan Reaktor Batch ...................................... 42 4.4.2 Variasi Temperatur Reaksi Terhadap Persen Perolehan Biodiesel dengan Microtube Reactor ............................... 43 4.5 Pengaruh Bahan Baku Minyak Terhadap Produk Biodiesel ............. 44 4.6 Perbandingan Persen Perolehan Biodiesel dari Minyak Jagung Dengan Penggunaan Reaktor Batch dan Microtube Reactor ............ 47 4.7 Perbandingan Persen Perolehan Biodiesel dari Minyak Goreng dan Minyak jagung dengan menggunakan Microtube Reactor ........ 48 4.7.1 Perbandingan Persen Perolehan Biodiesel dari Minyak Baru ..................................................................................... 48 4.7.2 Perbandingan Persen Perolehan Biodiesel dari Minyak Bekas ................................................................................... 49 4.8 Analisis Kualitas Biodiesel ............................................................... 51 4.9 Pengaruh Angka Reynold ................................................................. 55 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 57 5.2 Saran .................................................................................................. 58 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 59 LAMPIRAN .............................................................................................................. 61
v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbedaan slug flow dan parallel flow .....................................................8 Tabel 2.2 Pebandingan proses pada produksi biodiesel dengan menggunakan microreactor .............................................................................................10 Tabel 2.3 Perbandingan emisi Biodiesel dan Solar ................................................. 17 Tabel 2.4 Sifat Fisik Bidiesel dari Minyak Goreng Bekas, Solar dan SNI Biodiesel ......................................................................... 17 Tabel 2.5 Standar Biodiesel Beberapa Negara ........................................................ 18 Tabel 2.6 Karakteristik fisik dan kimia minyak jagung .......................................... 20 Tabel 2.7 Karakteristik Minyak Goreng Bekas ....................................................... 22 Tabel 2.8 Sifat Fisik Metanol .................................................................................. 24 Tabel 2.9 Sifat Fisik Gliserol .................................................................................. 25 Tabel 4.1 Pengaruh Variasi Volume Terhadap Biodiesel Menggunakan Reaktor Batch ......................................................................................... 40 Tabel 4.2 Pengaruh temperatur terhadap biodiesel dengan menggunakan reaktor batch ........................................................................................... 42 Tabel 4.3 Pengaruh Temperatur Terhadap Biodiesel dengan Menggunakan Microtube Reactor .................................................................................. 43 Tabel 4.4 Pengaruh Bahan Baku Terhadap Biodiesel Yang Dihasilkan ................. 45 Tabel 4.5 Pengaruh Jenis Reaktor Terhadap Perolehan Yield ................................ 47 Tabel 4.6 Perbandingan Karakteristik Biodiesel dari Reaktor Batch dan microtube reactor (pada suhu 600C) ........................................................................ 47 Tabel 4.7 Perbandingan Karakteristik Biodiesel dari Minyak Goreng dan Minyak Jagung ..................................................................................................... 48 Tabel 4.8 Pengaruh Jenis Minyak Terhadap Perolehan Yield ................................ 49 Tabel 4.9 Perbandingan Karakteristik Biodiesel Minyak Goreng Bekas dan Minyak Jagung Bekas...................................................................... 50 Tabel 4.10 Karakteristik Biodiesel Hasil Penelitian Berdasarkan Perolehan Yield Terbanyak ................................................................................................ 51 Tabel 4.11 Rangkuman Data Analisa GC-MS .......................................................... 54
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7
Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7
Jenis micromixer ............................................................................... 6 Jenis Microchannel ........................................................................... 7 Aliran Stabil (slug flow and parallel flow) ....................................... 7 Microstructured Film Reactor (gas-liquid) ...................................... 9 Skematik Fluid-solid Reactors.......................................................... 9 Karakteristik skala panjang mikro reaktor ........................................ 11 Hubungan antara jari-jari dan rasio permukaan ke volume reactor tubular .................................................................................. 11 Mekanisme reaksi kerusakan pada proses pemanasan penggorengan dengan adanya air ...................................................... 21 Reaksi Transesterifikasi .................................................................... 26 Rangkaian peralatan proses pembuatan biodiesel secara kontinyu... 34 Bagan alir pelaksanaan penelitian ..................................................... 37 Sistem penampungan biodiesel ......................................................... 39 Hubungan antara persentase yield biodiesel terhadap rasio volume ..................................................................................... 41 Hubungan antara persentase yield biodiesel terhadap Temperatur transesterifikasi dengan reaktor batch............................ 42 Hubungan antara persentase yield biodiesel terhadap Temperatur transesterifikasi dengan microtube reactor.................... 44 Hubungan antara persentase yield biodiesel terhadap bahan baku minyak yang digunakan ................................................. 45 Bahan baku dan produk biodiesel dari minyak jagung ..................... 46 Kromatogram kandungan metil ester pada kondisi terbaik dari minyak jagung menggunakan GC-MS .............................................. 54
vii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A ............................................................................................................... 61
Lampiran B................................................................................................................ 67 Lampiran C................................................................................................................ 79 Lampiran D ............................................................................................................... 85 E ................................................................................................................ 91 Lampiran
viii
9
DAFTAR PUSTAKA
Guan G, Kusakabe K, Moriyama K, Sakurai N. Continous Production Biodiesel Using A Microtube Reactor. Chem Eng Trans. 2008;14:237-244.
Al-Zuhair S. 2007. Biofuels Bioproducts Biorefining, 1, 57.
David G. B. Boocock. 1995. Fast One-Phase Oil-Rich Processes For The Preparation Of
Vegetable Oil Methyl Esters. Toronto: Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry University of Toronto.
Madhvanand N. Kashid and Lioubov Kiwi-Minsker. 2009. Microstructured Reactors for
Multiphase Reactions: State of the Art. Switzerland: Group of Catalytic Reaction Engineering (GGRC), Ecole Polytechnique Fe´de´rale de Lausanne (EPFL), EPFL-SBISIC-GGRC.
Norton, Kevin, dkk. 2004. How to Make Biodiesel from Waste Fats and Oils. Toronto Canadian Biodiesel Initiative Workshop. Tim Pengajar Satuan Proses. 2010. Buku Petunjuk Pelaksanaan Praktikum di Laboratorium Satuan Proses”Transesterifikasi Biodisesel”. Bandung: Politeknik Negeri Bandung R. Sudrajat, Endro, P., D. Hendra & D. Setiawan. 2010. Pembuatan Biodiesel Dari Biji Kesambi (Schleichera Oleosaa L.) Gea, Nurhafni. 2008. Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas Dan Bilangan Iodin Dalam Minyak Hasil Ekstraksi Biji Jagung Dengan Pelarut N-Heksana. Medan: Universitas Sumatera Utara Silvany, Resty & Siti Sarah. 2010. Penggunaan Microtube Reactor Untuk Memproduksi Biodiesel Secara Kontinyu Dengan Memanfaatkan Bahan Baku Minyak Goreng Bekas. Bandung : Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.
59
(online). Tersedia: Anonim.
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/teknologi-proses/pembuatan biodiesel-dengan-katalis-biologis/ [diakses tanggal 15 Januari2012]
Anonim. (online). Tersedia: http://www.southinvest.gov.et/Publications/SSNPR%20draft%20Profile/C/%20Corn% 20Oil.pdf [diakses tanggal 24 Januari2012]
Rachmatikawati, Friska dkk. 2010. Minyak Nabati Dari Biji Jagung. Surabaya. (online). : http://www.scribd.com/doc/79852377/Minyak-Jagung-Repaired [diakses Tersedia
tanggal 6 Juli 2012]
Edogawa, Djokers. 2011. (online). Tersedia djokers.edogawa.blogspot.com/2010/11/spesifikasi/biodiesel/ditentukanoleh/html [diakses tanggal 6 Juli 2012] http://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q=karakteristik+bahan+bakar+solar&source=web& cd=10&ved=0CFsQFjAJ&url=http%3A%2F%2Fwww.saltindo.com
60
