PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE DALAM KATALIS CaO TERHADAP REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT SKRIPSI

PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE DALAM KATALIS CaO TERHADAP REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT

SKRIPSI

Oleh

MUHAMMAD TARMIDZI 070405012

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER 2013

i

Universitas Sumatera Utara


SKRIPSI

Oleh

MUHAMMAD TARMIDZI 070405012

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER 2013

ii


PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:


dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan, 12 September 2013

Muhammad Tarmidzi 070405012

i


PENGESAHAN Skripsi dengan judul:


dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 22 Agustus 2013 dan dinyatakan memenuhi syarat/ sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Medan, 12 September 2013 Mengetahui, Koordinator Skripsi

Dosen Pembimbing

Dr. Eng. Ir. Irvan, MSi NIP. 19680820 199501 1 001

Ir. Renita Manurung, MT. NIP. 19681214 199702 2 002

Dosen Penguji I

Dosen Penguji II

Dr. Ir. Taslim, MSi. NIP. 19650115 199003 1 002

Ir. Bambang Trisakti, MT. NIP. 19660925 199103 1 003

ii


PRAKATA Puji dan syukur kehadirat Allah SWT karena atas rahmad-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Konsentrasi Li yang Di-Doping ke dalam Katalis CaO terhadap Reaksi Transesterifikasi Minyak Sawit”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan, Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Melalui penelitian ini diperoleh konsentrasi katalis heterogen Li/CaO paling baik terhadap reaksi transesterifikasi CPO dengan kualitas rendah menjadi metil ester. Sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan, khususnya dalam rekayasa teknologi pembuatan metil ester yang menggunakan katalis heterogen.

Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Ibu Ir. Renita Manurung, MT. selaku Pembimbing 2. Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) selaku Fasilitator 3. Ibu Frisda Panjaitan, ST., MT. selaku Pembimbing di PPKS 4. Bapak Dr. Ir. Tjahjono Herawan selaku Pembimbing di PPKS

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, 12 September 2013

Penulis, Muhammad Tarmidzi

iii


DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1. Kedua orang tua penulis, H. Usman Effendy dan Hj. Parni. 2. Andre Yanda Putra, ST. atas kerjasamanya yang sangat baik selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Keluarga penulis. 4. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 5. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 6. Para pegawai dan teknisi Laboratorium Pangan Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan yang telah memberikan dorongan dan bantuan dalam pelaksanaan penelitian guna menyelesaikan penulisan skripsi ini. 7. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia, khususnya semua stambuk 2007 yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis, khususnya Bambang Wahyu Pramono, ST. yang telah memberi masukan dalam penulisan abstrak penelitian dalam Bahasa Inggris. 8. Seluruh teman-teman, adik-adik dan abang kakak yang turut memberikan bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini, khususnya Reviana Revitasari (Teknik Kimia 2009) dan Dewi Putriani (Sastra Inggris 2007) yang telah memberi masukan dalam penulisan abstrak penelitian dalam Bahasa Inggris.

iv


RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Muhammad Tarmidzi NIM : 070405012 Tempat, tanggal lahir : Medan, 18 Agustus 1989 Nama orang tua : H. Usman Effendy Alamat orang tua : Jl. Gaperta No. 215, Helvetia Tengah, MedanHelvetia, Sumatera Utara Asal Sekolah:  SD Swasta Kartika I-1 Medan tahun 1995 – 2001  SMP Negeri 18 Medan tahun 2001 – 2004  SMA Negeri 12 Medan tahun 2004 – 2007 Beasiswa yang diperoleh: Pengalaman Organisasi: 1. Wadah Mahasiswa Muslim Departemen Teknik Kimia FT USU, Covalen Study Group (CSG) periode 2009/2010 sebagai Sekretaris Umum 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2010/2011 sebagai Ketua Bidang Kaderisasi dan Sekretaris Umum 3. Pengurus Komisariat Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim Indonesia (KAMMI) periode 2010/2011 sebagai Ketua Departemen Humas 4. Pengurus Komisariat Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim Indonesia (KAMMI) periode 2011/2012 sebagai Ketua Departemen Kaderisasi 5. Asisten Laboratorium Kimia Organik Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2008 – 2010 modul Hidrokarbon/ Aldehid-Keton, Isolasi Zat Warna, dan Flavonoid Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal: Muhammad Tarmidzi, “Pengaruh Konsentrasi Li yang Di-Doping ke dalam Katalis CaO terhadap Reaksi Transesterifikasi Minyak Sawit”, Jurnal Teknik Kimia (2013).

v


ABSTRAK Pengembangan biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) semakin diminati karena ketersediaan bahan bakar berbasis minyak bumi yang semakin sedikit. Kelapa sawit merupakan tanaman perkebunan di Indonesia yang terbesar sehingga memiliki potensi untuk dapat digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Reaksi transesterifikasi merupakan tahap reaksi untuk menghasilkan biodiesel (metil ester). Namun, CPO mudah mengalami degradasi akibat hidrolisis, sehingga dapat meningkatkan nilai Asam Lemak Bebas (ALB) yang dapat menganggu reaksi transesterifikasi. Konsekuensinya, akan ada sabun sebagai produk samping. Untuk memaksimalkan produksi biodiesel dari minyak sawit yang memiliki kadar ALB tinggi (CPOlow grade), salah satunya dengan menggunakan katalis hasil pen-doping-an. Penelitian ini dilakukan untuk memberikan informasi mengenai pengaruh konsentrasi ion Li+ (dalam bentuk LiNO3) yang di-doping ke dalam kalsium oksida (CaO) terhadap reaksi transesterifikasi minyak sawit dengan kadar ALB yang tinggi menjadi metil ester, pada temperatur 120oC, rasio metanol:CPO = 12:1 (mol/mol), jumlah katalis 2,5 % (w/w) CPO, selama 3,5 jam dan menggunakan reaktor bertekanan. Variabel penelitian adalah konsentrasi Li yang di-doping ke dalam CaO, yaitu 0%, 1% dan 4% (w/w) CaO. Adapun parameter uji yang dilakukan adalah kandungan metil ester yang diperoleh dari hasil reaksi transesterifikasi dengan analisa Kromatografi Gas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ion Li+ yang di-doping ke dalam katalis CaO dapat meningkatkan reaksi pembentukan metil ester dari minyak sawit mentah (CPOlow grade) dengan kadar ALB > 3,5 %, dimana konsentrasi Li yang di-doping pada CaO paling baik adalah 1%, dengan hasil 90,88% metil ester. Kata Kunci: transesterifikasi, CPO, katalis heterogen, litium, kalsium oksida, metil ester.

vi


ABSTRACT The development of biodiesel which is derived from CPO shows a rising trend for petroleum-based energy reserves are running low. Oil palm is the largest plantation commodity in Indonesia, so, it has high potential as raw material of biodiesel. Transesterification is a reaction of producing biodiesel (methyl ester). Nevertheless, CPO is easy to be degraded by hydrolysis, so, it could increase the amount of Free Fatty Acid (FFA) content which hampers transesterification process. As a consequence, there is formation of soaps as side product. To maximize the production of biodiesel which is derived from palm oil that contains of large amount of FFA (CPOlow grade) one of the ways is by applying catalyst through dopedprocess. This research is held to give information about the effect of Li+ ion concentration (in LiNO3 form) which is doped to calcium oxide (CaO) to palm oil transesterification with the large amount of FFA to produce methyl ester, at temperature of 120oC, the ratio of methanol:CPO = 12:1 (mol/mol), catalyst amount 2,5% (w/w) CPO, for 3,5 hours and uses pressured reactor. The variable of research is Li concentration that is doped to CaO with concentration: 0%, 1% and 4% (w/w) CaO. The parameter test is methyl ester content that is derived from the result of transesterification with Gas Chromatography (GC) analysis. The research shows that Li+ ion that is doped to CaO catalyst could increase the reaction of methyl ester production which is derived from CPOlow grade with FFA> 3,5 %, in which the finest of Li concentration that is doped to CaO is 1%, with result of 90,88% methyl ester. Keywords:

transesterification, CPO, heterogeneous catalyst, lithium, calcium oxide, methyl ester.

vii


DAFTAR ISI Hal PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

i

PENGESAHAN

ii

PRAKATA

iii

DEDIKASI

iv

RIWAYAT HIDUP

v

ABSTRAK

vi

ABSTRACT

vii

DAFTAR ISI

viii

DAFTAR GAMBAR

x

DAFTAR TABEL

xii

DAFTAR LAMPIRAN

xiii

DAFTAR SINGKATAN

xiv

BAB I PENDAHULUAN

1

1.1 LATAR BELAKANG

1

1.2 RUMUSAN MASALAH

2

1.3 TUJUAN PENELITIAN

2

1.4 MANFAAT PENELITIAN

3

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

5

2.1 CPO

5

2.1.1 Kandungan ALB

5

2.1.2 Kelembapan

6

2.2 TRANSESTERIFIKASI

6

2.3 KATALIS

7

2.3.1 CaO

9

2.3.2 Li/CaO

11

2.3.3 Teknik Pen-doping-an dengan Metode Impregnasi Basah

13

2.4 POTENSI EKONOMI METIL ESTER DARI CPOLOW GRADE

17

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

22

viii


3.1 TEMPAT DAN WAKTU

22

3.2 BAHAN DAN ALAT

22

3.2.1 Bahan Penelitian

22

3.2.2 Alat Penelitian

22

3.2.3 Gambar dan Spesifikasi Reaktor

22

3.3 PROSEDUR PENELITIAN

24

3.3.1 Analisa Bahan Baku

24

3.3.1.1 Analisa Kandungan Asam Lemak

24

3.3.1.2 Analisa Kadar ALB

24

3.3.2 Preparasi Katalis (Li/CaO)

24

3.3.3 Transesterifikasi

25

3.3.4 Analisa Hasil

25

3.4 FLOWCHART PENELITIAN

27

3.4.1 Analisa Kadar ALB

27

3.4.2 Preparasi Katalis (Li/CaO)

28

3.4.3 Transesterifikasi

29

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

30

4.1 HASIL

30

4.1.1 Analisa Bahan Baku CPOlow grade

30

4.1.2 Hasil Transesterifikasi CPOlow grade

31

4.2 PEMBAHASAN

32

4.2.1 Pengaruh Konsentrasi Ion Li yang di-doping ke Dalam CaO terhadap Kandungan ME

33

4.2.2 Penentuan Penggunaan Doping Katalis yang Paling Baik

35

BAB V KESIMPULAN

38

5.1 KESIMPULAN

38

5.2 SARAN

38

DAFTAR PUSTAKA

39

ix


DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1 Reaksi transesterifikasi

6

Gambar 2.2 Mekanisme reaksi heterogen

8

Gambar 2.3 Mekanisme reaksi transesterifikasi basa heterogen dengan katalis

11

Gambar 2.4 Li teori versus Li aktual dari LiNO3 di-doping ke CaO

12

Gambar 2.5 Mekanisme impregnasi katalis

15

Gambar 2.6 Teknik pen-doping-an sol-gel katalis

16

Gambar 2.7 Simulasi bahan baku CPOlow grade terhadap nilai keuntungan

21

Gambar 3.1 Reaktor transesterifikasi bertekanan: (a) reaktor; (b) stirrer; (c) rangkaian reaktor + strrier; dan (d) rangkaian lengkap reaktor

23

Gambar 3.2 Flowchart analisa kadar ALB

27

Gambar 3.3 Flowchart preparasi katalis (Li/CaO)

28

Gambar 3.4 Flowchart transesterifikasi

29

Gambar 4.1 Chromatogram analisis GC dari hasil transesterifikasi CPOlow grade dengan katalis Li/CaO dengan doping Li 1 %

32

Gambar 4.2 Pengaruh % doping Li tehadap pembentukan ME

33

Gambar 4.3 Komposisi gliserida pada berbagai konsentrasi doping Li

35

Gambar 4.4 Perbandingan komposisi gliserida pada berbagai konsentrasi doping Li

36

Gambar L.1 Data chromatogram analisis GC dari hasil transesterifikasi CPOlow grade dengan katalis Li/CaO dengan doping Li 1 % Gambar L.2 Simulasi bahan baku CPOlow grade terhadap nilai keuntungan

43 51

Gambar L.3 Impregnasi basah untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a) 1% dan (b) 4%

52

Gambar L.4 Katalis pra-kalsinasi untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a) 1% dan (b) 4%

52

Gambar L.5 Katalis pasca kalsinasi untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a) 1% dan (b) 4%

53

Gambar L.6 Penghalusan dan pengayakan: (a) penghalusan; dan (b) pengayakan 60 mesh

53

x


Gambar L.7 Reaktor transesterifikasi bertekanan: (a) reaktor; (b) stirrer; (c) rangkaian reaktor + strrier; dan (d) rangkaian lengkap reaktor

54

Gambar L.8 Sentrifugasi ME + katalis Li/CaO 1%: (a) sebelum; dan (b) sesudah

55

Gambar L.9 Sentrifugasi ME + katalis Li/CaO 4%: (a) sebelum; dan (b) sesudah

55

xi


DAFTAR TABEL Hal Tabel 2.1 Komposisi asam lemak CPO

5

Tabel 2.2 Data produksi CPO domestik

17

Tabel 2.3 Data produksi, ekspor, dan konsumsi biodiesel (103 kiloliter)

17

Tabel 2.4 Perhitungan biaya listrik alat proses penelitian

19

Tabel 2.5 Perhitungan biaya bahan baku pada simulasi

20

Tabel 2.6 Perhitungan biaya listrik alat proses pada simulasi

20

Tabel 2.7 Perhitungan kajian ekonomi pada simulasi

20

Tabel 3.1 Variasi impregnasi pembuatan katalis Li/CaO

25

Tabel 4.1 Hasil analisa bahan baku CPOlow grade

30

Tabel 4.2 Komposisi asam lemak dari CPOlow grade

30

Tabel 4.3 Komposisi CPOlow grade

30

Tabel 4.4 Hasil pembentukan metil ester dan analisanya

31

Tabel 4.5 Tabel peak area

32

Tabel L.1 Bahan baku CPOlow grade

42

Tabel L.2 Komposisi asam lemak dari CPOlow grade

42

Tabel L.3 Komposisi CPOlow grade

42

Tabel L.4 Hasil pembentukan ME dengan analisa GC

42

Tabel L.5 Perhitungan biaya listrik alat proses penelitian

48

Tabel L.6 Perhitungan biaya bahan baku pada simulasi

49

Tabel L.7 Perhitungan biaya listrik alat proses pada simulasi

50

Tabel L.8 Perhitungan kajian ekonomi pada simulasi

50

Tabel L.9 Perhitungan hubungan antara jumlah bahan baku dan nilai keuntungan 51

xii


DAFTAR LAMPIRAN Hal LAMPIRAN 1. DATA PERCOBAAN

42

L.1.1 Data Bahan Baku CPOlow grade

42

L.1.2 Data Hasil Transesterifikasi

42

L.1.3 Data Chromatogram Analisis GC dari Hasil Transesterifikasi CPOlow grade

dengan Katalis Li/CaO Dengan Doping Li 1 %

L.1.4 Data Peak Area

43 44

LAMPIRAN 2. CONTOH PERHITUNGAN

45

L.2.1 Perhitungan Mol CH3OH

45

L.2.2 Perhitungan Massa CH3OH

45

L.2.3 Perhitungan Volume CH3OH

45

L.2.4 Perhitungan Jumlah Katalis yang Digunakan

45

L.2.5 Perhitungan Massa Li (dalam bentuk LiNO3) yang di-doping ke dalam CaO

45

L.2.6 Perhitungan Konsentrasi Ion Li+ (dalam bentuk LiNO3) yang didoping ke dalam CaO

46

L.2.7 Perhitungan Potensi Ekonomi Produk LAMPIRAN 3. FOTO PERCOBAAN

46 52

L.3.1 Impregnasi Basah

52

L.3.2 Pra-Kalsinasi

52

L.3.3 Pasca Kalsinasi

53

L.3.4 Penghalusan & Pengayakan

53

L.3.5 Reaktor

54

L.3.6 Sentrifugasi ME + Katalis Li/CaO 1%

55

L.3.7 Sentrifugasi ME + Katalis Li/CaO 4%

55

xiii


DAFTAR SINGKATAN ALB

Asam Lemak Bebas

CPO

Crude Palm Oil

FAME

Fatty Acid Methyl Ester

FFA

Free Fatty Acid

GC

Gas Chromatography

ID

Inside Diameter

OD

Outside Diameter

xiv


PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE DALAM KATALIS CaO TERHADAP REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT SKRIPSI

Recommend Documents