rikun bayu 2
DESCRIPTION
tentang rikunTRANSCRIPT
UNJUK KERJA REAKTOR KOLOM GELEMBUNG UNTUK
REAKSI SEREMPAK REAKSI ESTERIFIKASI DAN
TRANSESTERIFIKASI
INSTITUT TEKNOLOGI INDONESIA
PROPOSAL PENELITIAN
Anggi Novarita Simbolon 114120044
Syahirah 114120006
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
SERPONG
April 2015
HALAMAN JUDUL
UNJUK KERJA REAKTOR KOLOM GELEMBUNG UNTUK
REAKSI SEREMPAK REAKSI ESTERIFIKASI DAN
TRANSESTERIFIKASI
INSTITUT TEKNOLOGI INDONESIA
PROPOSAL PENELITIAN
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Strata 1
Program Studi Teknik Kimia di Institut Teknologi Indonesia
Anggi Novarita Simbolon 114120044
Syahirah 114120006
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
SERPONG
April 2015
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Laporan Penulisan ini adalah hasil karya saya sendiri,
dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan
dengan benar.
Nama :Anggi Novarita Simbolon
NIM : 114120044
Tanda Tangan :
Tanggal :
Nama : Syahirah
NIM : 114120006
Tanda Tangan :
Tanggal :
i
HALAMAN PENGESAHAN
Laporan Penelitian ini diajukan oleh :
Nama : Anggi Novarita Simbolon 114120044
: Syahirah 114120006
Judul : Unjuk Kerja Reactor Kolom Gelembung Untuk Reaksi Serempak
Reaksi Esterifikasi Dan Transesterifikasi
DEWAN PENGUJI
Pembimbing : Dr. Ir. Joelianingsih, M.T. (........................................)
Pembimbing : Agam Kalista, S.T , M.T. (........................................)
Penguji : (........................................)
Penguji : (........................................)
Ditetapkan di : Serpong
Tanggal : April 2015
Mengetahui,
Ketua Program Studi Teknik Kimia
(Dr. Ir. Sri Handayani, M.T.)
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas
berkat dan rahmat-Nya kami dapat menyelesaikan proposal penelitian ini.
Penulisan proposal ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk
mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Kimia, Institut Teknologi
Indonesia.
Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada semua pihak yang turut membantu dan mendukung
penyusunan proposal penelitian ini:
1. Dr. Ir. Joelianingsih, M.T. selaku Dosen Pembimbing I Penelitian Program
Studi Teknik Kimia Institut Teknologi Indonesia;
2. Agam Kalista, ST, M.T. selaku Dosen Pembimbing II Penelitian Program
Studi Teknik Kimia Institut Teknologi;
3. Dr. Ir. Sri Handayani, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia
Institut Teknologi Indonesia;
4. Dr. Ir. Enjarlis, M.T. selaku Koordinator Penelitian Program Studi Teknik
Kimia Institut Teknologi Indonesia;
5. Orang tua dan keluarga kami yang telah memberikan bantuan dukungan
material dan moral; dan
6. Teman-teman angkatan 2012 yang telah banyak membantu kami dalam
menyelesaikan laporan ini.
Akhir kata, semoga Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala
kebaikan semua pihak yang telah membantu. Penulis menyadari tidak ada gading
yang tak retak, tidak ada penelitian yang sempurna maka dari itu penulis
mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca. Semoga laporan
ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.
Serpong, April 2015
iii
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
LAPORAN UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademis Institut Teknologi Indonesia, saya yang bertanda tangan
di bawah ini :
Nama :
NIM :
Program Studi :
Jenis karya :
demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Institut Teknologi Indonesia Hak Bebas Royalti Non-eksklusif (Non-exclusive
Royalty-Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :
Unjuk Kerja Reactor Kolom Gelembung Untuk Reaksi Serempak Reaksi
Esterifikasi Dan Transesterifikasi
beserta perangkat yang ada (........); Dengan Hak Bebas Royalti Non-eksklusif ini
Institut Teknologi Indonesia berhak menyimpan, mengalih media/formatkan,
mengelola dalam bentuk angkalan data (database), merawat dan mempublikasikan
laporan saya selama tetap tercantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan
sebagai pemilik Hak Cipta.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di :
Pada Tanggal : April 2015
Yang menyatakan
iv
penulis
ABSTRAK
Nama : Anggi Novarita Simbolon 114120044
Syahirah 114120006
Nama Pembimbing : Dr. Ir. Joelianingsih, M.T. & Agam, S.T,M.T.
Program Studi : Teknik Kimia
Judul : Unjuk Kerja Reaktor Kolom Gelembung Untuk Reaksi
Serempak Reaksi Esterifikasi Dan Transesterifikasi
Sintesis biodiesel non katalitik dalam kondisi metanol superkritikal dilakukan pada
suhu dan tekanan tinggi. Penggunaan reaktor bertekanan tinggi membutuhkan
biaya investasi dan produksi yang cukup tinggi. Dalam mengurangi resiko biaya
yang besar untuk proses produksi dibutuhkan alternatif lain dalam pembuatan
biodiesel, salah satunya dengan penggunaan bubble column reaktor atau reaktor
kolom gelembung serta penyederhanaan proses. Reaktor kolom gelembung telah
dikembangkan untuk menghasilkan asam lemak metil ester (biodiesel) dengan
menggunakan uap superheated metanol secara terus menerus ke dalam minyak
nabati (minyak nyamplung) tanpa menggunakan bantuan katalis (non-katalitik)
pada tekanan 1 atmosfer. Terdapat dua jenis reaksi yang ada dalam metode ini
ialah esterifikasi asam lemak dan transesterifikasi triglyserida. Untuk
penyederhanaan proses, kedua reaksi ini akan dilakukan secara serempak
(bersamaan) didalam sebuah reaktor kolom gelembung. Tujuan penelitian ini
adalah menganalisa pengaruh suhu reaksi dan laju aliran metanol terhadap
keberhasilan proses reaksi serempak esterifikasi dan transesterifiikasi. Dengan
variabel suhu reaksi 250˚C; 270˚C; 290˚C dan laju alir metanol 2,5 ml/menit ; 5
ml/menit ; 7,5 ml/menit.
Kata Kunci: Biodiesel, non katalitik , reaktor kolom gelembung.
v
vi
ABSTRACT
Name : Anggi Novarita Simbolon 114120044
Syahirah 114120006
Supervisor : Dr. Ir. Joelianingsih, M.T. & Agam Kalista, ST, M.T.
Major : Chemical Enginering
Title : Bubble Column Reactor Performance For Simultaneous
Reaction in Esterification and Transesterification Reactions.
Shyntesis of non-catalytic biodiesel in supercritical methanol condition is in high
temperature and pressure. The implementation of high-pressure reactor requires
quite high investment and production costs. An alternative process is needed to
reducing the risk of substantial costs. One of the best alternative process is
implementation of a bubble column reactor and its simplification process. Bubble
column reactor has been developed to produce fatty acid methyl ester (biodiesel)
using methanol superheated gas as continuously become vegetable oil
(Calophyllum inophyllum L) without using any catalyst (non-catalytic) at
atmospheric pressure. There are two types of reactions that exist in this method,
they are fatty acid esterification and triglyceride transesterification. For
simplification process, esterification and transesterification reaction will be carried
out simultaneously (concurrently) in a bubble column reactor. The purpose of this
study is to analyze the effect of reaction temperature and the methanol flow rate
of the success of simultaneous esterification reaction and transesterifiikasi process.
With variable reaction temperatures 250oC; 270oC; 290oC and methanol flow rates
are 2.5 ml / min; 5 ml / min; 7.5 ml / min.
Keywords: Biodiesel, non-catalytic, bubble column reactor.
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS.....................................................i
HALAMAN PENGESAHAN................................................................................ii
KATA PENGANTAR...........................................................................................iii
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI.............................iv
LAPORAN UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS..........................................iv
ABSTRAK..............................................................................................................v
ABSTRACT...........................................................................................................vi
DAFTAR ISI.........................................................................................................vii
DAFTAR GAMBAR..............................................................................................x
DAFTAR TABEL..................................................................................................xi
BAB I......................................................................................................................1
PENDAHULUAN...................................................................................................1
1.1 Latar Belakang................................................................................................1
1.2 Perumusan Masalah........................................................................................3
1.3 Tujuan Penelitian............................................................................................4
1.4 Manfaat Penelitian..........................................................................................4
1.5 Batasan Masalah.............................................................................................4
1.6 Hipotesa..........................................................................................................5
BAB II.....................................................................................................................6
TINJAUAN PUSTAKA..........................................................................................6
2.1 Biodiesel.........................................................................................................6
2.2 Tanaman Nyamplung......................................................................................7
2.3 Pemanfaatan Minyak Nyamplung Sebagai Biodiesel.....................................8
viii
2.4 Proses Pembuatan Biodiesel.........................................................................10
2.4.1 Reaksi Esterifikasi.....................................................................................10
2.4.2 Reaksi Transesterifikasi............................................................................11
2.5 Faktor yang Mempengaruhi Reaksi Esterifikasi dan Transesterifikasi.......13
2.6 Reaktor Kolom Gelembung..........................................................................15
2.7 Sparger..........................................................................................................16
2.8 Laju Alir Metanol.........................................................................................17
2.9 Bilangan Asam..............................................................................................18
2.10 Bilangan Penyabunan.................................................................................19
BAB III..................................................................................................................20
METODE PENELITIAN......................................................................................20
3.1 Tempat Penelitian.........................................................................................20
3.1.1 Tempat.......................................................................................................20
3.2 Bahan dan Alat..............................................................................................20
3.2.1 Bahan.........................................................................................................20
3.2.2 Alat............................................................................................................20
3.3 Variabel dan Parameter.................................................................................22
3.3.1 Variabel.....................................................................................................22
3.3.2 Parameter...................................................................................................22
3.4 Prosedur Percobaan.....................................................................................22
3.4.1. Prosedur Penelitian...................................................................................23
3.4.2 Prosedur Akhir..........................................................................................25
3.4.3 Prosedur Pemisahan Biodiesel dengan Metanol........................................25
3.4.4 Analisis Kandungan Asam Lemak Pada Biodiesel....................................25
3.4.5 Analisis Angka Asam Pada Biodiesel Minyak Nyamplung.......................26
DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................30
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Jenis-Jenis Sparger (Behkish, A. 2004)..........................................................16
Gambar 2.2 Peta Aliran untuk Kolom Gelembung (Deckwer, WD,dkk.,1980).................18
Gambar 3 1 Rangkaian Alat Pembuatan Biodiesel………………………………………..20
Gambar 3.2 Skema Alat Rotary Evaporator........................................................................21
Gambar 3.3 Prosedur Awal Produksi Biodiesel..................................................................24
Gambar 3.4 Prosedur Akhir Produksi Biodiesel.................................................................25
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2 1 Komposisi Asam Lemak Minyak Nyamplung...................................................10
xi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Minyak bumi merupakan salah satu sumber energi yang banyak
digunakan. Eksploitasi yang berlebihan menyebabkan cadangan minyak bumi
yang dimiliki diperkirakan tidak lagi dapat mencukupi kebutuhan.
Berdasarkan laju pertumbuhan konsumsi solar 10 tahun terakhir, yaitu sekitar
6 % pertahun, permintaan solar tahun 2010 akan mencapai 36 juta kilo liter,
untuk itu impor solar Indonesia telah mencapai sekitar 5-6 juta kilo liter atau
sekitar 50 % dari total kebutuhan saat itu (Mindriany Syafila, et al, 2007).
Kertergantungan terhadap impor solar ini tentu saja harus dihindari atau paling
tidak pengurangannya harus diupayakan. Untuk mengatasi hal tersebut perlu
dilakukan sejumlah tindakan, di antaranya penyediaan bahan bakar alternatif
pengganti solar. Beberapa solusi untuk mengatasinya yaitu dengan
penghematan energi, penggunaan sumber energi baru, dan pemakaian sumber
energi terbarukan.
Biodiesel dibuat dengan mereaksikan minyak atau lemak dengan alkohol
sehingga akan dihasilkan alkil ester dan gliserol. Alkil ester inilah yang
disebut dengan biodiesel. Bahan baku biodiesel berasal dari minyak nabati
(minyak nyamplung) ini direaksikan didalam reaktor. Minyak nyamplung
mempunyai keunggulan, antara lain dapat menghasilkan yield yang cukup
tinggi, tidak dikonsumsi oleh manusia sehingga pemanfaatan nyamplung lebih
optimal dan tersebar merata secara alami di Indonesia dan memiliki daya
bertahan hidup yang tinggi, produktivitasnya tinggi hingga 20 ton/ ha jika
dibanding dengan jarak pagar. Sehingga biodiesel yang dihasilkan dapat
digunakan sebagai penganti solar.
Biodiesel dapat diproduksi secara katalis dan non-katalis. Proses
pembuatan biodiesel tanpa katalis mempunyai kelebihan diantaranya tidak
perlu dilakukan penghilangan FFA (Free Fatty Acid) dengan refining atau
Prodi Teknik Kimia - ITI 1
praesterifikasi, reaksi esterifikasi dan transesterifikasi dapat berlangsung
dalam satu reaktor sehingga minyak dengan kadar FFA (Free Fatty Acid)
tinggi dapat langsung digunakan, kondisi proses pemisahan dan pemurnian
produk lebih sederhana dan ramah lingkungan (Joelianingsih, dkk., 2008).
Reaktor biodiesel, berdasarkan prosesnya, dapat dibagi menjadi tiga
yaitu tipe batch, tipe semi batch, dan kontinyu. Proses dengan reaktor tipe
semi batch lebih efisien dari segi tenaga kerja dan energi serta lebih cocok
untuk skala produksi besar dibandingkan dengan tipe batch dan kontinyu.
Pada penelitan ini proses produksi biodiesel akan dilakukan secara semi batch.
Reaktor yang digunakan adalah reaktor kolom gelembung.
Reaktor gelembung kolom banyak digunakan untuk melakukan reaksi
gas-cair dalam berbagai aplikasi industri. Keuntungan dari reaktor kolom
gelembung ini adalah bahwa tidak memerlukan katalis, dan dengan demikian
transesterifikasi minyak dengan kandungan asam lemak bebas yang tinggi
dapat dicapai tanpa perlakuan pendahuluan (praesterifikasi) sebelumnya
(Joelianingsih et al, 2007).
Proses produksi biodiesel non katalitik telah dikembangkan oleh
Joelianingsih,dkk dalam suatu bubble column reactor (BCR) atau reaktor
kolom gelembung (RKG) melalui perancangan dan uji kinerja prototipe
reaktor kolom gelembung kapasitas 1 liter untuk produksi biodiesel
(Joelianingsih,dkk 2013, 2014) . Kelebihan dari reaktor kolom gelembung
adalah konstruksi sederhana, biaya operasi murah, effisiensi energi tinggi,
perpindahan panas dan perpindahan massa terjadi dengan baik (Mouza, dkk.,
2004). Reaksi transesterifikasi trigliserida untuk membentuk metil ester di
reaktor kolom gelembung menunjukkan bahwa reaktor ini bertindak sebagai
distilasi reaktif, dimana reaktor tidak hanya sebagai tempat reaksi tetapi juga
sebagai tempat pemisahan produk.
Menurut (Yamazaki, dkk., 2007) dan (Joelianingsih, dkk., 2007) dalam
reaktor kolom gelembung peran katalis digantikan oleh suhu operasi yang
Prodi Teknik Kimia - ITI 2
tinggi, sementara peran agitasi diambil alih oleh gelembung uap yang
terbentuk. Hasil percobaan menyimpulkan bahwa semakin tinggi suhu operasi
maka semakin tinggi konversi produk serta hasil reaksi, akan tetapi kemurnian
biodiesel yang dihasilkan menurun. Hal ini juga mengungkapkan bahwa
reaktor kolom gelembung yang berjalan dengan kondisi suhu tinggi akan
menyebabkan lebih banyak monogliserida terikut sebagai pengotor dalam
produk.
Sintesis biodiesel dengan reaksi esterifikasi secara semi batch
menggunakan reaktor gelas kaca dengan kapasitas minyak sebanyak 200ml,
telah dilakukan oleh Joelianingsih, dkk 2007. Pada tahun 2012 Joelianingsih,
dkk melakukan sintesis biodiesel secara kontinyu menggunakan reaktor kolom
gelembung berbahan stainless steel dengan kapasitas minyak dalam reaktor
sebanyak 200ml. Begitu pula pada penelitian selanjutnya tahun 2013, 2014
Joelianingsih,dkk melakukan sintesis biodiesel secara semi batch dengan
reaksi esterifikasi dan transesterifikasi menggunakan reactor kolom
gelembung dengan berbahahan stainless steel dengan kapasitas minyak
sebanyak 1 L, dimana untuk reaksi esterifikasi dilakukan pada kondisi suhu
reaksi 200oC, 225oC, 250oC, dan untuk reaksi transesterifikasi dilakukan pada
kondisi reaksi 250 oC , 270 oC, 290 oC. Penelitian tersebut dilakukan secara
terpisah antara reaksi esterifikasi dan transesterifikasi. Namun, untuk kinerja
reaktor kolom gelembung dengan reaski serempak antara reaksi esterifikasi
dan transesterifikasi belum pernah dilakukan sebelumnya.
1.2 Perumusan Masalah
Reaktor kolom gelembung telah dikembangkan untuk menghasilkan asam
lemak metil ester (biodiesel) dengan menggunakan uap superheated metanol
secara terus menerus ke dalam minyak nabati (minyak nyamplung) tanpa
menggunakan katalis pada tekanan atmosfer. Dua jenis reaksi yang ada dalam
metode ini ialah transesterifikasi triglyserida dan esterifikasi asam lemak
bebas. Kinerja reaktor kolom gelembung untuk reaksi esterifikasi asam lemak
bebas dan transesterifikasi sudah banyak dilakukan, namun kinerja reaktor
kolom gelembung dengan reaksi serempak antara reaksi esterifikasi dan
Prodi Teknik Kimia - ITI 3
transesterifikasi belum pernah dilakukan. Oleh karena itu, akan dilakukan
analisa pengaruh laju aliran metanol dan suhu reaktor terhadap keberhasilan
proses esterifikasi dan transesterifikasi secara serempak, sehingga didapat
kondisi optimum dari kinerja reaktor kolom gelembung dengan bahan baku
minyak nyamplung secara non-katalitik.
1.3 Tujuan Penelitian
a. Menganalisa pengaruh laju aliran metanol dan suhu reaktor terhadap
keberhasilan proses esterifikasi dan transesterifikasi secara serempak,
sehingga didapat kondisi optimum dari kinerja reaktor kolom gelembung
b. Menghasilkan biodiesel dari minyak nyamplung secara non katalitik
dengan reaktor kolom gelembung sesuai persyaratan Standar Nasional
Indonesia (SNI 7182:2012) dengan kadar metil ester 96,5% massa.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai metode penyederhanaan
proses dalam pembuatan biodiesel dengan melakukan reaksi serempak antara
esterifikasi dan transesterifikasi terhadap bahan baku yang memiliki kadar
asam lemak bebas yang tinggi dalam reaktor kolom gelembung yang
dilakukan secara non-katalitik, serta untuk mendukung industri nasional.
1.5 Batasan Masalah
Berdasarkan perumusan masalah diatas, maka dibuat batasan masalah
sebagai berikut :
a. Minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku adalah minyak
nyamplung.
b. Proses pembuatan biodiesel dalam reaksi non katalitik.
c. Temperatur reaktor kolom gelembung adalah (2500C, 2700C, 2900C) dan
laju alir metanol (2,5ml/menit, 5ml/menit dan 7,5ml/menit) dalam
pembuatan biodiesel dari minyak nyamplung.
Prodi Teknik Kimia - ITI 4
d. Uji kualitatif adalah angka asam (gr KOH), kadar metil ester (%-b) dengan
menggunakan metode SNI 7182:2012 yang sesuai dengan persyaratan SNI
7182:2012
1.6 Hipotesa
a. Semakin tinggi temperatur, reaksi akan berjalan semakin cepat maka untuk
mencapai konversi maksimal membutuhkan waktu semakin cepat.
b. Semakin cepat laju alir metanol pada proses pembuatan biodiesel laju
produksinya akan semakin besar.
c. Reaktor kolom gelembung dapat digunakan untuk sintesis biodiesel
berbahan baku minyak dengan kadar asam lemak bebas tinggi yang
dilakukan secara serempak antara esterifikasi dan transesterifikasi secara
non-katalitik.
Prodi Teknik Kimia - ITI 5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Biodiesel
Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang berasal dari
sumber yang terbarukan (Ma, dkk., 1999). Secara kimiawi biodiesel didefinisikan
sebagai monoalkil ester dari asam-asam lemak rantai panjang yang terkandung
dalam minyak nabati atau lemak hewani untuk digunakan sebagai bahan bakar
mesin diesel yang dapat diperbaharui (renewable), dapat terurai (biodegradable)
dan ramah lingkungan (Darnoko, dkk., 2001). Reaksi antara trigliserida dalam
minyak atau lemak akan menghasilkan gliserol bebas dan ester asam lemak (Duffy,
1852 dalam Mittelbach, Remschmidt, 2004), ester asam lemak inilah yang disebut
dengan biodiesel.
Biodiesel bisa digunakan dengan mudah karena dapat bercampur dengan
segala komposisi dengan minyak solar, karena mempunyai sifat-sifat fisik yang
mirip dengan solar biasa sehingga dapat diaplikasikan langsung untuk mesin-mesin
diesel yang ada hampir tanpa modifikasi.
Biodiesel memiliki beberapa kelebihan dibanding bahan bakar diesel
petroleum, antara lain merupakan bahan bakar yang tidak beracun dan dapat
dibiodegradasi, mempunyai bilangan setana yang tinggi, mengurangi emisi karbon
monoksida, hidrokarbon dan NOx dan terdapat dalam fase cair. Biodiesel
merupakan bahan bahan bakar mesin diesel (non petroleum) dan mengandung
rantai alkil pendek (metil atau etil) ester. Metil ester atau etil ester merupakan
senyawa yang relatif stabil, berupa cairan pada suhu ruang (titik leleh antara 4-
180C), non korosif serta memiliki titik didih yang rendah. Biodiesel tersusun dari
berbagai macam ester asam lemak yang dapat diproduksi dari minyak tumbuhan
maupun lemak hewan. Minyak tumbuhan yang sering digunakan antara lain
minyak sawit (palm oil), minyak kelapa, minyak jarak pagar dan minyak biji kapok
randu, sedangkan lemak hewani seperti lemak babi, lemak ayam, lemak sapi dan
juga lemak yang berasal dari ikan (Wibisono, 2007).
Prodi Teknik Kimia – ITI 6
2.2 Tanaman Nyamplung
Tanaman nyamplung (Calophyllum inophyllum L) adalah salah satu spesies
tanaman mangrove dari famili Calophyllaceae. Callophylum inophyllum L dapat
ditemukan di hampir seluruh daerah di Indonesia khususnya wilayah pesisir pantai
dan di Taman Nasional (TN) Alas Purwo, TN Kepulauan Seribu, TN Baluran, TN
Ujung Kulon, TN Berbak, kawasan pantai pangandaran dan Batukaras di Ciamis,
Pantai Cerita Banten, Wilayah Papua dan Maluku Utara (Bustomi,dkk., 2008).
Potensi minyak nyamplung yang dihasilkan di Indonesia cukup besar, yaitu
39.405,6 ton/tahun atau 43.784.000 kL/tahun.
Biji buah pohon nyamplung selama ini belum dimanfaatkan secara
maksimal. Biji dari tanaman nyamplung memiliki banyak kandungan senyawa
kimia, antara lain: senyawa lakton yaitu kolofiloida dan asam kalofilat, tacamahin,
asam tacawahol, bummi, resin minyak atsiri, senyawa pahit, calanolide A,
sitosterol, lendir, gliserin, minyak lemak, tannin, takaferol, dan karatenoid
(Sudrajat, 2008). Buah nyamplung memiliki kandungan minyak nabati antara 40-
73%. Tanaman nyamplung tersebut memiliki biji yang berpotensi menghasilkan
minyak nyamplung, terutama biji yang sudah tua. Kandungan minyaknya
mencapai 40-70% dan mempunyai ketahanan bakar dua kali lipat lebih lama
dibandingkan minyak tanah (Heyne, k, 1987).
Tanaman Nyamplung (Callophyllum inophyllum Linn) mempunyai nama
daerah lain seperti bintangor, mentangur, penanga, bunut, punaga, bataoh,
bentangur, butoo, jampelung, jinjit, mahadingan, maharunuk, betau, bintula,
dinggale, pude, wetai dan lain-lain serta daerah penyebarannya di Indonesia
meliputi Sumatera Barat, Riau, Jambi, Sumatera Selatan, Lampung, Jawa,
Kalimantan Barat, Kalimantan Tengah, Sulawesi, Maluku dan Nusa Tenggara
Timur. Berdasarkan pengamatan di Kebumen, nyamplung banyak tumbuh di 6
kecamatan khususnya di daerah dekat pantai yaitu kecamatan Ambal, Mirit, Bulus
Pesantren, Klirong, Puring dan Petanahan.
Pohon nyamplung adalah tumbuhan berukuran medium dengan tinggi pohon
bisa mencapai 8-20 meter bahkan ada yang mencapai 30-35 meter. Tinggi batang
Prodi Teknik Kimia – ITI 7
bebas cabang mencapai 21 meter dengan diameter mencapai 0,8 meter. Batang
pohon berwarna abu-abu hingga putih dengan percabangan mendatar. Akar
tunggang, bulat dan coklat (Martawijaya, dkk., 2005).
Daun nyamplung merupakan daun tunggal, berbentuk oval dengan ujung
meruncing, tebal dan berwarna hijau tua mengkilap serta tidak berbulu. Bunga
nyamplung biasanya muncul diketiak, umumnya tidak bercabang tetapi kadang-
kadang bercabang yang terdiri dari 3 bunga pada setiap cabangnya, bunga
nyamplung berwarna putih dengan diameter 2 cm, jumlah kelopak empat buah,
memiliki benang sari banyak, tangkai putik membengkok, kepala putik bentuk
perisai (Friday and Okano, 2006).
Buah nyamplung berbentuk seperti peluru dengan ujung berbentuk lancip
dengan panjang 25-50 mm. Kulit luar buah berwarna hijau selama masih
bergantung di pohon dan berubah menjadi kekuningan atau kecoklatan setelah
matang. Daging buah tipis dan lambat laun akan menjadi keriput, rapuh dan
mengelupas dimana di dalamnya terdapat seb uah inti berwarna kuning terutama
jika sudah dijemur (Heyne, K.,1987). Biji nyamplung berukuran cukup besar
dengan ukuran diameter 2-4 cm. Biji nyamplung dapat diperoleh dengan
membersihkan kulit dan sabut dari biji nyamplung. Dalam setiap 1 kg terdapat
100-200 biji nyamplung.
2.3 Pemanfaatan Minyak Nyamplung Sebagai Biodiesel
Minyak biji nyamplung memiliki fraksi padat yang cukup tinggi mengingat
kadar asam lemak bebas minyak nyamplung cenderung lebih tinggi dibanding
dengan minyak sawit dan minyak goreng bekas (Sahirman dkk., 2010). Fraksi
padat minyak nyamplung tersusun atas komponen asam lemak jenuh rantai
panjang seperti tripalmitin, tristearin dan triarakidin serta komponen tidak
tersabunkan lainnya. Hal ini mendasari perlunya proses pemurnian jika minyak biji
nyamplung akan diaplikasikan pada bahan bakar atau produk turunan lainnya.
Pemurnian minyak nabati bertujuan untuk menghilangkan rasa dan bau yang
tidak diinginkan, warna yang tidak menarik, dan memperpanjang waktu
simpannya. Kombinasi purifikasi dapat berupa proses degumming, netralisasi,
Prodi Teknik Kimia – ITI 8
bleaching dan deodorisasi (Ketaren, 1986). Secara umum pembuatan biodiesel dari
nyamplung adalah pengambilan daging buah dan pemisahan tempurung,
pemgukusan, pemisahan getah (degumming) dengan asam fosfat 1% dan
esterifikasi dengan methanol 20:1 (perbandingan mol methanol dengan asam
lemak bebas) serta transesterifikasi (perbandingan methanol dengan minyak 6:1).
Beberapa penelitian pembuatan biodiesel dari tanaman nyamplung telah
dilakukan diantaranya adalah Yudistira (2008) membuat biodiesel dari minyak
nyamplung dan methanol dengan proses transesterifikasi menggunakan katalis
basa (NaOH) dengan perbandingan antara minyak nyamplung dengan methanol
perbandingan 1 : 4, 1 : 6 dan 1 : 8 serta dengan dan tanpa reaksi netralisasi. Proses
pengukusan membutuhkan waktu yang lama dan pemisahan getah dilakukan
dengan konsentrasi yang tinggi karena biji nyamplung mengandung banyak zat
ekstraktif.
Proses pembuatan minyak mentah biji nyamplung menjadi biodiesel adalah
proses esterifikasi dan transesterifikasi. Proses ini merupakan proses alkoholis
yang menggunakan metanol sebagai reaktan. Pada kondisi kadar asam lemak
bebas kurang dari 2% maka pemakaian metanol berkisar antara 5 – 10 persen
(Sudrajat, 2008). Metanol diumpankan dalam reaksi esterifikasi maupun
transesterifikasi dalam jumlah lebih untuk mendapatkan konversi maksimum.
Pemakaian alkohol yang berlebih tentu saja menambah biaya produksi pembuatan
biodiesel, oleh karena itu perlu dilakukan penelitian tentang reaksi esterifikasi
minyak nyamplung menjadi biodiesel. Minyak mentah biji nyamplung banyak
mengandung gum, phospholipids dan zat lain yang menyebabkan proses
pembuatan biodiesel kurang maksimal. Proses ekstraksi biji nyamplung
menggunakan metode degumming (penghilangan getah) dan konsentrasi metanol
yang baik diharapkan mampu menghasilkan biodiesel berbasis biji nyamplung
yang lebih maksimal (Hambali,dkk., 2006). Komposisi asam lemak pada minyak
nyamplung dapat terlihat pada tabel 2.1
Prodi Teknik Kimia – ITI 9
Tabel 2 1 Komposisi Asam Lemak Minyak Nyamplung
No. Jenis Asam Lemak Prosentase (%)
1. Asam lemak jenuh 29,415
- Asam Palmitat (C16:0) 14,318
- Asam Stearat (C18:0) 15,097
2. Asam lemak tidak jenuh 70,325
- Asam Palmitoleat (C16:1) 0,406
- Asam Oleat (C18:1) 35,489
- Asam Lenoleat (C18:2) 33,873
- Asam Linolenat (C18:3) 0,557
(Sumber : Hadi, 2009)
2.4 Proses Pembuatan Biodiesel
Proses pembuatan biodiesel dari minyak nyamplung dilakukan dengan
proses reaksi esterfikasi dan transesterifikasi diantaranya sebagai berikut:
2.4.1 Reaksi Esterifikasi
Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi
ester. Reaksi esterifikasi memiliki energi aktivasi yang tinggi dan
membutuhkan waktu yang lama untuk mencapai kesetimbangan, oleh
sebab itu diperlukan katalis homogen atau heterogen agar kesetimbangan
dicapai dalam waktu singkat. Reaksi esterifikasi dapat dilihat dalam
persamaan
RCOOH + CH3OH RCOOCH3 + H2O
Asam lemak Metanol Metil ester Air
Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak
berkadar asam lemak bebas tinggi (angka asam > 5 mg–KOH/g). Pada
tahap ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil ester.
Tahap esterifikasi biasa diikuti dengan tahap transesterifikasi. Namun
sebelum produk esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air
Prodi Teknik Kimia – ITI 10
dan bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya harus dihilangkan
terlebih dahulu.
2.4.2 Reaksi Transesterifikasi
Reaksi transesterifikasi disebut juga reaksi alkoholisis dan proses ini
sering dikaitkan dengan proses untuk mengurangi viskositas trigliserida
(Otera, 1993). Tahap yang paling menentukan dalam proses
mengubah minyak menjadi metil ester adalah transesterifikasi yang
merupakan reaksi dua arah. Trigeliserida sebagai komponen utama dari
minyak nabati bila direaksikan dengan alkohol (metanol) maka ketiga
rantai asam lemak akan dibebaskan dari skeleton gliserol dan bergabung
dengan methanol untuk menghasilkan asam lemak alkil ester (asam
lemak metil ester atau FAME) dan menghasilkan produk samping yaitu
gliserol. Proses transesterifikasi menggunakan katalis disebut proses
transesterifikasi katalitik sedangkan proses transesterifikasi tanpa katalis
disebut proses transesterifikasi non-katalitik. Tanpa adanya katalis,
produk biodiesel yang dihasilkan bisa mencapai maksimum, namun
reaksi berjalan dengan lambat. Pada pembuatan biodiesel tanpa
menggunakan katalis, dalam proses transesterifikasi minyak dilakukan
pada suhu dan tekanan tinggi, yaitu berada antara suhu 350˚C dan
tekanan 43 Mpa. Proses ini sering disebut sebagai proses
transesterifikasi dengan kondisi superkritik metanol. Proses superkritik
metanol ini memiliki beberapa kelebihan diantaranya tidak dipengaruhi
oleh kondisi asam karena asam lemak bebas yang terkandung dalam
bahan akan teresterifikasi menjadi metil ester secara simultan, tingkat
konversi minyak menjadi metil ester tinggi, waktu proses yang lebih
singkat dan tidak dipengaruhi oleh keberadaan air. Namun metode ini
memiliki kelemahan yaitu perlunya safety treatment karena dalam
prosesnya melibatkan suhu dan tekanan tinggi (Dermibas, A., 2002).
Transesterifikasi non-katalis dengan reaktor kolom gelembung
menggunakan metode Superheated Methanol Vapor merupakan salah
Prodi Teknik Kimia – ITI 11
satu metode pengolahan biodiesel dengan tujuan pengurangan waktu
reaksi, peniadaan penggunaan katalis, purifikiasi yang lebih baik dan
meningkatkan mutu hasil proses biodiesel. Metode Superheated
Methanol Vapor dilakukan pada kondisi suhu reaksi yang tinggi dan
tekanan yang rendah (1 atm). Berikut ini merupakan proses reaksi
transesterifikasi 3 tahapan sebagai berikut :
trigliserida alkohol digliserida ester (2.2)
digliserida alkohol monogliserida ester (2.3)
monogliserida alkohol gliserin ester (2.4)
Reaksi keseluruhan yang terjadi dapat dilihat pada Persamaan 2.5
+ 3CH3OH +
trigliserida Methanol Ester metil Gliserol (2.5)
asam lemak
Prodi Teknik Kimia – ITI 12
Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta
perolehan biodiesel melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut
(Freedman, 1984):
a. Pengaruh air dan asam lemak bebas
Minyak nabati yang akan ditransesterifikasi harus memiliki angka
asam yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang menyarankan agar
kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0.5% (<0.5%). Selain itu,
semua bahan yang akan digunakan harus bebas dari air.
2.5 Faktor yang Mempengaruhi Reaksi Esterifikasi dan Transesterifikasi
Faktor-faktor yang berpengaruh pada reaksi esterifikasi dan
transesterifikasi antara lain :
a. Waktu Reaksi
Semakin lama waktu reaksi maka kemungkinan kontak antar zat
semakin besar sehingga akan menghasilkan konversi yang besar. Jika
kesetimbangan reaksi sudah tercapai maka dengan bertambahnya
waktu reaksi tidak akan menguntungkan karena tidak memperbesar
hasil.
b. Pengadukan
Pengadukan akan menambah frekuensi tumbukan antara molekul
zat pereaksi dengan zat yang bereaksi sehingga mempercepat reaksi
dan reaksi terjadi sempurna.
c. Katalisator
Katalisator berfungsi untuk mengurangi tenaga aktivasi pada
suatu reaksi sehingga pada suhu tertentu harga konstanta kecepatan
reaksi semakin besar. Pada reaksi esterifikasi yang sudah dilakukan
biasanya menggunakan konsentrasi katalis antara 1 - 4 % berat
sampai 10 % berat campuran pereaksi (Mc Ketta, 1978).
d. Suhu Reaksi
Temperatur dalam reaksi merupakan hal yang penting untuk
diperhatikan, semakin tinggi temperatur maka konversi reaksi
semakin tinggi karena molekul yang bergerak di dalam larutan
Prodi Teknik Kimia – ITI 13
memiliki sejumlah tertentu energi potensial dalam ikatan-ikatan
atomnya dan sejumlah energi kinetik dalam gerakan atom-atomnya.
Agar bereaksi, molekul-molekul yang bertumbukan itu harus
mengandung cukup energi potensial untuk mencapai keadaan transisi
pada saat bertumbukan dan terjadi pematahan ikatan. Energi yang
harus dimiliki molekul untuk melewati keadaan transisi ini
merupakan energi aktivasi, sehingga semakin besar energi potensial
yang dimiliki molekul akibat pemanasan atau kenaikan suhu, semakin
mudah molekul melewati keadaan transisi dan reaksi yang terjadi
semakin cepat.
Semakin tinggi temperatur operasi maka reaksi semakin cepat
sehingga konversi maksimal akan cepat tercapai. Temperatur yang
tinggi akan mengakibatkan tumbukan antara molekul-molekul yang
semakin banyak karena pergerakan molekul yang semakin cepat. Hal
ini sesuai dengan persamaan Arhenius. Apabila temperatur tinggi
maka nilai konstanta laju reaksi (k) makin besar, sehingga reaksi
berjalan cepat dan laju produksi akan meningkat.
k = A e. (-Ea/RT) (2.6)
Keterangan :
k = konstanta laju reaksi
A = Frekuensi Tumbukan
R = Konstanta Gas
T = Temperatur
Ea = Energi Aktivasi (Levenspiel, 1985)
e. Rasio molar metanol dengan minyak
Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi
adalah 3 mol untuk setiap 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3 mol
alkil ester dan 1 mol gliserol. Perbandingan alkohol dengan minyak
nabati 4,8:1 dapat menghasilkan konversi 98%(Bradshaw and Meuly,
1944). Secara umum ditunjukkan bahwa semakin banyak jumlah
alkohol yang digunakan, maka konversi yang diperoleh juga akan
semakin bertambah. Pada rasio molar 6:1, setelah 1 jam konversi
Prodi Teknik Kimia – ITI 14
yang dihasilkan adalah 98-99%, sedangkan pada 3:1 adalah 74-89%.
Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6:1 karena dapat memberikan
konversi yang maksimum.
f. Jenis alkohol
Pada rasio 6:1, metanol akan memberikan perolehan ester yang
tertinggi dibandingkan dengaan menggunakan etanol atau butanol.
g. Jenis katalis
Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi
transesterifikasi bila dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa
yang paling populer untuk reaksi transesterifikasi adalah natrium
hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), natrium metoksida
(NaOCH3), dan kalium metoksida (KOCH3).
2.6 Reaktor Kolom Gelembung
Reaktor adalah suatu alat tempat terjadinya suatu reaksi kimia untuk
mengubah suatu bahan menjadi bahan lain yang mempunyai nilai ekonomis
lebih tinggi. Reaktor kolom gelembung pada dasarnya adalah sebuah bejana
silinder dengan distributor gas di bagian bawah alat dimana gas disemprotkan
dalam bentuk gelembung ke fasa cair atau disebut dengan suspensi cair-gas
(Kantarci, dkk., 2005). Reaktor dapat diklasifikasikan atas dasar cara operasi,
fase maupun geometrinya. Berdasarkan cara operasinya dikenal reaktor batch,
semi batch, dan kontinyu. Berdasarkan fase reaksi yang terjadi didalamnya
reaktor diklasifikasikan menjadi reaktor homogen dan reaktor heterogen
sedangkan dilihat dari geometrinya dibedakan reaktor tangki berpengaduk,
reaktor kolom, reaktor fluidisasi dan lain lain. Dari berbagai macam reaktor
yang digunakan untuk kontak antara fase gas-cair diantaranya dikenal reaktor
kolom gelembung (bubble coloumn reactor) dan reaktor air lift. Penggunaan
teknologi reaktor gelembung untuk produksi biodiesel telah jarang
dieksplorasi dalam literatur sejauh ini. Sebuah reaktor kolom gelembung
memiliki potensi untuk proses intensifikasi teknik lebih tinggi secara
signifikan.
Prodi Teknik Kimia – ITI 15
Pembuatan biodiesel dalam kondisi metanol superkritis dilakukan pada
suhu dan tekanan tinggi. Penggunaan reaktor bertekanan tinggi selain
membutuhkan biaya investasi dan produksi yang tinggi juga beresiko
membahayakan keamanan dan keselamatan karena lebih mudah meledak
(Joelianingsih,dkk., 2008) untuk mengurangi resiko kecelakaan dan biaya
yang dikeluarkan untuk proses produksi maka dibutuhkan alternatif lain dalam
pembuatan biodiesel, salah satunya dengan penggunaan Bubble Column
Reactor (BCR) atau reaktor kolom gelembung. Pada metode Superheated
Methanol Vapor (SMV)-Bubble Column, reaktor kolom gelembung berfungsi
sebagai tempat terjadinya reaksi antara minyak dengan metanol (cair-gas) dan
sekaligus berfungsi sebagai pemisah antara metanol dengan minyak.
Dalam reaksi pembuatan biodiesel dengan reaktor kolom gelembung,
bidang antar muka antara gelembung metanol dan minyak di sekitarnya sangat
berpengaruh terhadap laju reaksi. Semakin besar bidang antar muka dan
semakin lama waktu tinggal gelembung metanol dalam fasa cair (minyak),
akan memperbesar laju reaksi (Yamazaki et al, dalam Joelianingsih 2006).
Laju reaksi dikendalikan oleh perpindahan massa di bidang antar muka
(Joelianingsih et al, 2006). Hal ini dapat diperbaiki dengan memperbesar luas
antar muka minyak dan metanol dengan cara memperbanyak jumlah
gelembung dan memperkecil diameter gelembung. Semakin luas bidang antar
muka maka perpindahan massa semakin baik sehingga waktu reaksi lebih
pendek.
2.7 Sparger
Sparger terletak di bagian bawah reaktor dan berperan sebagai alat
pemecah gelembung metanol agar gelembung yang terbentuk kecil sehingga
memiliki luas permukaan yang besar sehingga laju difusi akan lebih cepat dan
kadar oksigen terlarut dapat meningkat. Bouaifi,dkk., menyatakan bahwa
semakin kecil gelembung, semakin besar nilai kenaikan gas. Dengan demikian
disimpulkan bahwa dengan distributor lubang gas kecil maka nilai kenaikan
Prodi Teknik Kimia – ITI 16
gas lebih tinggi. Sistem sparger di reaktor harus dioptimalkan agar mampu
menghasilkan gelembung metanol yang banyak dan kecil sehingga reaksi antar
fasa (minyak dan uap metanol) dapat berlangsung merata di seluruh bagian
cairan minyak dalam reaktor dan menghasilkan yield produk yang meningkat.
Jenis sparger disajikan pada gambar 2.1
Gambar 2.1 Jenis-Jenis Sparger (Behkish, A. 2004)
2.8 Laju Alir Metanol
Karakterisasi dinamis cairan pada reaktor kolom gelembung memiliki
dampak yang signifikan terhadap operasi dan kinerja reaktor kolom
gelembung. Menurut literatur, aliran dalam kolom gelembung diklasifikasikan
dan dipertahankan sesuai dengan superficial gas velocity yang terjadi dalam
kolom. Tidak ada penggabungan atau pemisahan gelembung, sehingga ukuran
gelembung dalam aliran hampir sepenuhnya dapat terditeksi oleh sparger
(Thorat, BN., and Joshi, JB., 2004). Kawagoe, et al (1976) menemukan bahwa
gas hold-up dalam aliran homogen akan meningkat secara linier seiring
meningkatnya superficial gas velocity.
Aliran heterogen dipertahankan pada superficial gas velocity yang lebih
tinggi (lebih dari 5 cm/s dalam kolom batch). Aliran ini ditandai dengan
adanya gangguan dari sistem gas -cair homogen karena peningkatan gerak
gelembung gas yang turbulen, aliran ini memiliki ukuran gelembung yang
berbeda-beda (Schumpe, A., and Grund, G., 1986). Aliran turbulen sering
ditemukan pada industri dengan ukuran diameter kolom yang besar.
Prodi Teknik Kimia – ITI 17
Ditunjukkan bahwa koefisien perpindahan massa gas–cair lebih rendah dari
aliran turbulen (heterogen) dibandingkan dengan aliran homogen.
Transisi gas velocity bergantung pada dimensi kolom (diameter dan tinggi
reaktor), desain sparger dan sifat fisika dari sistem. Transisi dari aliran
gelembung menjadi aliran turbulen dalam kolom gelembung meningkatkan
superficial gas velocity, transisi velocity meningkat seiring dengan
meningkatnya densitas gas. Gas hold up merupakan bilangan tak berdimensi
yang menjadi parameter dari tujuan desain dengan karakterisasi fenomena
transport dari sistem kolom gelembung. Superficial gas velocity adalah
kecepatan rata-rata gas yang disemburkan ke dalam kolom yang hanya
dinyatakan sebagai laju aliran volumetrik dibagi dengan luas penampang
kolom, hold up gas dalam kolom gelembung tergantung pada kecepatan gas
superfisial dimana jika gas hold up meningkat maka kecepatan gas superfisial
meningkat. Peta aliran untuk kolom gelembung disajikan pada gambar 2.2
Gambar 2.2 Peta Aliran untuk Kolom Gelembung (Deckwer,
WD,dkk.,1980)
2.9 Bilangan Asam
Bilangan asam adalah ukuran dari jumlah asam lemak bebas,serta dihitung
berdasarkan berat molekul dari asam lemak atau campuran asam lemak.
Bilangan asam dinyatakan sebagai jumlah milligram KOH yang digunakan
untuk menetralkan asam organik dan anorganik yang terdapat dalam 1 gram
Prodi Teknik Kimia – ITI 18
minyak atau lemak (Ketaren, 1986). Bilangan asam dipergunakan untuk
mengukur jumlah asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak atau lemak.
Besarnya bilangan asam tergantung dari kemurnian dan umur dari minyak atau
lemak tersebut (Ketaren, 1986).
Bilangan asam yang besar menunjukkan asam lemak bebas yang besar
pula, yang berasal dari hidrolisa minyak atau lemak, ataupun karena proses
pengolahan yang kurang baik. Makin tinggi bilangan asam, maka makin
rendah kualitasnya (Sudarmadji, 2003).
2.10 Bilangan Penyabunan
Lemak dan minyak dapat terhidrolisis,lalu menghasilkan asam lemak dan
gliserol. Proses hidrolisis yang disengaja biasa dilakukan dengan penambahan
basa kuat seperti NaOH atau KOH, melalui pemanasan dan menghasilkan
gliserol dan sabun. Proses hidrolisis minyak oleh alkali disebut reaksi
penyabunan atau saponifikasi.( Estien Yazid:2005;54)
Bilangan penyabunan dapat dipergunakan untuk menentukan berat molekul
minyak dan lemak secara kasar. Minyak yang disusun oleh asam lemak
berantai C pendek berarti mempunyai angka penyabunan relative besar dan
sebaliknya dengan berat molekul besar mempunyai angka penyabunan relatif
kecil. Bilangan penyabunan dinyatakan sebagai banyaknya ( mg ) KOH yang
dibutuhkan untuk menyabunkan satu gram lemak atau minyak. Lemak yang
mengandung komponen yang tidak tersabunkan seperti sterol mempunyai
bilangan penyabunan rendah. Namun, untuk minyak yang mengandung asam
lemak tidak jenuh tidak mempunyai bilangan penyabunan tinggi. Tingginya
bilangan penyabunan ini disebabkan ikatan tidak jenuh dapat teroksidasi
menghasilkan pembentukan gugus karbonil yang pada akhirnya dapat juga
bereaksi dengan alkali.
Prodi Teknik Kimia – ITI 19
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat Penelitian
3.1.1 Tempat
Laboratorium Penelitian Program Studi Teknik Kimia Institut Teknologi Indonesia
3.2 Bahan dan Alat
3.2.1 Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak
nyamplung yang telah melalui proses degumming dari Koperasi Jarak
Lestari, Cilacap, Jawa Tengah dan metanol PA 99,8% yang di produksi
oleh PT Smart – Lab Indonesia.
3.2.2 Alat
Proses produksi biodiesel dari minyak nyamplung menggunakan rangkaian alat yang digambarkan pada Gambar 3.1 :
Prodi Teknik Kimia – ITI 20
Gas
N
2
Gambar 3 1 Rangkaian Alat Pembuatan Biodiesel
Keterangan alat :
T-01 : Tangki metanol v-01 : Valve
P-01 : Pompa S-01 : Superheater
FM : Flow meter R-01: Reaktor kolom gelembung
TIC : Kontrol temperatur C-01 : Kondensor
V-01 : Vaporizer T-02 : Tangki penampung
Proses pemurnian biodiesel dilakukan dengan cara memisahkan
biodiesel dengan metanol menggunakan alat rotary evaporator sesuai
dengan skema pada gambar 3.2 :
Gambar 3.2 Skema Alat Rotary Evaporator
Keterangan alat :
1. Penangas air (Waterbath)
2. Labu bulat sampel
3. Kondensor
4. Labu alas bulat penampung distilat
Prodi Teknik Kimia – ITI 21
5. Pompa vakum
3.3 Variabel dan Parameter
3.3.1 Variabel
1. Laju alir metanol (2,5 mL/menit; 5 mL/menit; 7,5 mL/menit)
2. Suhu reaksi ( 2500C, 2700C, 2900C)
3.3.2 Parameter
Uji Kuantitatif :
a. Laju Produksi = (3.1)
Uji Kualitatif :
a. Aa : Angka asam (mg/g)
b. Kadar metil ester dengan menggunakan Chromatography Gas atau metode uji SNI 7182:2012.
Kadar metil ester (%b) = 100 (As-Aa-18,27Gm)
3.4 Prosedur Percobaan
Minyak nyamplung sebanyak 1 liter diumpankan ke dalam reaktor kolom
gelembung. Kemudian metanol dalam bentuk cair di pompa untuk dialirkan ke
dalam vaporizer sehingga akan terbentuk uap metanol. Uap metanol yang
terbentuk selanjutnya dialirkan ke dalam superheater dan kemudian ke reaktor
melewati lubang-lubang sparger yang ada di bagian dalam bawah reaktor. Suhu
reaktor disesuaikan dengan suhu yang divariasikan yaitu 2500C, 2700C, 2900C. Di
dalam reaktor terjadi kontak antara minyak nyamplung dan uap metanol sehingga
menghasilkan produk biodiesel yang megandung metanol. Setiap interval waktu
Prodi Teknik Kimia – ITI 22
As
(@20 menit), sampel diambil dan diletakkan dalam botol sampel. Berikut ini
merupakan diagram alir prosedur penelitian produksi biodiesel.
3.4.1. Prosedur Penelitian
Semua peralatan (vaporizer,superheater dan reaktor) dipastikan dalam keadaan kosong
Semua kran dalam keadaan tertutup
Reaktor diisi dengan 1 liter minyak nyamplung
Sparger dipasang
Tutup reaktor dipasang dengan karet penyekatnya dan kencangkan
Wadah methanol diisi umpan sampai penuh
Kran keluaran reaktor dibuka
Kran penampung produk (1/2 bukaan) dibuka
Pemanas reaktor dinyalakan sampai suhu yang diinginkan
(2500C, 2700C, 2900C)
Pompa air pendingin dinyalakan dan dijaga suhu air pendingin + 15 oC
Prodi Teknik Kimia – ITI 23
Menginjeksikan gas nitrogen ke dalam alat RKG
Vaporizer dinyalakan sampai suhu 2000C
Pompa metanol dinyalakan sesuai dengan laju alir yang di
variasikan (2,5; 5; 7,5)mL/menit
Kran masuk vaporizer dibuka untuk mengalirkan umpan metanol cair
Kran keluaran superheater dibuka secara perlahan
Kran keluaran reaktor dibuka
Waktu reaksi dihitung saat produk mulai keluar dari kondensor
Pengambilan sampel dilakukan dengan interval waktu tertentu
(contoh : @20 menit)
Kembali dilakukan percobaan untuk variabel lainnya
Prosedur penutupan dilakukan setelah percobaan selesai
Gambar 3.3 Prosedur Awal Produksi Biodiesel
Prodi Teknik Kimia – ITI 24
3.4.2 Prosedur Akhir
Gambar 3.4 Prosedur Akhir Produksi Biodiesel
3.4.3 Prosedur Pemisahan Biodiesel dengan Metanol
Proses pemurnian biodiesel dilakukan dengan cara memisahkan
biodiesel dengan metanol menggunakan alat rotary evaporator yang sesuai
dengan prosedur.
3.4.4 Analisis Kandungan Asam Lemak Pada Biodiesel
Analisis kandungan asam lemak pada biodiesel dilakukan dengan
menggunakan Chromatography Gas (GC). Sampel biodiesel dianalisa
menggunakan GC – 2010 dengan kolom EN 14105 yang dilakukan di
Laboratorium Program Studi Teknik Kimia Instititut Teknologi Indonesia.
Tujuannya untuk mengetahui kandungan asam lemak yang terdapat pada
biodiesel dari minyak nyamplung. Metode yang digunakan adalah eksternal
standar.
25
Kran keluaran superheater ditutup
Kran masuk vaporizer ditutup
Pompa metanol dimatikan
Sikring MCB, saklar stabilizer, saklar pompa air pendingin, saklar utama dimatikan secara berurutan
Saklar kabel dimatikan
Selesai
3.4.5 Analisis Angka Asam Pada Biodiesel Minyak Nyamplung
Analisis Angka Asam pada biodiesel dari minyak nyamplung
dilakukan di Laboratorium penelitian Institut Teknologi Indonesia. Metode
yang digunakan adalah SNI 7182:2012 dengan cara titrasi. Dengan
mentirasi antara pentitran KOH/NaOH 0.1 N terhadap 4 gram minyak yang
telah ditambahkan 50 ml etanol 95% dan 1 ml phenoftalein dengan
dipanaskan.
26
No
Suhu
(OC)
Laju Alir Methanol (ml/mnt)
Titik Sampel
Angka Asam
(mg KOH/gr)
Angka Penyabunan (mg KOH/gr)
Gliserol Total
Kadar Metil Ester
1. 250 2.5 1
2
3
4
5
6
7
2. 250 5 1
2
3
4
5
6
7
3. 250 7.5 1
2
3
4
5
6
7
4. 270 2.5 1
2
27
3
4
5
6
7
5. 270 5 1
2
3
4
5
6
7
6. 270 7.5 1
2
3
4
5
6
7 290 2.5 1
2
3
4
5
6
8. 290 5 1
28
2
3
4
5
6
7
9. 290 7.5 1
2
3
4
5
6
7
29
DAFTAR PUSTAKA
Behkish, A. 2004 in Joelianingsih, Wahyudin, Erfin Y.F. 2013. Perancangan dan
Uji Kinerja Prototipe Reaktor Kolom Gelembung Kapasitas Satu Liter
untuk Produksi Biodiesel. Prosiding Seminar Intensif SInas (INSINAS).
Jakarta. November 7-8
Bustomi, Sofyan., Rostiawati, Tati., Sudradjat., Leksono, Budi., Kosasih, Syaffari.,
Anggraeni, Illa., Syamsuwida, Dida., Lisnawati, Yunita., Mile, Yamin.,
Djaenudin, Deden., Mahfudz., dan Rachman, Encep., (2008), Nyamplung
(Calophyllum inophyllum L.) Sumber Energi Biofuel yang Potensial, Badan
Litbang Kehutanan, Jakarta
Bouaifi M, Hebrard G., Bastoul D., Roustan M., 2001 in Kantarci, N., Fahir Borak,
and Kutlu O. Ulgen. 2005. Bubble Column Reactor. Process Biochemistry
(40) : 2263-2283.
Darnoko, D., T. Herawan dan P. Guritno. 2001. Teknologi Produksi Biodiesel dan
Prospek Pengembangannya di Indonesia. Warta PPKS. 9 (1) : 17 - 27.
Deckwer WD, Louisi Y, Zaidi A, Ralek M. 1980. Hydrodynamic propertiesof the
Fisher–Tropsch slurry process. Ind Eng Chem Process Des Dev;19:699–708
Demirbas, A. 2002, Biodiesel from Vegetable Oils via Transesterification in
Supercritical Methanol, Energy Conversion & Management, Vol. (43), pp
2349-2356.
Friday, J.B. and Okano, D. 2006. Callophyllum inophyllum (kamani) Species
Profiles for Pasific Island Agro Forestry. http://www.traditionaltree.org
akses tanggal 20 Maret 2015.
Hadi, Wahyudi Anggoro. 2009. Pemanfaatan Minyak Biji Nyamplung
(Calophyllum inophyllum L) Sebagai Bahan Bakar Minyak Pengganti
Solar. Jurnal Riset Daerah Vol. VIII, No.2.Agustus 2009.
Hambali,dkk., 2006. Kajian Kualitas dan Hasil Pengolahan Biodiesel Nyamplung
pada Variasi Metode Ekstraksi, Metode Degumming dan Konsentrasi
30
Metanol. Thesis. Program Pascasarjana. Universitas Jendral Soedirman
Purwekerto.
Heyne,K., 1987. Tumbuhan Berguna Indonesia III. Balai Penelitian dan
Pengembangan Kehutanan, Departemen Kehutanan, Jakarta.
Joelianingsih, H. Nabetani, S. Hagiwara, Y. Sagara Y, T.H. Soerawidjaya, A.H.
Tambunanan, K. Abdullah. 2007. Performance of a Bubble Column Reactor
for the Non-catalytic Methyl Esterification in a Bubble Column Reactor at
Atmospheric Pressure. J. Chem. Eng. Japan. 40 (9) : 780-785.
Joelianingsih, Maeda, H., Nabetani, H., Sagara Y., Soerawidjaya, T.H.,
Tambunanan, A.H., and Abdullah, K. (2008). Biodiesel Fuels from Palm Oil
via the Non-Catalytic Transesterification in a Bubble Column Reactor at
Atmospheric Pressure: a kinetic study, Renewable Energy., No. 7 (33) :
1629-1636.
Joelianingsih., Wahyudin., Erfin Y, Febrianto., 2013. “Perancangan Dan Uji
Kinerja Prototipe Reaktor Kolom Gelembung Kapasitas Satu Liter Untuk
Produksi Biodiesel”. Prosiding Seminar Insentif Riset SINas (INSINAS).
Jakarta. November 7-8
Joelianingsih, Rusnia, J.H., Ita, S., Erfin Y,Febrianto., 2014. Kinerja Reaktor
Kolom Gelembung untuk Produksi Biodiesel dengan Berbagai Jenis Sparger
Simposium Fisika Nasional 2014 SFN (XXVII). Denpasar,Bali. 16 – 17
Oktober 2014.
Kantarci, N., Fahir Borak, and Kutlu O. Ulgen. 2005. Bubble Column Reactor.
Process Biochemistry (40) : 2263-2283.
Kawagoe K, Inoue T, Nakao K, Otake T. 1976 in Kantarci, N., Fahir Borak, and
Kutlu O. Ulgen. 2005. Bubble Column Reactor. Process Biochemistry (40) :
2263-2283.
Ketaren,S., 1986. dalam Sawarni, H, et al., 2013. Karakteristik Fisiokimia dan
Antibakteri Hasil Purifikasi Minyak Biji Nyamplung. J. Agritech No. 3 (33).
31
Ma F. dan Hanna M.A., 1999, Biodiesel production : A review, J. Bioresource
Technology, (70), hal.1-5.
Martawijaya,A.,I.Kartasujana, K.Kadir dan S.A. Prawira. 2005. Atlas Kayu
Indonesia. Jilid I. Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan,
Departemen Kehutanan. Bogor.
Mouza KA, Kazakis NA, Paras SV. Bubble column reactor design using a CFD
code. 1st IC-SCCE ; Athens, Greece 2004. Otera J. Transesterification. Chem
Rev 1993;93 (4) : 1449-1478.
Otera, J., 1993 in Joelianingsih,2008. Produksi Biodiesel dari Minyak Sawit dalam
Reaktor Kolom Gelembung secara Non-Katalitik. Disertasi Terpublikasi,
Institut Pertanian Bogor, Bogor Indonesia
Sahirman, dkk., 2010 in Sawarni, H,dkk., 2013. Karakteristik Fisiokimia dan
Antibakteri Hasil Purifikasi Minyak Biji Nyamplung. J. Agritech No. 3
(33).
Schumpe A, Grund G. 1986 in Kantarci, N., Fahir Borak, and Kutlu O. Ulgen.
2005. Bubble Column Reactor. J. Process Biochemistry (40) : 2263-2283.
Sudarmadji, Slamet, H.Bambang, Suhardi. 2003. Analisa Bahan Makanan dan
Pertanian. Liberty. Yogyakarta.
Sudrajat., 2008. Kajian Kualitas dan Hasil Pengolahan Biodiesel Nyamplung pada
Variasi Metode Ekstraksi, Metode Degumming dan Konsentrasi Metanol.
Thesis. Program Pascasarjana. Universitas Jendral Soedirman Purwekerto.
Tatang, H.S., 2014. Sifat/Karakteristik Bahan Bakar Biodiesel, Minyak Solar, dan
Campurannya dalam Pemanfaatan untuk Kendaraan Bermotor dan Alat
Besar. Seminar Kajian Teknis dan Uji Pemanfaatan Biodiesel B20.
Bandung. 23 September 2014.
Thomas, H.W. 1985. Bailey’s Industrial Oil and Fat Product, (3). Jhon Wiley &
Sons, New York
Thorat BN, Joshi JB. 2004 in Kantarci, N., Fahir Borak, and Kutlu O. Ulgen. 2005.
Bubble Column Reactor. J. Process Biochemistry (40) : 2263-2283.
32
Yamazaki, R., S. Iwamoto, H. Nabetani, K. Osakada, O. Miyawaki, Y. Sagara.
2007 in Zahrul, U, E., Daniel Goklas Parsaoran, 2013. Produksi Biodiesel
dari Minyak Goreng Sawit dalam Reaktor Kolom Gelembung dengan
Katalis Zirkonia Tersulfatasi (SO4-/ZrO2). Laporan Penelitian Teknik Kimia,
ITI
Yudistira, P. H., 2008. Pembuatan Biodiesel dari Biji Nyamplung (Callophylum
inophyllum) dengan Proses Transesterifikasi. Undergraduate Theses,
Chemical Engineering RSK 662.88 Han. P. 2007. ITS Library.
Yuliana, N. 2004. Biochemical Changes in Fermented Durian (Durio zibethinus
Murr.). Dissertation. Philipines: UPLB Laguna.
33
34