Kebutuhan Katalis dan H Faktor-faktor yang Mempengaruhi Hidrogenasi

2.2.8 Kebutuhan Katalis dan H

2 untuk reaksi Kebutuhan katalis antara 0,1 - 0,2 dari minyak yang akan diproses. Secara teoritis Kebutuhan Gas H 2 sebenarnya adalah : setiap penurunan 1 satu angka IV sama dengan kebutuhan 1 m 3 Gas H 2 tiap 1 satu Ton minyak. Jadi Kebutuhan Gas H 2 per-ton Minyak adalah : H 2 m 3 = 1 x IVawal - IVakhir = ฀IV = m3 ton Pendekatan Hukum Gas Ideal : P . V = n . R . T Dimana : P = tekanan, 105 Newton m 2 V = volume gas R = 8,314 j mol oK = 8,314 Newton . m mol o K T = 273 o K 253,4 10 BM W n 6   P RT n n V fat oil   BM = Berat Molekul Minyak, 253,4 n = mol minyak n berubah setelah ditambahkan gas H 2 karena Berat Molekul naik, sehingga diasumsikan sebanding dengan perubahan IV Sehingga, P Weight Mol 100 T R Oil Weight IV IV V fat oil H 2        5 6 fat oil H 10 253,4 100 273 8,314 10 IV IV V 2        ton m IV IV 0,90 V 3 fat oil H 2    21 Universitas Sumatera Utara Jadi Kebutuhan Gas H 2 per-ton Minyak adalah : H 2 m 3 Ton minyak = 0.9x IVawal - IVakhir = 0.90 x ฀IV Operasional proses kebutuhan Gas H 2 tidak mesti sesuai dengan teori , karena ada faktor – faktor yang bisa mempengaruhi antara lain suhu, tekanan, pengadukan, konsentrasi katalis, jenis katalis dan sumber minyak. Kebutuhan Gas H 2 per-ton Minyak di Operasional sekarang adalah : H 2 m 3 Ton minyak = 1.15 x IVawal - IVakhir = 1.15 x ฀IV

2.2.9 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Hidrogenasi

Hidrogenasi merupakan reaksi yang melibatkan 3 fase yang berbeda yakni minyak cair, hidrogen gas dan katalis padat. Reaksi terjadi pada permukaan katalis dimana minyak dan molekul gas hidrogen diserap kemudian terjadi kontak antara keduanya. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi proses hidrogenasi antara lain :  Suhu Hidrogenasi berjalan lebih cepat seiring dengan kenaikan suhu operasi. Kenaikan suhu akan menurunkan kelarutan gas hidrogen dalam minyak namun meningkatkan kecepatan reaksinya. Oleh karena itu, kenaikan suhu akan meningkatkan selektivitas, pembentukan trans isomer dan kecepatan reaksi yang menghasilkan kurva SFC yang curam. Karena reaksi hidrogenasi merupakan reaksi eksotermis, maka penurunan 1 satu iodine value akan menaikkan suhu reaksi sebesar 1,6 o C hingga 1,7 o C. Kenaikan suhu ini akan mempercepat reaksi hingga dicapai titik optimum. Suhu optimum beragam untuk tiap produk, namun sebagian besar minyak mencapai titik optimumnya pada suhu maksimum 230 o C hingga 260 o C.  Tekanan Hidrogenasi edible fats dan oil dilakukan pada tekanan antara 0,8 hingga 4 atm. Pada tekanan rendah, gas hidrogen yang terlarut dalam minyak tidak 22 Universitas Sumatera Utara dapat menyelimuti permukaan katalis sedangkan pada tekanan tinggi, gas hidrogen telah siap untuk menjenuhkan ikatan rangkap minyak.  Agitasi atau pengadukan Fungsi utama dari agitasi adalah untuk menyuplai hidrogen terlarut pada permukaan katalis, tapi massa reaksi tersebut harus pula diaduk agar terjadi distribusi panas ataupun pendinginan sebagai kontrol suhu dan distribusi suspensi katalis dalam minyak sebagai penyeragaman reaksi.  Konsentrasi katalis Kecepatan reaksi hidrogenasi meningkat seiring dengan peningkatan jumlah katalis hingga suatu titik. Peningkatan kecepatan reaksi tersebut disebabkan oleh peningkatan permukaan aktif dari katalis. Titik maksimum tercapai karena pada kadar sangat tinggi, hidrogen tidak mampu terlarut cukup cepat untuk menyuplai jumlah katalis yang tinggi.  Jenis katalis Katalis adalah suatu bahan kimia yang dapat meningkatkan laju suatu reaksi tanpa bahan tersebut menjadi ikut terpakai; dan setelah reaksi berakhir, bahan tersebut akan kembali ke bentuk awal tanpa terjadi perubahan kimia. Penggunaan katalis dapat menurunkan tingkat aktivasi energi yang dibutuhkan, membuat reaksi terjadi lebih cepat atau pada suhu yang lebih rendah. Pemilihan katalis memiliki pengaruh yang cukup kuat terhadap kecepatan reaksi, selektivitas dan isomerisasi geometris. Jenis high-selectivity catalyst memungkinkan penggunanya untuk mengurangi asam linolenat tanpa menghasilkan asam stearat berlebih, sehingga diperoleh produk dengan oxidative stability yang baik dan bertitik leleh rendah. Contohnya, katalis copper-chromite telah digunakan dalam hidrogenasi selektif dari asam linolenat menjadi asam linoleat dalam minyak kedelai agar diperoleh produk flavor-stable salad oil.  Catalyst poison Refined oil dan gas hidrogen dapat mengandung pengotor yang dapat meracuni atau memodifikasi katalis. Racun poison tersebut mengurangi konsentrasi katalis sehingga dapat mengubah selektivitas, isomerisasi dan 23 Universitas Sumatera Utara kecepatan reaksi. Gas hidrogen bisa mengandung gas CO, H 2 S atau amoniak sedangkan refined oil bisa mengandung sabun, senyawa sulfur, fosfatida, asam lemak bebas FFA ataupun senyawa lain yang dapat mengubah katalis. Pengotor sulfur misalnya, terutama mempengaruhi aktivitas yang mempercepat isomerisasi dengan menghambat kapasitas dari katalis nikel untuk menyerap dan memecah hidrogen. Fosfor dalam bentuk fosfatida dan sabun mempengaruhi selektivitas dengan menutup tempat masuk pada pori katalis yang mencegah keluarnya trigliserida dengan tingkat kejenuhan yang lebih tinggi. Moisture dan asam lemak bebas merupakan deactivator yang dapat mengurangi kecepatan reaksi hidrogenasi karena bereaksi secara kimia dengan katalis membentuk nickel soaps.  Katalis logam mulia. Logam mulia seperti platinum, palladium, ruthenium, rhodium, Au, Ag, baik tunggal atau kombinasi merupakan jenis katalis yang banyak dipergunakan sebagai katalis. Keuntungan penggunaan katalis logam mulia karena memiliki tingkat aktivitas yang tinggi, selektifitas yang baik, dan daya tahan yang baik sehingga jangka waktu penggantiannya lama. Platinum: merupakan katalis logam mulia yang paling banyak dipergunakan. Katalis ini memiliki aktivitas yang tinggi dalam proses hidrogenasi, dehidrogenasi, oksidasi, dll. Ruthenium: katalis ruthenium memiliki aktivitas yang tinggi dalam hidrogenasi senyawa karbonil alifatik dan cincin aromatik pada kondisi medium tanpa reaksi sampingan. Rhodium: merupakan katalis yang memiliki aktivitas tinggi dalam hidrogenasi senyawa aromatik. Katalis ini menghidrogenasi banyak senyawa aromatik pada suhu ruang dan tekanan normal. Iridium: meskipun katalis iridium memiliki aktivitas yang rendah dan aplikasi yang terbatas mengingat kelangkaannya, katalis ini mulai mendapat perhatian karena sifat reaksinya yang unik. Logam-logam lain seperti Sn, Pb, Ni, Co, Ge digunakan sebagai promotor. Logam-logam ini dilapisi berbagai carrierpembawa seperti alumina, silica, zeolit dan karbon. 24 Universitas Sumatera Utara  Bentuk Katalis. Selain tergantung pada bahan katalitik, bahan promotor dan bahan pembawa carrier, efektifitas fungsi katalitik juga ditentukan oleh bentuk dan ukuran katalis. Katalis dapat berbentuk pellet, granular, sarang lebah, atau serat agar memiliki kinerja yang optimum disesuaikan dengan tahapan proses produksi yang dijalani.  Sumber minyak Selektivitas hidrogenasi bergantung pada jenis asam lemak tak jenuh yang tersedia dan jumlah asam lemak tak jenuh per trigliserida. Dari variabel proses di atas, dapat dilihat bahwa kecepatan reaksi meningkat sejalan dengan peningkatan suhu, tekanan, agitasi dan konsentrasi katalis. Selektivitas meningkat seiring dengan peningkatan suhu dan berakibat sebaliknya seiring dengan kenaikan tekanan, agitasi dan katalis. Isomerisasi ikatan rangkap meningkat seiring kenaikan suhu tapi menurun dengan peningkatan tekanan, agitasi dan katalis. Trans isomer juga dapat terjadi akibat penggunaan kembali deaktivasi katalis atau sulfur-poisoned catalyst. Reaktivitas kimia dari asam lemak tak jenuh ditentukan oleh posisi sebagaimana juga jumlah dari ikatan rangkap dalam molekul. Reaktivitas meningkat secara signifikan dengan peningkatan dalam jumlah ikatan rangkap, baik dalam bentuk conjugated dipisahkan hanya oleh satu ikatan tunggal atau methylene-interrupted dipisahkan oleh suatu unit -CH 2 -. Jika suatu asam lemak memiliki 2 ikatan rangkap terisolasi dipisahkan oleh 2 atau lebih methylene unit, reaktivitasnya hanya meningkat sedikit daripada asam lemak yang memiliki satu ikatan rangkap. Untuk proses hidrogenasi, dikenal minyak nabati yang biasanya digunakan dalam proses tersebut. Vegetable oil minyak nabati dapat dibagi dalam 3 kelompok, yaitu: 1. Saturated, seperti cocoa butter, minyak sawit 2. Oleic, seperti minyak zaitun, minyak kacang, canola oil, high-oleic sunflower 3. Linoleic, seperti minyak jagung, cottonseed oil, soybean oil, sunflower oil. De Man, J.M and de Man ,L. 1994. 25 Universitas Sumatera Utara

2.3 Sifat-sifat fisika minyak dan lemak

2.3.1. Solid Fat Content

Solid fat content SFC berkaitan dengan persentase minyak yang berupa padat pada berbagai suhu. Keseluruhan kurva tidak dapat diperkirakan hanya dengan penentuan pada satu variasi suhu; keseluruhan kurva SFC diperlukan untuk memahami karakteristik produk minyak pada berbagai suhu. Metode awal yang digunakan untuk memperkirakan persentase padatan pada lemak adalah dilatometry AOCS Cd 10-57. Hasilnya disebut solid fat index. Namun, metode ini memakan waktu dan bersifat subjektif. Metode tradisional ini merupakan metode yang lambat, tak dapat diulang dan membutuhkan tambahan zat kimia. Sekarang ini, low-resolution nuclear magnetic resonance NMR telah digunakan untuk menghitung jumlah relatif cairan dan padatan lemak dalam sample, berdasarkan perbedaan tingkat relaksasi proton dalam kedua fase setelah sample diberi pulse. Pengukuran langsung SFC dengan NMR dapat berlangsung dengan cepat dan akurat. Dengan kalibrasi yang cukup memberikan penentuan langsung atas persentase padatan lemak, dan hasilnya disebut solid fat content. Analisa ini memerlukan waktu yang lebih pendek dibandingkan dilatometry, tapi peralatannya lebih mahal. Penentuan SFC dengan NMR didasarkan pada rasio langsung antara komponen solid dan liquid dari sample yang dianalisa dalam NMR FID. Pada prinsipnya, setelah eksitasi sample oleh 90 o RF pulse maka FID Free Induction Decay akan terdeteksi. FID merupakan signal yang timbul bersamaan dengan proses relaksasi proton hidrogen magnetis berputar yang kembali pada kondisi equilibrium setelah diganggu oleh RF pulse. FID menampung ”peranan” baik dari bagian solid maupun liquid. Putaran proton pada bagian liquid dari sample berelaksasi kembali ke kondisi equilibrium lebih lambat daripada komponen yang berfase solid. Sehingga, sinyal panjang dianalisa sebagai proton fase liquid dan signal cepat dianalisa sebagai komponen fase solid. Solid Fat Content SFC merupakan analisa minyak dan lemak yang diterima secara umum dalam industri makanan dan NMR merupakan metode 26 Universitas Sumatera Utara