PENGEMBANGAN REAKSI ESTERIFIKASI ASAM OLEAT DAN METANOL DENGAN METODE REAKTIF DISTILASI
BAB I
PENDAHULUAN
Pemakaian energi yang berasal dari fosil (minyak bumi) terus
meningkat seiring dengan peningkatan jumlah penduduk dan industri. Indonesia
merupakan salah satu negara dengan populasi penduduk yang padat, sehingga
kebutuhan energi sangat tinggi terutama digunakan dalam sektor transportasi.
Cadangan minyak bumi semakin menipis menyebabkan krisis energi dimana
harga minyak mentah/crude oil dunia saat ini mencapai $65 perbarel (Agarwal,
2007), bahkan menembus angka di atas $100 perbarel (Kompas, 6 Mei 2008).
Pemakaian biodisel pensubstitusi solar akan mengurangi pemakaian bahan bakar
dari minyak bumi. Biodisel bisa digunakan dengan kadar 100% atau dicampur
dengan disel konvensional. Pemakaian 10% (disebut B10) tidak memerlukan
modifikasi mesin kendaraan/motor. Pemerintah telah mentargetkan pemakaian
biodisel sebanyak 5% dari konsumsi BBM disel konvensional maka dengan
konsumsi BBM disel 23,4 juta ton pertahun memerlukan biodisel sebanyak 1,15
juta ton (Dept. Energi dan Sumber Daya Mineral, 2008). Namun pemakaian
biodisel di Indonesia belum sesuai target karena beberapa kendala diantaranya
penguasaan IPTEK dalam produksi biodisel.
Pemakaian biodisel sebagai bahan bakar mengurangi emisi gas buang
yang ditimbulkan akibat pembakaran yang kurang sempurna pada mesin, antara
lain gas CO2, NOx, CO, SOx dan partikel karbon. Hidrokarbon (HC) (Van
Gerpen,
2005).
Partikel
berbahaya
yang
dibuang
kelingkungan
dapat
menyebabkan iritasi mata, pusing, batuk, bercak kulit, mengantuk, perubahan
kode genetik, memicu asma dan kanker paru-paru. Oksida belerang yang
berlebihan berpotensi menyebabkan efek iritasi pada saluran pernapasan sehingga
menimbulkan gejala batuk sampai sesak napas dan meningkatkan asma. Karbon
monoksida menyebabkan pengurangan kadar oksigen dalam darah (Hb) untuk
jumlah kecil menyebabkan pusing, gangguan berpikir, penurunan reflek dan
gangguan jantung (Sriwijaya post, 16 Februari 2008). Dibandingkan solar dari
minyak fosil biodisel mempunyai kelebihan, antara lain dapat mereduksi polusi
1
tanah, serta melindungi kelestarian perairan dan sumber air minum. Hasil
penelitian menunjukkan dengan penambahan 20% (volume) biodisel ke dalam
bahan bakar disel bisa mengurangi partikel emisi gas buang sebanyak 30%,
sedangkan pemakaian 100% biodisel menurunkan partikel emisi gas buang
sebanyak 59% (Usta et al.,
2005). Kelebihan–kelebihan yang dimiliki oleh
biodiesel ini karena sifat dari biodisel yang dapat teroksigenasi relatif sempurna
atau terbakar habis, non-toksik, dan dapat terurai secara alami (Van Gerpen, 2005)
sehingga gas buang yang ditimbulkan aman bagi lingkungan.
Pemicu utama global warming adalah meningkatnya emisi karbon,
akibat penggunaan energi fosil (bahan bakar minyak, batu bara dan sejenisnya
yang tidak dapat diperbaharui). Intergovermental Panel and Climate Change
(IPCC) menyatakan pada tahun 2005 terjadi peningkatan suhu rata-rata 0.6 – 0.7
sedangkan di Asia lebih tinggi yaitu sebesar 1.0. peningkatan suhu ini berakibat
ketersediaanya air dinegeri-negeri tropis berkurang 10–30 persen (http://
www.andaka.com, februari 2008). Ini adalah kondisi yang sangat memprihatinkan
jika penggunaan bahan bakar fosil tidak dihentikan, maka dari itu penggunaan
biodisel perlu segera dilakukan.
Biodisel diproduksi dari minyak nabati dengan proses transesterifikasi.
Namun kendala yang dihadapi dalam produksi biodisel dari minyak nabati secara
konvensioanal menggunakan katalisator basa adalah adanya hasil samping yang
berupa sabun menyebabkan penurunan konversi reaksi dan menyulitkan
pemurnian biodisel dari sabun (Marchetti dan Errazu, 2008). Salah satu alternatif
produksi biodisel adalah dari bahan baku asam oleat. Asam oleat berasal dari
reaksi hidrolisis minyak nabati seperti minyak sawit. Minyak sawit adalah minyak
yang diekstraksi dari pohon sawit (Elaeis Guienis). Minyak sawit mengandung
asam lemak jenuh dan tak jenuh dalam jumlah yang sama. Kandungan asam
lemak terdiri dari asam oleat 42%, asam linoleat 9%, dan asam palmitat 43%,
asam stearat 4%, dan asam miristik 2% (Baileys, 1996). Asam lemak dan ester
asam lemak adalah produk yang terpenting dari bahan kimia oleochemical. Asam
lemak digunakan untuk bahan baku sabun. Minyak sawit adalah produk penting di
Indonesia karena biaya produksinya lebih rendah daripada minyak-minyak
2
vegetable yang lain. Hal ini membuka peluang pengembangan keuntungan
ekonomi dari produk-produk ester asam lemak.
Produksi biodisel dari asam oleat disebut reaksi esterifikasi.
Esterifikasi pada dasarnya adalah reaksi balik dari reaksi hidrolisa. Reaksi asam
lemak dengan alkil alkohol membentuk ester dan air adalah sebagai berikut:
R − COOH + R'−OH ⇔ R − COO− R' + H2 O
∆H = 7,984kJ/mol ( 1)
Reaksi adalah reaksi endothermic (Bart et al., 1994).
Proses ini
berlangsung dengan katalis asam antara lain H2SO4, H3PO4, dan asam sulfonat.
Untuk mengarahkan reaksi ke arah produk alkil ester, salah satu reaktan, biasanya
alkohol diberikan dalam jumlah yang berlebihan dan air diambil selama reaksi.
Umumnya pengambilan air dilakukan secara kimia, fisika dan pervorasi (Vieville
et al., 1993).
Reactive Distillation Technology adalah salah satu metode baru yang
kini sedang dikembangkan untuk memproduksi senyawa kimia ester. Pada
dasarnya Reactive Distillation Technology adalah proses yang menggabungkan
reaksi dan distilasi dalam satu unit proses. Hasil reaksi yang terbentuk dari dalam
reaktor secara simultan diambil dengan cara distilasi. Aplikasi Reactive
Distillation telah digunakan untuk produksi ester-ester seperti metil asetat, etil
asetat dan butil asetat (Agreda et al. 1990, Zhicai et al., 1998). Aplikasi Reactive
Distillation di bidang industri kimia adalah metil tertiar butil eter (MTBE) sebagai
bahan aditif untuk menaikkan angka oktan (Zhang dan Datta, 1995).
Beberapa penelitian tentang reaksi asam oleat dan etanol (Goddard et
al., 2000) dan asam oleat dengan 2-etil hexanol (Lacaze-Dufaura et al., 2000)
menggunakan katalis homogen telah dipublikasikan. Namun, penelitian estrifikasi
asam oleat dengan metanol dengan katalisator asam asetat menggunakan metode
reaktif distilasi belum pernah dilakukan. Tujuan utama penelitian ini untuk
mengembangkan perancangan Reactive Distillation technology dalam produksi
ester asam oleat dan metanol dengan katalisator homogen secara experimental.
Variable proses yang dipelajari antara lain jenis katalis, temperatur, rasio asam
oleat:metanol, konsentrasi katalis dan waktu reaksi terhadap konversi asam oleat.
3
DAFTAR PUSTAKA
Agarwal, A. K. (2007). “Biofuels (Alcohol and Biodiesel) Applications as Fuels
for Internal Combustions Engines”. Progress in Energy and Combustión
Science. 33. 233-271.
Agreda, V. H. and Parin, L. R. (1990). “High Purity Methyl Acetat via Reactive
Distillation”. Chemical Engineering Progress. 86 (2). 40-46.
Altiokka, M. R. and Citak, A. (2003). “Kinetics Study of Esterifikasi of Acetic
Acid with Isobutanol in the Presence of Amberlite Catalyst”. Applied
Catalysis A General. 230. 141-148.
Araujo, L. R. R., Scofielda, C. F., Pasturaa, N. M. R. and Gonzalez, W. A.
(2006).
“H3PO4/Al2O3
Catalysts:
Characterization
and
Catalytic
Evaluation of Oleic Acid Conversion to Biofuels and Biolubricant”.
Materials Research. 9. 181-184.
Bailey’s Industrial Oil and Fat Product. (1996).5th ed. Edited by Y.H. Hui, WileyInterscience Publication, USA.
Bart, H. J., Reidetschlager, J., Schatka, K. and Lehmann, A. (1994). “Kinetics of
Esterification
Levulinic Acid with n-Butanol by Homogeneous
Catalysis”. Industrial Engineering Chemical Research. 33. 21-25.
Bhatia, S., Mohamed, A. R., Ahmad, A. L., Chin, Y. (2006). “Production Of
Isopropyl Palmitate In A Catalytic Distillation Column: Comparison
Between Experimental and Simulation Studies”. Computers and
Chemical Engineering. 31. 1187-1198.
Bock, H., Wozny, G and Gutsche, B. (1997). “Design and Control of a Reaction
Distillation Column Including the Recovery System”. Chemical
Engineering and Processing. 36. 101-109.
Calvar, N., Gonzales, B., Dominguez, A. (2006). “Esterification Of Acetic Acid
With Ethanol: Reaction Kinetics and Operation In A Packed Bed
Reactive Distillation Column”. Chemical Engineering Process. xxx-xxx.
1-7.
37
Chung, K. H., Chang, D. R. and Park, G. B. (2008). “Removal of Free Fatty Acid
in Waste Frying Oil by Esterification With Methanol on Zeolite
Catalysts”. Bioresource Technology. 99. 7438-7443.
Cordeiro, C. S., Arizaga, G. G. C., Ramos, L. P. and Wypych, F. (2008). “A new
zinc hydroxide nitrate heterogeneous catalyst for the esterification of
free fatty acids and the transesterification of vegetable oils”. Catalysis
communication. 9. 2140-2143.
Darnoko, D and Cheryan, M. (2000). “Continuous Production of Palm Methyl
Esters”. Journal of American Oil Chemical Society. 77. 1269-1272.
Dhanuka, V. R., Malse, V. C. and Chandalia, S. B. (1977). “Kinetics of the Liquid
Phase Esterification of Carboxylic Acids with Alcohols in the Presence
of Acid Catalyst: Re-Interpretation of Published Data”. Chemical
Engineering Science. 32. 551-556.
Doherty, M. F. and
Buzard, G. (1998). “Reactive Distillation by Design”
Chemical Engineering Research and Design,70,448-452.
Fogler, S. H. (1999). “Elements of Chemical Engineering”. 3rd ed. Prentice Hall.
New Jersey.
Gerpen, V. J. (2005). “ Biodiesel Processing and Production”. Fuel Processing
Technology. 86. 1097-1107.
Goddard, R., Bosley, J. and Al-Duri, B. (2000). “Esterification of Oleoic Acid and
Ethanol in Plug Flow reactor under Supercritical Conditions:
Investigation of Kinetics”. Journal of Supercritical Fluids. 18. 121-130.
Goto, S., Tagawa, T. and Yusoff, A. (1991). “Kinetics of the Esterification of
Palmitic Acid with Isobutyl Alcohol”. International Journal of Chemical
Kinetics. 23. 17-26.
Hanika, J., Smejkal, Q. and Kolena, J. (2001). “2-Methylpropylacetat Synthesis
via Catalytic Distillation”. Catalysis Today. 66. 219-223.
Harmsen, G. J. (2007). “Reactive Distillation: The Front-Runner Of Industrial
Process Intensification A Full Review Of Commercial Applications,
Research, Scale-Up, Design and Operation”. Chemical Engineering
Process. 46. 774-780.
38
Hartmut, G. S. and Bessling, B. (2003). “Reactive and Catalitic Distillation From
An Industrial Prespective”. Chemical Engineering Process. 42. 145-155.
He, B. B., Singh, A. P., Thompson, J. C. (2006). “A Novel Continuous-Flow
Reactor Using Reactive Distillation For Biodiesel Production”.
American Society of Agricultural and Biological Engineers. 49. 107-112.
Kirbaslar, I.., Baykal, Z. B. and Dramur, U. (2001). “Esterification of Acetic Acid
with Ethanol Catalysed by an Acidic Ion-Exchange Resin”. Turkey
Journal Engineering Environmental Science. 25. 569-577.
Lange, J and Otten, V. (2006). “Dehydration Of Phenyl-Ethanol To Styrene:
Zeolite Catalyst Under Reactive Distillation”. Journal of Catalyst. 238.
6-12.
Kang, Y. W and Lee, Y. Y. (1992). “Phase and Reaction Equilibria of Acetic
Acid-Ethyl Alcohol-Water-Ethyl Acetat Mixture”. Journal Chemical
Engineering Japan. 25. 91-105.
Kusmiyati. (1999). “ Kinetika Pembuatan Metil Ester Pengganti Minyak Disel
Dengan Proses Metanolisis Tekanan Lebih Dari 1 atm”. Laporan Tesis
Program Pasca Sarjana Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta
Lacaze-Dufaru, C. and Mouloungui, Z. (2000). “Catalyzed or Uncatalyzed
Esterification Reaction of Oleic Acid with 2-ethyl Hexanol”. Applied
Catalysis A: General. 204. 223-227.
Lee, M., Chiu, J. and Lin, H. (2002). “Kinetics of Catalytic Esterification of
Propionic Acid and n-Butanol over Amberlyst 35”. Industrial
Engineering Chemical Research. 41. 2882-2887.
Lilja, J., Murzin, D., Salmi, T., Aumo, J., Arvela, P. M. and Sundell, M. (2002).
“Esterification
of
Different
Acids
over
Heterogeneous
and
Homogeneneous Catalyst and Correlation with the Taft Equation”.
Journal of Molecular Catalysis A:Chemical. 182. 555-563.
Marchetti, J. M. and Errazu, A. F. (2008). “Comparison of Different
Heterogeneous Catalyst and Different Alcohols for The Esterification
Reaction of Oleic Acid”, Fuel Journal. 47. 3477-3480.
39
Omota, F., Dimian, A. C., Alfred Bliek, (2003). ”Fatty Acid Esterification By
Reactive Distillation. Part 1: Equilibrium-Based Design”. Chemical
Engineering Science. 58. 3159-3174.
Omota, F., Dimian, A. C and Bliek, A. (2003). “Fatty Acid Esterification By
Reactive Distillation: Part2: Part-Kinetics-Based Design For Sulphated
Zirconia Catalyst”, Chemical Engineering Science. 58. 3175-3185.
Saha, B., Chopade, S. P. and Mahajani S. M. (2000). “Recovery of Dilute Acetic
Acid through Esterification in a Reactive Distillation Column”. Catalysis
today. 60. 147-157.
Seo, Y and Hong, W. H. (2000). “Kinetics of Esterification of Lactat Acid and
Methanol in the Presence of Cation Exchange Resin using a PseudoHomogeneous Model”. Journal Chemical Engineering Japan. 33(1).
128-133.
Svandova, Z., Kotora, M., Markos, J. And Jelemensky, L. (2006). Dynamic
behaviour of a CSTR with reactive distillation. Chemical Engineering
Journal. 119. 113-120.
Sven Steinigeweg and Gmehling, J. (2002). “n-Butyl Acetate Synthesis via
Reactive Distillation: Thermodynamic Aspects, Reaction Kinetics, PilotPlant Experiments and Simulation Studies”. Industrial Engineering
Chemical. 41. 5483-5490.
Unnithan, U. R and Tiwari, K. K. (1987). ”Kinetics of Esterification of Oleic Acid
and Mixtures of Fatty Acids with Methanol using Sulfuric Acid and pToluene sulfonic Acid as Catalyst”. Indian Journal of Technology. 25.
477-479.
Usta, N., Ozturk, E., Can, O., Conkur, E. S., Nas, S., Con, A. H., Can, N and
Topcu, M. (2005). “Combustion of Biodiesel Fuel Product from
Hazelnut Soapstock/ Waste Sunflower Oil Mixture in a Diesel Engine.
Energy Conversion and Management. 46. 741-755.
Vieville, C, Moulooungui, Z. and Gaset, A. (1993). “Esterification of Oleic Acid
by Methanol Catalyzed by p-Toluenesulfonic Acid and the Cationexcange Resin K2411 and K1481 I Supercritical Carbon Dioxide”.
Industrial Engineering Chemical Research. 32. 2065-2068.
40
Yadav, G. D. and Mehta, P. H. (1996). “Heterogeneous Catalysis in Esterification
Reactions: Preparation of Phenethyl Acetat and Cyclohexyl Acetat by
using a Variety of Soled Acidic Catalysts”. Industrial Engineering
Chemical Ressearch. 33. 2198-2208.
Zang, J. C., Juan, J. C. and Yarmo, M. A. (2008). “Study of catalysts comprising
zirconium sulfate supported on a mesoporous molecular sieve HMS for
esterification of fatty acids under solvent-free condition” Journal of
applied catalysis. 347. 133-141.
Zhang, T. and Datta, R. (1995). “Integral Analysis of Methyl Tert-butyl Ether
Synthesis Kinetics”. Industrial Engineering Chemical Ressearch. 34.
730-740.
Zhicai, Y., Xianbao, C. and Jing, G. (1998). “Esterification-Distillation of Butanol
and Acetic Acid”. Chemical Engineering Science. 53. 2081-2088.
http://www.chemeng.ui.ac.id/~wulan/Materi/port/BAHAN%20CAIR.PDF
(http://www.geocities.com/markal_bppt/publish/plckl/plsuar.pdf
http:// www.andaka.com, februari 2008
http://dtwh2.esdm.go.id/dw2007/ (2008)
http://cetak.kompas.com/read/xml/2008/05/06/00300425/presiden.harga.bbm.aka
n.naik. 6 Mei 2008
http://www.sripo-online.com/?urut=806&pil=berita_terkini. 16 Februari 2008
41
LAPORAN PENELITIAN
FUNDAMENTAL
PENGEMBANGAN REAKSI ESTERIFIKASI ASAM OLEAT
DAN METANOL DENGAN METODE REAKTIF DISTILASI
Oleh:
Kusmiyati, ST, MT, PhD
DIBIAYAI OLEH DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI, DEPARTEMEN
PENDIDIKAN NASIONAL
DENGAN SURAT PERJANJIAN NO: 188/SP2H/PP/DP2M/III/2008
DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
FAKULTAS TEKNIK/ JURUSAN TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2008
RINGKASAN
Semakin menurunnya cadangan minyak bumi yang bersumber dari
fosil berakibat terjadinya krisis energi. Hal ini membuka peluang sumber daya
nabati untuk digunakan sebagai energi alternatif untuk mensubtitusi bahan bakar
minyak (BBM).. Pemanfaat sumber daya hayati sebagai sumber energi baru
terbarukan (EBT) untuk mensubtitusi BBM akan memberikan keuntungan dalam
aspek-aspek ketahanan energi, lingkungan, dan daerah diantaranya akan
memberikan nilai tambah pada sumber daya hayati dan mengurangi emisi gas
buang hasil pembakaran bahan bakar. Salah satu energi baru terbarukan yang
dikembangkan di Indonesia adalah Biodiesel. Biodiesel merupakan bahan bakar
alternatif pengganti petroleum diesel (solar) yang dibuat dengan cara
mereaksikan minyak dengan alkohol dengan bantuan katalis asam maupun basa.
Kendala yang dihadapi dengan penggunaan katalisator basa tersebut adalah
terjadinya reaksi antara asam lemak yang terkandung dalam minyak nabati
sehingga terbentuk reaksi penyabunan yang akan mengurangi kadar biodisel dan
menyulitkan pemisahan produk biodisel. Cara lain dalam produksi biodisel
adalah dengan esterifikasi asam lemak yang terkandung dalam minyak nabati
diantaranya asam oleat dan metanol dengan katalisator asam.
Pada penelitian ini pembuatan biodiesel dilakukan dengan reaktif
distilasi menggunakan bahan baku asam oleat dengan menggunakan metanol.
Reactive Distillation (RD) Technology merupakan salah satu metode yang baru
dalam proses kimia dan sekarang sedang dikembangkan untuk memproduksi
biodiesel. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan perancangan Reactive
Distillation technology dalam produksi ester asam oleat dan metanol dengan
katalisator homogen secara experimental. Variable proses yang dipelajari antara
lain jenis katalis, temperatur, rasio asam oleat:metanol, konsentrasi katalis dan
waktu reaksi terhadap konversi asam oleat.
Pada penelitian ini dipelajari pembuatan fatty acid methyl oleat atau
lebih dikenal dengan biodisel melalui reaksi esterifikasi asam oleat dan metanol
menggunakan katalisator asam sulfat, asam nitrat dan asam klorida dengan
metode reaktif distilasi. Selanjutnya juga dipelajari pengaruh temperatur
(100;120;150;180°C), rasio asam oleat:metanol (1:l;1:5;1:6;1:7,1:8) dan jumlah
katalisator H2SO4 (0,5%;1%;1,5%;2%) menggunakan asam sulfat sebagai katalis
terhadap konversi asam oleat menjadi biodisel. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa, penambahan katalis 1 % konversi reaksi mencapai maksimal yaitu
0,9581 pada kondisi berat katalis H2SO4 1%, ratio metanol: asam oleat 8:1, dan
suhu 1800C. Pada peningkatan katalis selanjutnya menyebabkan kenaikan
konversi tidak begitu besar disebabkan tingginya konsentrasi katalis yang
bercampur dengan biodisel menyebabkan sukarnya
pemurnian biodisel.
Kenaikan konversi asam oleat yang besar terjadi pada temperatur 120°C namun
pada kenaikan temperatur 150 °C dan 180 °C kenaikan konversi asam oleat
sangat kecil. Kenaikan rasio asam oleat : metanol menyebabkan kenaikan
konversi asam oleat. Hasil biodisel yang diperoleh memenuhi karakteristik
standar biodisel
iii
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas segala limpahan rahmat dan hidayahNya
sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian yang berjudul
“Pengembangan Reaksi Esterifikasi Asam Oleat dan Metanol Dengan Metode
Reaktif Distilasi”.
Penulis menyadari dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan
laporan ini penulis tidak dapat bekerja sendiri tanpa bantuan dari berbagai pihak.
Oleh karena itu pada laporan ini penulis menyampaikan terimakasih kepada:
1. Prof. Dr. Markhamah, M.Hum selaku Ketua Lembaga Penelitian dan
Pengabdian Masyarakat Universitas Muhammadiyah Surakarta
2. Ir. H. Sri widodo, MT selaku Dekan Fakultas Teknik UMS
3. Ir. H. Haryanto, AR. MS selaku ketua Jurusan Teknik Kimia UMS
4. Ketua laboratorium Jurusan Teknik Kimia UMS
5. Ketua dan Teknisi Laboratorium Minyak Bumi Teknik Kimia UGM
6. Para mahasiswa Jurusan Teknik Kimia UMS (Kurniawan, Janatin, Endah
dan Karlina) yang telah membantu pelaksanaan penelitian ini
Tak ada gading yang tak retak, penyusun menyadari bahwa laporan
penelitian ini mungkin terdapat kekurangan. Oleh sebab itu segala saran dan kritik
yang bersifat membangun diharapkan demi kesempurnaan penelitian ini.
Penyusun berharap semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi penulis
sendiri maupun bagi perkembangan dunia Ilmu dan Teknologi.
Surakarta,
September 2008
Penulis,
Kusmiyati, ST, MT, PhD
iv
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL
i
HALAMAN PENGESAHAN
ii
RINGKASAN DAN SUMARRY
iii
KATA PENGANTAR
iv
DAFTAR ISI
v
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
ix
BAB I. PENDAHULUAN
1
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
4
2.1. Biodiesel
4
2.2. Bahan bakar disel
5
2.3. Katalis dan proses esterifikasi secara konvensional
8
2.4. Esterifikasi dalam reaktif distilasi
13
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
17
3.1. Tujuan
17
3.2. Manfaat Penelitian
17
BAB IV. METODE PENELITIAN
19
4.1. Bahan
19
4.2. Alat
20
4.3. Prosedur percobaan
22
4.4. Analisa produk
23
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN
26
BAB VI. KESIMPULAN dan SARAN
35
DAFTAR PUSATAKA
37
LAMPIRAN
1. Proposal tahun kedua
2. Artikel ilmiah di Jurnal Nasional Teknik Kimia “Reaktor”
v
3. Artikel ilmiah di seminar nasional Seminar Rekayasa Kimia
dan Proses UNDIP (SRKP UNDIP) tanggal 13-14 Agustus
2008
4. Draft abstraksi seminar internasional (Sriwijaya
International Seminar on Energy Science and Technology
2008 (SISEST-2008))
5. Personalia tenaga peneliti beserta daftar riwayat hidup
vi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1
Spesifikasi biodisel
7
Tabel 2.2
Reaksi esterifikasi menggunakan katalis homogen
9
Tabel 2.3
Relative aktivitas pada esterifikasi dengan berbagai
10
macam katalis
Tabel 2.4
Esterifikasi dengan katalis heterogen
11
Tabel 2.5
Hubungan antara katalisator dengan konversi
12
Tabel 2.6
Esterifikasi menggunakan reaktif distilasi
15
Tabel 4.7
Sifat Kimia dan Fisika asam lemak minyak sawit
19
Tabel 4.8
Bahan-bahan kimia yang diperlukan
20
Tabel 5.9
Pengaruh jenis katalis terhadap yield dan konversi
27
biodiesel. Suhu reaksi 170 °C, rasio asam
oleat:metanol =1:8, berat katalis 1% dan waktu
reaksi selama 90 menit
Tabel 5.10
Perubahan konversi asam oleat dengan semakin
28
lama waktu reaksi , berat katalis H2SO4 1%, rasio
asam oleat:metanol =1:8, T=180 °C
Tabel 5.11
Pengaruh temperatur reaksi terhadap konversi
29
dengan berat katalis H2SO4 1%, ratio metanol/asam
oleat 8:1
Tabel 5.12
Pengaruh rasio asam oleat : metanol terhadap
konversi. Suhu reaksi reaksi 150 °C, berat
30
katalisator H2SO4 1%.
Tabel 5.13
Pengaruh berat katalisator H2SO4 (W=% berat
31
terhadap berat asam oleat) terhadap konversi, suhu
reaksi 130 °C, rasio metanol:asam oleat =6:1
Tabel 5.14
Perbandingan Biodiesel Hasil Penelitian Dengan
32
Minyak Solar Standar Internasional
vii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 4.1
Skema alat penelitian batch reactif distilasi
21
Gambar 4.2
Foto alat penelitian batch reaktif distilasi
21
Gambar 4.3
Diagram alir pembuatan biodiesel dari asam oleat
22
dengan reaktif distilasi
Gambar 5.4
Pengaruh jenis katalis terhadap yield dan konversi
biodiesel.
Suhu
reaksi
170
°C,
rasio
asam
27
oleat:metanol =1:8, berat katalis 1% dan waktu
reaksi selama 90 menit
Gambar 5.5
Perubahan konversi asam oleat dengan semakin
lama waktu reaksi , berat katalis H2SO4 1%, rasio
asam oleat:metanol = 1:8, T = 180 °C
Gambar 5.6
28
Pengaruh temperatur reaksi terhadap konversi
dengan berat katalis H2SO4 1%, ratio metanol/asam
29
oleat 8:1
Gambar 5.7
Pengaruh rasio asam oleat : metanol
terhadap
konversi. Suhu reaksi reaksi 150 °C, berat
30
katalisator H2SO4 1%
Gambar 5.8
Pengaruh berat katalisator H2SO4 (W=%
berat
terhadap berat asam oleat) terhadap konversi, suhu
reaksi 130 °C, rasio metanol:asam oleat = 8:1
31
viii
DAFTAR LAMPIRAN
1.
Proposal tahun kedua
2.
Artikel ilmiah di Jurnal Nasional Teknik Kimia “Reaktor”
3.
Artikel ilmiah di seminar nasional Seminar Rekayasa Kimia dan Proses
UNDIP (SRKP UNDIP) tanggal 13-14 Agustus 2008
4.
Draft abstraksi seminar internasional (Sriwijaya International Seminar on
Energy Science and Technology 2008 (SISEST-2008))
5.
Personalia tenaga peneliti beserta daftar riwayat hidup
ix
PENDAHULUAN
Pemakaian energi yang berasal dari fosil (minyak bumi) terus
meningkat seiring dengan peningkatan jumlah penduduk dan industri. Indonesia
merupakan salah satu negara dengan populasi penduduk yang padat, sehingga
kebutuhan energi sangat tinggi terutama digunakan dalam sektor transportasi.
Cadangan minyak bumi semakin menipis menyebabkan krisis energi dimana
harga minyak mentah/crude oil dunia saat ini mencapai $65 perbarel (Agarwal,
2007), bahkan menembus angka di atas $100 perbarel (Kompas, 6 Mei 2008).
Pemakaian biodisel pensubstitusi solar akan mengurangi pemakaian bahan bakar
dari minyak bumi. Biodisel bisa digunakan dengan kadar 100% atau dicampur
dengan disel konvensional. Pemakaian 10% (disebut B10) tidak memerlukan
modifikasi mesin kendaraan/motor. Pemerintah telah mentargetkan pemakaian
biodisel sebanyak 5% dari konsumsi BBM disel konvensional maka dengan
konsumsi BBM disel 23,4 juta ton pertahun memerlukan biodisel sebanyak 1,15
juta ton (Dept. Energi dan Sumber Daya Mineral, 2008). Namun pemakaian
biodisel di Indonesia belum sesuai target karena beberapa kendala diantaranya
penguasaan IPTEK dalam produksi biodisel.
Pemakaian biodisel sebagai bahan bakar mengurangi emisi gas buang
yang ditimbulkan akibat pembakaran yang kurang sempurna pada mesin, antara
lain gas CO2, NOx, CO, SOx dan partikel karbon. Hidrokarbon (HC) (Van
Gerpen,
2005).
Partikel
berbahaya
yang
dibuang
kelingkungan
dapat
menyebabkan iritasi mata, pusing, batuk, bercak kulit, mengantuk, perubahan
kode genetik, memicu asma dan kanker paru-paru. Oksida belerang yang
berlebihan berpotensi menyebabkan efek iritasi pada saluran pernapasan sehingga
menimbulkan gejala batuk sampai sesak napas dan meningkatkan asma. Karbon
monoksida menyebabkan pengurangan kadar oksigen dalam darah (Hb) untuk
jumlah kecil menyebabkan pusing, gangguan berpikir, penurunan reflek dan
gangguan jantung (Sriwijaya post, 16 Februari 2008). Dibandingkan solar dari
minyak fosil biodisel mempunyai kelebihan, antara lain dapat mereduksi polusi
1
tanah, serta melindungi kelestarian perairan dan sumber air minum. Hasil
penelitian menunjukkan dengan penambahan 20% (volume) biodisel ke dalam
bahan bakar disel bisa mengurangi partikel emisi gas buang sebanyak 30%,
sedangkan pemakaian 100% biodisel menurunkan partikel emisi gas buang
sebanyak 59% (Usta et al.,
2005). Kelebihan–kelebihan yang dimiliki oleh
biodiesel ini karena sifat dari biodisel yang dapat teroksigenasi relatif sempurna
atau terbakar habis, non-toksik, dan dapat terurai secara alami (Van Gerpen, 2005)
sehingga gas buang yang ditimbulkan aman bagi lingkungan.
Pemicu utama global warming adalah meningkatnya emisi karbon,
akibat penggunaan energi fosil (bahan bakar minyak, batu bara dan sejenisnya
yang tidak dapat diperbaharui). Intergovermental Panel and Climate Change
(IPCC) menyatakan pada tahun 2005 terjadi peningkatan suhu rata-rata 0.6 – 0.7
sedangkan di Asia lebih tinggi yaitu sebesar 1.0. peningkatan suhu ini berakibat
ketersediaanya air dinegeri-negeri tropis berkurang 10–30 persen (http://
www.andaka.com, februari 2008). Ini adalah kondisi yang sangat memprihatinkan
jika penggunaan bahan bakar fosil tidak dihentikan, maka dari itu penggunaan
biodisel perlu segera dilakukan.
Biodisel diproduksi dari minyak nabati dengan proses transesterifikasi.
Namun kendala yang dihadapi dalam produksi biodisel dari minyak nabati secara
konvensioanal menggunakan katalisator basa adalah adanya hasil samping yang
berupa sabun menyebabkan penurunan konversi reaksi dan menyulitkan
pemurnian biodisel dari sabun (Marchetti dan Errazu, 2008). Salah satu alternatif
produksi biodisel adalah dari bahan baku asam oleat. Asam oleat berasal dari
reaksi hidrolisis minyak nabati seperti minyak sawit. Minyak sawit adalah minyak
yang diekstraksi dari pohon sawit (Elaeis Guienis). Minyak sawit mengandung
asam lemak jenuh dan tak jenuh dalam jumlah yang sama. Kandungan asam
lemak terdiri dari asam oleat 42%, asam linoleat 9%, dan asam palmitat 43%,
asam stearat 4%, dan asam miristik 2% (Baileys, 1996). Asam lemak dan ester
asam lemak adalah produk yang terpenting dari bahan kimia oleochemical. Asam
lemak digunakan untuk bahan baku sabun. Minyak sawit adalah produk penting di
Indonesia karena biaya produksinya lebih rendah daripada minyak-minyak
2
vegetable yang lain. Hal ini membuka peluang pengembangan keuntungan
ekonomi dari produk-produk ester asam lemak.
Produksi biodisel dari asam oleat disebut reaksi esterifikasi.
Esterifikasi pada dasarnya adalah reaksi balik dari reaksi hidrolisa. Reaksi asam
lemak dengan alkil alkohol membentuk ester dan air adalah sebagai berikut:
R − COOH + R'−OH ⇔ R − COO− R' + H2 O
∆H = 7,984kJ/mol ( 1)
Reaksi adalah reaksi endothermic (Bart et al., 1994).
Proses ini
berlangsung dengan katalis asam antara lain H2SO4, H3PO4, dan asam sulfonat.
Untuk mengarahkan reaksi ke arah produk alkil ester, salah satu reaktan, biasanya
alkohol diberikan dalam jumlah yang berlebihan dan air diambil selama reaksi.
Umumnya pengambilan air dilakukan secara kimia, fisika dan pervorasi (Vieville
et al., 1993).
Reactive Distillation Technology adalah salah satu metode baru yang
kini sedang dikembangkan untuk memproduksi senyawa kimia ester. Pada
dasarnya Reactive Distillation Technology adalah proses yang menggabungkan
reaksi dan distilasi dalam satu unit proses. Hasil reaksi yang terbentuk dari dalam
reaktor secara simultan diambil dengan cara distilasi. Aplikasi Reactive
Distillation telah digunakan untuk produksi ester-ester seperti metil asetat, etil
asetat dan butil asetat (Agreda et al. 1990, Zhicai et al., 1998). Aplikasi Reactive
Distillation di bidang industri kimia adalah metil tertiar butil eter (MTBE) sebagai
bahan aditif untuk menaikkan angka oktan (Zhang dan Datta, 1995).
Beberapa penelitian tentang reaksi asam oleat dan etanol (Goddard et
al., 2000) dan asam oleat dengan 2-etil hexanol (Lacaze-Dufaura et al., 2000)
menggunakan katalis homogen telah dipublikasikan. Namun, penelitian estrifikasi
asam oleat dengan metanol dengan katalisator asam asetat menggunakan metode
reaktif distilasi belum pernah dilakukan. Tujuan utama penelitian ini untuk
mengembangkan perancangan Reactive Distillation technology dalam produksi
ester asam oleat dan metanol dengan katalisator homogen secara experimental.
Variable proses yang dipelajari antara lain jenis katalis, temperatur, rasio asam
oleat:metanol, konsentrasi katalis dan waktu reaksi terhadap konversi asam oleat.
3
DAFTAR PUSTAKA
Agarwal, A. K. (2007). “Biofuels (Alcohol and Biodiesel) Applications as Fuels
for Internal Combustions Engines”. Progress in Energy and Combustión
Science. 33. 233-271.
Agreda, V. H. and Parin, L. R. (1990). “High Purity Methyl Acetat via Reactive
Distillation”. Chemical Engineering Progress. 86 (2). 40-46.
Altiokka, M. R. and Citak, A. (2003). “Kinetics Study of Esterifikasi of Acetic
Acid with Isobutanol in the Presence of Amberlite Catalyst”. Applied
Catalysis A General. 230. 141-148.
Araujo, L. R. R., Scofielda, C. F., Pasturaa, N. M. R. and Gonzalez, W. A.
(2006).
“H3PO4/Al2O3
Catalysts:
Characterization
and
Catalytic
Evaluation of Oleic Acid Conversion to Biofuels and Biolubricant”.
Materials Research. 9. 181-184.
Bailey’s Industrial Oil and Fat Product. (1996).5th ed. Edited by Y.H. Hui, WileyInterscience Publication, USA.
Bart, H. J., Reidetschlager, J., Schatka, K. and Lehmann, A. (1994). “Kinetics of
Esterification
Levulinic Acid with n-Butanol by Homogeneous
Catalysis”. Industrial Engineering Chemical Research. 33. 21-25.
Bhatia, S., Mohamed, A. R., Ahmad, A. L., Chin, Y. (2006). “Production Of
Isopropyl Palmitate In A Catalytic Distillation Column: Comparison
Between Experimental and Simulation Studies”. Computers and
Chemical Engineering. 31. 1187-1198.
Bock, H., Wozny, G and Gutsche, B. (1997). “Design and Control of a Reaction
Distillation Column Including the Recovery System”. Chemical
Engineering and Processing. 36. 101-109.
Calvar, N., Gonzales, B., Dominguez, A. (2006). “Esterification Of Acetic Acid
With Ethanol: Reaction Kinetics and Operation In A Packed Bed
Reactive Distillation Column”. Chemical Engineering Process. xxx-xxx.
1-7.
37
Chung, K. H., Chang, D. R. and Park, G. B. (2008). “Removal of Free Fatty Acid
in Waste Frying Oil by Esterification With Methanol on Zeolite
Catalysts”. Bioresource Technology. 99. 7438-7443.
Cordeiro, C. S., Arizaga, G. G. C., Ramos, L. P. and Wypych, F. (2008). “A new
zinc hydroxide nitrate heterogeneous catalyst for the esterification of
free fatty acids and the transesterification of vegetable oils”. Catalysis
communication. 9. 2140-2143.
Darnoko, D and Cheryan, M. (2000). “Continuous Production of Palm Methyl
Esters”. Journal of American Oil Chemical Society. 77. 1269-1272.
Dhanuka, V. R., Malse, V. C. and Chandalia, S. B. (1977). “Kinetics of the Liquid
Phase Esterification of Carboxylic Acids with Alcohols in the Presence
of Acid Catalyst: Re-Interpretation of Published Data”. Chemical
Engineering Science. 32. 551-556.
Doherty, M. F. and
Buzard, G. (1998). “Reactive Distillation by Design”
Chemical Engineering Research and Design,70,448-452.
Fogler, S. H. (1999). “Elements of Chemical Engineering”. 3rd ed. Prentice Hall.
New Jersey.
Gerpen, V. J. (2005). “ Biodiesel Processing and Production”. Fuel Processing
Technology. 86. 1097-1107.
Goddard, R., Bosley, J. and Al-Duri, B. (2000). “Esterification of Oleoic Acid and
Ethanol in Plug Flow reactor under Supercritical Conditions:
Investigation of Kinetics”. Journal of Supercritical Fluids. 18. 121-130.
Goto, S., Tagawa, T. and Yusoff, A. (1991). “Kinetics of the Esterification of
Palmitic Acid with Isobutyl Alcohol”. International Journal of Chemical
Kinetics. 23. 17-26.
Hanika, J., Smejkal, Q. and Kolena, J. (2001). “2-Methylpropylacetat Synthesis
via Catalytic Distillation”. Catalysis Today. 66. 219-223.
Harmsen, G. J. (2007). “Reactive Distillation: The Front-Runner Of Industrial
Process Intensification A Full Review Of Commercial Applications,
Research, Scale-Up, Design and Operation”. Chemical Engineering
Process. 46. 774-780.
38
Hartmut, G. S. and Bessling, B. (2003). “Reactive and Catalitic Distillation From
An Industrial Prespective”. Chemical Engineering Process. 42. 145-155.
He, B. B., Singh, A. P., Thompson, J. C. (2006). “A Novel Continuous-Flow
Reactor Using Reactive Distillation For Biodiesel Production”.
American Society of Agricultural and Biological Engineers. 49. 107-112.
Kirbaslar, I.., Baykal, Z. B. and Dramur, U. (2001). “Esterification of Acetic Acid
with Ethanol Catalysed by an Acidic Ion-Exchange Resin”. Turkey
Journal Engineering Environmental Science. 25. 569-577.
Lange, J and Otten, V. (2006). “Dehydration Of Phenyl-Ethanol To Styrene:
Zeolite Catalyst Under Reactive Distillation”. Journal of Catalyst. 238.
6-12.
Kang, Y. W and Lee, Y. Y. (1992). “Phase and Reaction Equilibria of Acetic
Acid-Ethyl Alcohol-Water-Ethyl Acetat Mixture”. Journal Chemical
Engineering Japan. 25. 91-105.
Kusmiyati. (1999). “ Kinetika Pembuatan Metil Ester Pengganti Minyak Disel
Dengan Proses Metanolisis Tekanan Lebih Dari 1 atm”. Laporan Tesis
Program Pasca Sarjana Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta
Lacaze-Dufaru, C. and Mouloungui, Z. (2000). “Catalyzed or Uncatalyzed
Esterification Reaction of Oleic Acid with 2-ethyl Hexanol”. Applied
Catalysis A: General. 204. 223-227.
Lee, M., Chiu, J. and Lin, H. (2002). “Kinetics of Catalytic Esterification of
Propionic Acid and n-Butanol over Amberlyst 35”. Industrial
Engineering Chemical Research. 41. 2882-2887.
Lilja, J., Murzin, D., Salmi, T., Aumo, J., Arvela, P. M. and Sundell, M. (2002).
“Esterification
of
Different
Acids
over
Heterogeneous
and
Homogeneneous Catalyst and Correlation with the Taft Equation”.
Journal of Molecular Catalysis A:Chemical. 182. 555-563.
Marchetti, J. M. and Errazu, A. F. (2008). “Comparison of Different
Heterogeneous Catalyst and Different Alcohols for The Esterification
Reaction of Oleic Acid”, Fuel Journal. 47. 3477-3480.
39
Omota, F., Dimian, A. C., Alfred Bliek, (2003). ”Fatty Acid Esterification By
Reactive Distillation. Part 1: Equilibrium-Based Design”. Chemical
Engineering Science. 58. 3159-3174.
Omota, F., Dimian, A. C and Bliek, A. (2003). “Fatty Acid Esterification By
Reactive Distillation: Part2: Part-Kinetics-Based Design For Sulphated
Zirconia Catalyst”, Chemical Engineering Science. 58. 3175-3185.
Saha, B., Chopade, S. P. and Mahajani S. M. (2000). “Recovery of Dilute Acetic
Acid through Esterification in a Reactive Distillation Column”. Catalysis
today. 60. 147-157.
Seo, Y and Hong, W. H. (2000). “Kinetics of Esterification of Lactat Acid and
Methanol in the Presence of Cation Exchange Resin using a PseudoHomogeneous Model”. Journal Chemical Engineering Japan. 33(1).
128-133.
Svandova, Z., Kotora, M., Markos, J. And Jelemensky, L. (2006). Dynamic
behaviour of a CSTR with reactive distillation. Chemical Engineering
Journal. 119. 113-120.
Sven Steinigeweg and Gmehling, J. (2002). “n-Butyl Acetate Synthesis via
Reactive Distillation: Thermodynamic Aspects, Reaction Kinetics, PilotPlant Experiments and Simulation Studies”. Industrial Engineering
Chemical. 41. 5483-5490.
Unnithan, U. R and Tiwari, K. K. (1987). ”Kinetics of Esterification of Oleic Acid
and Mixtures of Fatty Acids with Methanol using Sulfuric Acid and pToluene sulfonic Acid as Catalyst”. Indian Journal of Technology. 25.
477-479.
Usta, N., Ozturk, E., Can, O., Conkur, E. S., Nas, S., Con, A. H., Can, N and
Topcu, M. (2005). “Combustion of Biodiesel Fuel Product from
Hazelnut Soapstock/ Waste Sunflower Oil Mixture in a Diesel Engine.
Energy Conversion and Management. 46. 741-755.
Vieville, C, Moulooungui, Z. and Gaset, A. (1993). “Esterification of Oleic Acid
by Methanol Catalyzed by p-Toluenesulfonic Acid and the Cationexcange Resin K2411 and K1481 I Supercritical Carbon Dioxide”.
Industrial Engineering Chemical Research. 32. 2065-2068.
40
Yadav, G. D. and Mehta, P. H. (1996). “Heterogeneous Catalysis in Esterification
Reactions: Preparation of Phenethyl Acetat and Cyclohexyl Acetat by
using a Variety of Soled Acidic Catalysts”. Industrial Engineering
Chemical Ressearch. 33. 2198-2208.
Zang, J. C., Juan, J. C. and Yarmo, M. A. (2008). “Study of catalysts comprising
zirconium sulfate supported on a mesoporous molecular sieve HMS for
esterification of fatty acids under solvent-free condition” Journal of
applied catalysis. 347. 133-141.
Zhang, T. and Datta, R. (1995). “Integral Analysis of Methyl Tert-butyl Ether
Synthesis Kinetics”. Industrial Engineering Chemical Ressearch. 34.
730-740.
Zhicai, Y., Xianbao, C. and Jing, G. (1998). “Esterification-Distillation of Butanol
and Acetic Acid”. Chemical Engineering Science. 53. 2081-2088.
http://www.chemeng.ui.ac.id/~wulan/Materi/port/BAHAN%20CAIR.PDF
(http://www.geocities.com/markal_bppt/publish/plckl/plsuar.pdf
http:// www.andaka.com, februari 2008
http://dtwh2.esdm.go.id/dw2007/ (2008)
http://cetak.kompas.com/read/xml/2008/05/06/00300425/presiden.harga.bbm.aka
n.naik. 6 Mei 2008
http://www.sripo-online.com/?urut=806&pil=berita_terkini. 16 Februari 2008
41
LAPORAN PENELITIAN
FUNDAMENTAL
PENGEMBANGAN REAKSI ESTERIFIKASI ASAM OLEAT
DAN METANOL DENGAN METODE REAKTIF DISTILASI
Oleh:
Kusmiyati, ST, MT, PhD
DIBIAYAI OLEH DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI, DEPARTEMEN
PENDIDIKAN NASIONAL
DENGAN SURAT PERJANJIAN NO: 188/SP2H/PP/DP2M/III/2008
DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
FAKULTAS TEKNIK/ JURUSAN TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2008
RINGKASAN
Semakin menurunnya cadangan minyak bumi yang bersumber dari
fosil berakibat terjadinya krisis energi. Hal ini membuka peluang sumber daya
nabati untuk digunakan sebagai energi alternatif untuk mensubtitusi bahan bakar
minyak (BBM).. Pemanfaat sumber daya hayati sebagai sumber energi baru
terbarukan (EBT) untuk mensubtitusi BBM akan memberikan keuntungan dalam
aspek-aspek ketahanan energi, lingkungan, dan daerah diantaranya akan
memberikan nilai tambah pada sumber daya hayati dan mengurangi emisi gas
buang hasil pembakaran bahan bakar. Salah satu energi baru terbarukan yang
dikembangkan di Indonesia adalah Biodiesel. Biodiesel merupakan bahan bakar
alternatif pengganti petroleum diesel (solar) yang dibuat dengan cara
mereaksikan minyak dengan alkohol dengan bantuan katalis asam maupun basa.
Kendala yang dihadapi dengan penggunaan katalisator basa tersebut adalah
terjadinya reaksi antara asam lemak yang terkandung dalam minyak nabati
sehingga terbentuk reaksi penyabunan yang akan mengurangi kadar biodisel dan
menyulitkan pemisahan produk biodisel. Cara lain dalam produksi biodisel
adalah dengan esterifikasi asam lemak yang terkandung dalam minyak nabati
diantaranya asam oleat dan metanol dengan katalisator asam.
Pada penelitian ini pembuatan biodiesel dilakukan dengan reaktif
distilasi menggunakan bahan baku asam oleat dengan menggunakan metanol.
Reactive Distillation (RD) Technology merupakan salah satu metode yang baru
dalam proses kimia dan sekarang sedang dikembangkan untuk memproduksi
biodiesel. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan perancangan Reactive
Distillation technology dalam produksi ester asam oleat dan metanol dengan
katalisator homogen secara experimental. Variable proses yang dipelajari antara
lain jenis katalis, temperatur, rasio asam oleat:metanol, konsentrasi katalis dan
waktu reaksi terhadap konversi asam oleat.
Pada penelitian ini dipelajari pembuatan fatty acid methyl oleat atau
lebih dikenal dengan biodisel melalui reaksi esterifikasi asam oleat dan metanol
menggunakan katalisator asam sulfat, asam nitrat dan asam klorida dengan
metode reaktif distilasi. Selanjutnya juga dipelajari pengaruh temperatur
(100;120;150;180°C), rasio asam oleat:metanol (1:l;1:5;1:6;1:7,1:8) dan jumlah
katalisator H2SO4 (0,5%;1%;1,5%;2%) menggunakan asam sulfat sebagai katalis
terhadap konversi asam oleat menjadi biodisel. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa, penambahan katalis 1 % konversi reaksi mencapai maksimal yaitu
0,9581 pada kondisi berat katalis H2SO4 1%, ratio metanol: asam oleat 8:1, dan
suhu 1800C. Pada peningkatan katalis selanjutnya menyebabkan kenaikan
konversi tidak begitu besar disebabkan tingginya konsentrasi katalis yang
bercampur dengan biodisel menyebabkan sukarnya
pemurnian biodisel.
Kenaikan konversi asam oleat yang besar terjadi pada temperatur 120°C namun
pada kenaikan temperatur 150 °C dan 180 °C kenaikan konversi asam oleat
sangat kecil. Kenaikan rasio asam oleat : metanol menyebabkan kenaikan
konversi asam oleat. Hasil biodisel yang diperoleh memenuhi karakteristik
standar biodisel
iii
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas segala limpahan rahmat dan hidayahNya
sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian yang berjudul
“Pengembangan Reaksi Esterifikasi Asam Oleat dan Metanol Dengan Metode
Reaktif Distilasi”.
Penulis menyadari dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan
laporan ini penulis tidak dapat bekerja sendiri tanpa bantuan dari berbagai pihak.
Oleh karena itu pada laporan ini penulis menyampaikan terimakasih kepada:
1. Prof. Dr. Markhamah, M.Hum selaku Ketua Lembaga Penelitian dan
Pengabdian Masyarakat Universitas Muhammadiyah Surakarta
2. Ir. H. Sri widodo, MT selaku Dekan Fakultas Teknik UMS
3. Ir. H. Haryanto, AR. MS selaku ketua Jurusan Teknik Kimia UMS
4. Ketua laboratorium Jurusan Teknik Kimia UMS
5. Ketua dan Teknisi Laboratorium Minyak Bumi Teknik Kimia UGM
6. Para mahasiswa Jurusan Teknik Kimia UMS (Kurniawan, Janatin, Endah
dan Karlina) yang telah membantu pelaksanaan penelitian ini
Tak ada gading yang tak retak, penyusun menyadari bahwa laporan
penelitian ini mungkin terdapat kekurangan. Oleh sebab itu segala saran dan kritik
yang bersifat membangun diharapkan demi kesempurnaan penelitian ini.
Penyusun berharap semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi penulis
sendiri maupun bagi perkembangan dunia Ilmu dan Teknologi.
Surakarta,
September 2008
Penulis,
Kusmiyati, ST, MT, PhD
iv
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL
i
HALAMAN PENGESAHAN
ii
RINGKASAN DAN SUMARRY
iii
KATA PENGANTAR
iv
DAFTAR ISI
v
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
ix
BAB I. PENDAHULUAN
1
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
4
2.1. Biodiesel
4
2.2. Bahan bakar disel
5
2.3. Katalis dan proses esterifikasi secara konvensional
8
2.4. Esterifikasi dalam reaktif distilasi
13
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
17
3.1. Tujuan
17
3.2. Manfaat Penelitian
17
BAB IV. METODE PENELITIAN
19
4.1. Bahan
19
4.2. Alat
20
4.3. Prosedur percobaan
22
4.4. Analisa produk
23
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN
26
BAB VI. KESIMPULAN dan SARAN
35
DAFTAR PUSATAKA
37
LAMPIRAN
1. Proposal tahun kedua
2. Artikel ilmiah di Jurnal Nasional Teknik Kimia “Reaktor”
v
3. Artikel ilmiah di seminar nasional Seminar Rekayasa Kimia
dan Proses UNDIP (SRKP UNDIP) tanggal 13-14 Agustus
2008
4. Draft abstraksi seminar internasional (Sriwijaya
International Seminar on Energy Science and Technology
2008 (SISEST-2008))
5. Personalia tenaga peneliti beserta daftar riwayat hidup
vi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1
Spesifikasi biodisel
7
Tabel 2.2
Reaksi esterifikasi menggunakan katalis homogen
9
Tabel 2.3
Relative aktivitas pada esterifikasi dengan berbagai
10
macam katalis
Tabel 2.4
Esterifikasi dengan katalis heterogen
11
Tabel 2.5
Hubungan antara katalisator dengan konversi
12
Tabel 2.6
Esterifikasi menggunakan reaktif distilasi
15
Tabel 4.7
Sifat Kimia dan Fisika asam lemak minyak sawit
19
Tabel 4.8
Bahan-bahan kimia yang diperlukan
20
Tabel 5.9
Pengaruh jenis katalis terhadap yield dan konversi
27
biodiesel. Suhu reaksi 170 °C, rasio asam
oleat:metanol =1:8, berat katalis 1% dan waktu
reaksi selama 90 menit
Tabel 5.10
Perubahan konversi asam oleat dengan semakin
28
lama waktu reaksi , berat katalis H2SO4 1%, rasio
asam oleat:metanol =1:8, T=180 °C
Tabel 5.11
Pengaruh temperatur reaksi terhadap konversi
29
dengan berat katalis H2SO4 1%, ratio metanol/asam
oleat 8:1
Tabel 5.12
Pengaruh rasio asam oleat : metanol terhadap
konversi. Suhu reaksi reaksi 150 °C, berat
30
katalisator H2SO4 1%.
Tabel 5.13
Pengaruh berat katalisator H2SO4 (W=% berat
31
terhadap berat asam oleat) terhadap konversi, suhu
reaksi 130 °C, rasio metanol:asam oleat =6:1
Tabel 5.14
Perbandingan Biodiesel Hasil Penelitian Dengan
32
Minyak Solar Standar Internasional
vii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 4.1
Skema alat penelitian batch reactif distilasi
21
Gambar 4.2
Foto alat penelitian batch reaktif distilasi
21
Gambar 4.3
Diagram alir pembuatan biodiesel dari asam oleat
22
dengan reaktif distilasi
Gambar 5.4
Pengaruh jenis katalis terhadap yield dan konversi
biodiesel.
Suhu
reaksi
170
°C,
rasio
asam
27
oleat:metanol =1:8, berat katalis 1% dan waktu
reaksi selama 90 menit
Gambar 5.5
Perubahan konversi asam oleat dengan semakin
lama waktu reaksi , berat katalis H2SO4 1%, rasio
asam oleat:metanol = 1:8, T = 180 °C
Gambar 5.6
28
Pengaruh temperatur reaksi terhadap konversi
dengan berat katalis H2SO4 1%, ratio metanol/asam
29
oleat 8:1
Gambar 5.7
Pengaruh rasio asam oleat : metanol
terhadap
konversi. Suhu reaksi reaksi 150 °C, berat
30
katalisator H2SO4 1%
Gambar 5.8
Pengaruh berat katalisator H2SO4 (W=%
berat
terhadap berat asam oleat) terhadap konversi, suhu
reaksi 130 °C, rasio metanol:asam oleat = 8:1
31
viii
DAFTAR LAMPIRAN
1.
Proposal tahun kedua
2.
Artikel ilmiah di Jurnal Nasional Teknik Kimia “Reaktor”
3.
Artikel ilmiah di seminar nasional Seminar Rekayasa Kimia dan Proses
UNDIP (SRKP UNDIP) tanggal 13-14 Agustus 2008
4.
Draft abstraksi seminar internasional (Sriwijaya International Seminar on
Energy Science and Technology 2008 (SISEST-2008))
5.
Personalia tenaga peneliti beserta daftar riwayat hidup
ix