menyebabkan warna lebih gelap pada MES yang dihasilkan Sheats dan MacArhur 2002.
Hasil analisis menunjukkan ME stearin memiliki bilangan iod 30,05 mg I g ME. Nilai ini masih lebih tinggi dibandingkan dengan standar yang digunakan
Chemiton yaitu sebesar 0,3 cg Ig ME atau setara dengan 3 mg Ig ME. Perbedaan nilai bilangan iod ini terjadi karena pada penelitian ini ME stearin tidak
mengalami proses hidrogenasi, sedangkan pada ME yang digunakan oleh Chemiton dilakukan proses hidrogenasi. Tingginya bilangan iod pada bahan baku
akan menyebabkan warna lebih gelap pada MES yang dihasilkan Sheats dan MacArthur 2002. Penggunaan MES dalam penelitian ini sebagai aplikasi dalam
EOR Enhanced Oil Recovery tidak memerlukan warna yang cerah sehingga proses hidrogenasi ME untuk mengurangi ikatan rangkap tidak perlu dilakukan.
Menurut SNI 04-7182-2006, kadar gliserol ME stearin yang diperoleh telah memenuhi persyaratan. Kadar gliserol terikat menunjukkan gliserol yang masih
terikat pada molekul minyaklemak. Angka ini juga dapat digunakan untuk melihat keberhasilan proses transesterifikasi yang telah dilakukan. Rendahnya
kadar gliserol terikat pada ME stearin, yaitu sebesar 0,19 , menunjukkan bahwa proses transesterifikasi telah berhasil mengkonversi gliserol yang terikat pada
molekul trigliserida menjadi metil ester. Sedangkan gliserol bebas merupakan bentuk gliserol dalam bentuk molekul gliserol pada ME. Gliserol bebas ini dapat
disebabkan oleh proses pemisahan yang tidak sempurna antara ester dan gliserol yang diperoleh dari proses transesterifikasi. Rendahnya kadar gliserol bebas pada
ME, yaitu sebesar 0,018 menunjukkan bahwa proses pemisahan antara gliserol dan metil ester melalui proses pengendapan dan pencucian dengan air telah
berlangsung efektif.
4.2 Proses Sulfonasi ME Stearin menjadi MESA
Proses sulfonasi gas SO
3
terhadap ME stearin berlangsung secara cepat dalam Single Tube Falling Film Reactor STFR yang dikembangkan oleh
Hambali et al. 2009 dengan tinggi 6 m dan diameter dalam tabung 25 mm. Instalasi STFR milik laboratorium SBRC yang digunakan untuk penelitian berada
di PT Mahkota Indonesia, dimana bahan baku gas SO
3
yang digunakan dalam
penelitian merupakan bagian dari proses produksi H
2
SO
4
dari PT Mahkota Indonesia. Reaktor dilengkapi dengan tangki penampung bahan organik kapasitas
8 L terbuat dari stainless steel yang dilengkapi dengan lubang pengeluaran bahan dan pemanas, sistem by-pass input bahan, saluran gas SO
3
dan udara kering, saluran tempat pengambilan contoh, pompa input bahan dan sistem pengatur input
gas SO
3
dan udara kering. Umpan ME stearin
dipanaskan pada suhu 100 °C kemudian dipompakan naik ke bagian paling atas reaktor dengan laju alir 200 mlmenit dan mengalir
turun masuk ke liquid chamber membentuk lapisan tipis film pada dinding bagian dalam reaktor dengan ketebalan tertentu yang dibentuk oleh corong head.
Gas SO
3
sebelumnya dialirkan melalui absorber untuk memisahkan oleum yang terdapat dalam gas SO
3
sebelum masuk kedalam reaktor. Kontak ME stearin dengan gas SO
3
terjadi pada puncak reaktor dan kontinyu sepanjang tabung dengan aliran laminar dan ketebalan film terjaga konstan sehingga reaksi terjadi
merata sepanjang tabung. Laju alir ME stearin sepanjang reaktor dipertahankan konstan dengan menggunakan sistem by-pass yang akan mengembalikan ME
stearin ke tangki penampungan bahan baku. Terdapat tiga interaksi yang terjadi pada reaktor STFR, yaitu kontak antara fase gas SO
3
dan cairan ME, penyerapan gas SO
3
dan reaksi yang terjadi dalam fase liquid ME yang menghasilkan MESA. Reaktor STFR yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 10
.
Gambar 10 Reaktor STFR yang digunakan dalam penelitian
Karakteristik reaktor harus dapat menghasilkan ketebalan film ME yang tepat dan konstan, sehingga kontak dengan gas SO
3
terjadi merata di sepanjang tube
. Ketebalan lapisan film harus dijaga konstan sepanjang tube ketika dilakukan sulfonasi. Apabila film yang terbentuk menebal pada beberapa tempat dan
menipis di tempat lain, ME akan mengalir melalui lintasan tertentu di dalam dinding reaktor. Lapisan film yang menipis pada bagian reaktor mungkin akan
mengering dan terbentuk kerak. Pembentukan kerak menyebabkan MESA yang tidak dapat dikeluarkan dan dapat pula menghambat aliran bahan baku. Hal ini
menjadi penyebab kinerja reaktor kurang efisien.
Mekanisme sintesis MES dari ME yang terdiri dari ester asam lemak jenuh
Mekanisme sintesis MES dari ME stearin yang terdiri dari ester asam lemak jenuh melalui proses sulfonasi terjadi dalam beberapa tahap reaksi. Menurut
Nagayama et al. 1975 diacu dalam Kapur et al. 1976 terdapat dua senyawa intermediet berupa sulfonat anhidrid dalam pembentukan α-sulfo ester dan
menurut MacArthur 2008 reaksi sulfonasi ME stearin yang telah dihidrogenasi terjadi dalam tahapan reaksi berikut.
Reaksi I menunjukkan bahwa pada awal proses sulfonasi, gas SO
3
diserap oleh ME dan secara cepat membentuk senyawa anhidrid sebagai produk
intermediet II. Anhidrid dapat bereaksi kembali dengan molekul SO
3
kedua melalui bentuk enol-nya. Molekul anhidrid yang membawa dua unit SO
3
, dapat kehilangan satu unit SO
3
yang dapat bereaksi dengan molekul ME lainnya. Untuk Gambar 11 Mekanisme reaksi sulfonasi ME pada reaktor falling film
Mac Arthur et al. 1998
itu perlu digunakan SO
3
berlebih. Intermediet II di dalam keseimbangan mengaktifkan α-C menuju reaksi sulfonasi seperti tergambar pada reaksi 2 untuk
membentuk produk intermediet III. Reaksi 3 menggambarkan produk Intermediet III akan mengalami penyusunan kembali untuk melepaskan SO
3
dan membentuk asam metil ester sulfonat MESA yang diinginkan IV. SO
3
yang dilepaskan lalu akan mengkonversi sisa produk intermediet II membentuk
produk intermediet III. Reaksi sulfonasi ME pada reaktor falling-film disajikan pada Gambar 11.
Produk MESA yang diperoleh bersifat sangat asam, memiliki viskositas yang lebih tinggi dibandingkan dengan ME stearin dan berwarna gelap
Gambar 12. Warna hitam merupakan sifat yang dihasilkan oleh proses sulfonasi ME. Umpan ME yang mengandung asam lemak tidak jenuh menghasilkan
produk berwarna hitam, karena terbentuknya senyawa polisulfonat yang memiliki ikatan rangkap terkonjugasi.
Gambar 12 MESA hasil proses sulfonasi Pengambilan sampel dilakukan setelah reaktor mencapai kondisi tunak
steady state pada setiap taraf periode start up dalam rancangan percobaan yaitu setelah reaktor beroperasi selama 1, 2, 3, 4 dan 5 jam. Produk MESA hasil proses
sulfonasi ditampung untuk dilakukan pengambilan sampel sebanyak kurang lebih 2,5 l. MESA dari sampel sebanyak 2,5 l tersebut kemudian diambil sebanyak 300
ml untuk dinetralisasi menjadi MES MESA netral dan sisanya kemudian dilanjutkan dengan proses aging. MESA maupun MES tanpa proses aging
tersebut kemudian dianalisis sifat fisikokimianya dan kinerjanya untuk mengetahui pengaruh lama periode start up sampai mencapai kondisi tunak
terhadap tingkat keberhasilan proses sulfonasi. Parameter uji yang dilakukan
meliputi derajat keasaman pH, bilangan asam, bilangan iod, viskositas, densitas, kadar bahan aktif, warna dan tegangan permukaan.
Pada proses netralisasi, MESA yang dihasilkan dari reaktor falling film baik yang tanpa melalui proses aging maupun yang nantinya melalui proses aging
kemudian dinetralkan oleh NaOH sehingga menghasilkan MES VI. Pada proses netralisasi, derajat keasaman dikontrol berada disekitar pH 6-8, untuk
mencegah produk terhidrolisis dan membentuk disalt V. Disalt juga akan terbentuk apabila produk intermediet III langsung dinetralkan oleh NaOH
MacArthur et al. 1998. Produk MESA yang telah dinetralisasi menjadi MES kemudian dianalisis sifat fisikokimianya untuk mengetahui pengaruh lama
sulfonasi dan proses aging terhadap tingkat keberhasilan proses sulfonasi. Parameter uji yang dilakukan meliputi derajat keasaman pH, bilangan asam,
bilangan iod, viskositas, densitas, kadar bahan aktif dan tegangan permukaan. Gambar 13 menyajikan mekanisme reaksi netralisasi MESA menjadi MES dan
pembentukan disalt.
4.3 Proses Aging MESA
Menurut Gates dan Grayson 1998 aging merupakan proses pemaparan suatu bahan pada kondisi lingkungan tertentu sehingga menyebabkan perubahan
sifat-sifat bahan dari kondisi semula. Proses aging dilakukan pada campuran Gambar 13 Mekanisme reaksi netralisasi ME pada reaktor falling film
Mac Arthur et al. 1998
reaksi mixed anhydride hasil sulfonasi pada STFR yang bertujuan untuk menyempurnakan reaksi sulfonasi antara gas SO
3
dan ME stearin sehingga dapat meningkatkan konversi ME stearin menjadi MESA. Proses ini melibatkan
mekanisme penyusunan ulang rearrangement struktur molekul intermediet RCHSO
3
HCOOSO
3
CH
3
menjadi MESA RCHSO
3
HCOOCH
3
. Proses aging dilakukan pada reaktor aging dengan ukuran diameter 20 cm
dan tinggi 30 cm dengan kapasitas 6-8 l. Reaktor aging dilengkapi dengan instalasi pengadukan dengan kecepatan pengadukan maksimal 285 rpm. Pada
penelitian ini, proses aging dilakukan dengan memasukkan produk tersulfonasi dari STFR secara gravitasi dari bagian atas kedalam reaktor aging yang beroperasi
pada suhu 80 °C selama satu jam. Panas ditransfer dari heater dibagian bawah ke tangki aging. Produk MESA pasca aging kemudian diambil sebagian untuk
dinetralisasi dan sebagian lagi dianalisis untuk mengetahui pengaruh proses aging terhadap sifat fisikokimia dan kinerja MESA. Parameter uji yang dilakukan
meliputi kadar bahan aktif, bilangan asam, bilangan iod, pH, densitas, viskositas, warna dan tegangan permukaan.
Gambar 14 Mekanisme reaksi pembentukan α-sulfo fatty ester Kapur et al. 1978 Produk MESA pasca aging.
Proses aging merupakan proses yang memberikan kondisi lingkungan terhadap MESA sehingga proses penyusunan ulang struktur molekul dalam
produk tersulfonasi terjadi. Mekanisme proses penyusunan kembali pada proses aging Gambar 14 menunjukkan bahwa pada tahapan pertama proses sulfonasi
pada reaktor falling film berlangsung cepat, SO
3
bereaksi ekstrim dimana akan
