Peningkatan Kemurnian Gliserol Minyak Sawit 80% Menggunakan Distilasi Vakum Berskala 25 Liter
PENINGKATAN KEMURNIAN GLISEROL MINYAK SAWIT
80% MENGGUNAKAN DISTILASI VAKUM
BERSKALA 25 LITER
MOHAMMAD RAFI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Peningkatan Kemurnian
Gliserol Minyak Sawit 80% Menggunakan Distilasi Vakum Berskala 25 Liter
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2015
Mohammad Rafi
NIM F351120141
RINGKASAN
MOHAMMAD RAFI. Peningkatan Kemurnian Gliserol Minyak Sawit 80%
Menggunakan Distilasi Vakum Berskala 25 Liter. Dibimbing oleh ERLIZA
HAMBALI dan BONAR T. H. MARBUN.
Gliserol merupakan salah satu hasil samping dari produksi biodiesel yang
masih dapat ditingkatkan nilai tambahnya.Gliserol dengan berbagai tingkat
kualitas sangat dibutuhkan sebagai bahan baku dalam industri, diantaranya adalah
sebagai bahan kosmetik maupun bahan baku industri farmasi. Selain itu, gliserol
juga digunakan dalam industri makanan, pengolahan tembakau, oleokimia serta
bahan pelumas.Sumber gliserol yang berasal dari minyak nabati membuat aplikasi
gliserol lebih diminati dalam menjawab permasalahn lingkungan dan penggunaan
bahan baku industri dari sumber terbarukan. Salah satu hal yang dapat dilakukan
dalam pengembangan pemanfaatan gliserol adalah dengan menjadikannya sebagai
salah satu aditif dalamdrilling fluid Water Based Mud (WBM) untuk kebutuhan
pemboran sumur minyak. Drilling fluidWBM atau lumpur pemboran berbasis air
adalah fluida sirkulasi yang digunakan dalam pemboran dan memiliki peranan
yang penting dalam keberhasilan proses pemboran.
Pada proses pembuatan biodiesel dihasilkan biodiesel dan gliserol kasar
(±10%) dengan tingkat kemurnian 40-50%.Berdasarkan skenario kementerian
ESDM yangmenargetkan pada tahun 2015 pemanfaatan biodiesel akan mencapai
5,3 juta kiloliter, maka jumlah gliserol kasar hasil samping produksi biodiesel
diperkirakan dapat mencapai 530.000 kiloliter pada tahun 2015 dan akan terus
meningkat setiap tahunnya.Jika hal tersebut tidak diiringi dengan kemajuan
pemanfaatan serta perluasan pasar, maka ketersediaan gliserol yang berlebih tentu
akan menyebabkan penurunan harga gliserol.
Saat ini telah dilakukan penelitian untuk memurnikan gliserol dari minyak
sawit. Namun masih perlu dilakukan perbaikan proses pemurnian gliserol untuk
meningkatkan kemurniannya di atas 95%. Penelitian ini bertujuan untuk
mendapatkan kondisi proses terbaik agar menghasilkan gliserol dengan tingkat
kemurnian di atas 95% menggunakan distilasi vakum berskala 25 liter. Perlakuan
proses yang dilakukan adalah dua variasi tekanan 10 inHg dan 5 inHg yang
dikombinasikan dengan 3 variasi suhu 100°C, 115°C dan 130°C selama 2 jam.
Hasil penelitian menunjukkan kondisi proses terbaik adalah menggunakan
tekanan 5 inHg dan suhu 130°C. Kondisi proses tersebut menghasilkan gliserol
dengan tingkat kemurnian 97,02%, kadar air 107 ppm, kadar abu 1,78%, kadar
MONG 1,17%, nilai pH 6,28, viskositas kinematis (40°C) 252,6 cSt, densitas
1,2658 gr/cm3,specific gravity 1,2716, titik nyala 190,3°C, titik tuang -28,5°C dan
titik didih 126,5°C.
Kata kunci: Gliserol, Gliserol kasar, Pemurnian gliserol, Pengotor gliserol
SUMMARY
MOHAMMAD RAFI. Purity Improvement of 80% Palm Based Glycerolusing25
LitreScale
of
Vacuum
Distillation.
Supervised
by
ERLIZA
HAMBALIandBONAR T. H. MARBUN.
Glycerol has a high enough value as a byproduct which is produced by
biodiesel. Glycerol with its different quality levels is needed as raw material in the
industry, such as cosmetics, pharmaceutical industry, food industry, tobacco
processing, oleochemical and lubricating materials as well. The source of
Glycerol derived from vegetable oil and the application is more desirable in
responding to the environmental issues and used as industrial raw materials
obtained from renewable sources.
One of the thingsthatcan be donein developingthe utilization ofglycerolis by
making it as one of drilling fluid additive makers Water BasedMud (WBM)
additive makers needed for oil well drilling. Drilling fluid WBM is water-based
drilling mud and has an important role to achieve the success in drilling
process.In theprocess of makingbiodiesel to producebiodieselandglycerolcoarse(±
10%) with 40-50% purity. Based on Ministryof Energy and Mineralscenario, the
use of biodieselin 2015willreach5.3millionkiloliters. In 2015, coarse glycerol was
produced by biodiesel byproduct were estimated to reach 530,000 kiloliters and
expected to increase annually. Ifnot supported by the progress of the utilization
and expanding markets, hence, the excessiveglycerol available will certainly
maketheprice drop.
Currently, this research was conducted in order to purify glycerol from palm
oil. But the improvement of glycerol purificationprocesstoincrease thepurityabove
95% is still needed. The aim of this research is to find thebestconditionsprocess in
producingglycerolwitha puritylevel ofover95% by using 25 Liter Vacuum
Distillation. The treatment process was carried out in two variations pressure that
of, 10 inHg and 5 inHg, combined with 3 temperature variations of 100°C, 115°C
and 130°C for 2 hours. The best condition process was by using 5 inHg pressures
and at a temperature of 130°C. The processing conditions produced glycerol with
purity level of 97.03%, moisture content 107 ppm, ash content 1.78%, MONG
content 1.17%, pH value 6.28, kinematic viscosity (40°C) 252.6 cSt, density
1.2658 g/cm3, specific gravity 1,2716, flash point 190.3°C, pour point of -28.5°C
and a boiling point of 126.5°C.
Keywords : glycerol, crude glycerol, glycerol purification, glycerol residue
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
PERBAIKAN PROSES PEMURNIAN GLISEROL MINYAK
SAWIT 80% MENGGUNAKAN DISTILASI VAKUM
BERSKALA 25 LITER
MOHAMMAD RAFI
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
Pada
Program Studi Teknologi Industri Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji luar komisi pada Ujian Tesis: Prof. Dr. Ir. Ani Suryani DEA
Judul Tesis
Nama
NIM
:Peningkatan Kemurnian Gliserol Minyak Sawit 80%
Menggunakan Distilasi Vakum Berskala 25 Liter
: Mohammad Rafi
: F351120141
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr. –Ing. Bonar T. H. Marbun
Anggota
Prof. Dr. Erliza Hambali
Ketua
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknologi Industri Pertanian
Prof. Dr. Ir. Machfud, MS
Tanggal Sidang Tesis: 17 November 2015
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dahrul Syah, MSc, Agr
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Desember 2014 ini ialah
Peningkatan Kemurnian Gliserol Minyak Sawit 80% Menggunakan Distilasi
Vakum Berskala 25 Liter.
Terima kasih penulis ucapkan kepada IbuProf. Dr. Erliza Hambali dan
Bapak Dr. –Ing. Bonar T. H. Marbunselaku tim komisi pembimbing yang telah
banyak memberi arahan serta saran hingga tesis ini dapat diselesaikan. Di
samping itu, ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada mama tercinta
Dedes Komandini Irianti, papa Mohammad Rasyid, kakak Mohammad Ichsan dan
adik Mohammad Ghani, serta istri tersayang Chinthia yang sudah sabar serta
mendukung setiap saat. Sahabat-sahabat yang selalu mendukung dalam
penyelesaian studi di Pascasarjana TIP khususnya Eddwina Aidila Fitria, Elfa
Thamrin, Elfira Febriani, Nina Hairiyah, Nova Alemina,Alfian Syukri Lubis dan
Teguh Pratama. Rekan-rekan SBRC (Mas Otto, Bapak Ratno, Koko Robet, Mas
Udin, Dani, Pak Dudung dan Mas Fery).
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember2015
Mohammad Rafi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
1 PENDAHULUAN
Latar belakang
Tujuan
Ruang lingkup
2 TINJAUAN PUSTAKA
Gliserol
Pemurnian gliserol
Distilasi vakum
3 METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan tempat penelitian
Alat dan bahan
Prosedurpenelitian
Persiapan sampel
Peningkatan kemurnian gliserol
Analisis gliserol
Rancangan percobaan
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian kadar gliserol
Pengujian kadar air
Pengujian kadar abu
Pengujian kadar MONG
pengujian nilai pH
Pengujian viskositas kinematis (40ºC)
Pengujian densitas dan specific gravity
Pengujian titik nyala (flash point)
Pengujian titik tuang (pour point)
Pengujian titik didih (boiling point)
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
vi
vi
vi
1
1
2
2
3
3
4
5
6
6
6
6
6
7
7
7
9
9
10
11
12
13
13
14
15
17
18
19
19
19
20
22
42
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
Penelitian terkait proses pemurnian gliserol
Nilai titik didih gliserol, air dan metanol dengan berbagai
variasi tekanan
Nilai titik didih asam fosfat dengan berbagai variasi tekanan
Sifat fisiko-kimia gliserol kasar, gliserol 80% dan gliserol
technical grade
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar air yang dihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap titik tuang (pour point)
yangdihasilkan
4
5
5
7
10
18
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Struktur kimia gliserol
Reaksi pembentukan gliserol
Grafik titik didih gliserol, asam fosfat, air dan metanol
denganberbagai variasi tekanan
Diagram alir proses pemurnian gliserol
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar gliserol
yang dihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar abu yang dihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar MONG
yang dihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap nilai pH yang dihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap nilai viskositas kinematis
yangdihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap nilai densitas
yang dihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap nilai specific gravity
yangdihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap titik nyala (flash point)
yangdihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap titik didih (boiling point)
yangdihasilkan
3
3
6
8
9
11
12
13
14
15
16
17
18
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
Metode analisis gliserol
Data hasil analisis sifat fisiko-kimia gliserol
Data hasil analisis ragam dan uji Duncan
Dokumentasi penelitian
22
28
32
39
1
1. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Ditengah menurunnya produksi migas yang tentunya disertai meningkatnya
impor BBM untuk memenuhi kebutuhan nasional, produksi biodiesel pada tahun
2014mengalami peningkatan hingga mencapai 75% dari tahun sebelumnya atau
setara dengan 1,84 juta kilo liter. Pemerintah menargetkan tahun 2015
pemanfaatan biodiesel akan mencapai 5,3 juta kiloliter (Kementrian ESDM,
2015).Suryani et al (2007) menyebutkan bahwa pada proses pembuatan biodiesel
dihasilkan biodiesel dan gliserol kasar (±10%) dengan tingkat kemurnian 40-50%.
Berdasarkan skenario kebutuhan biodiesel tahun 2015 yang dirancang oleh
Kementerian ESDM tersebut, diperkirakan dari proses produksi biodiesel
menghasilkan hasil samping berupa gliserol kasar sebesar 10% maka jumlah
gliserol kasar hasil samping produksi biodiesel diperkirakan dapat mencapai
530.000 kiloliter gliserol kasar pada tahun 2015 dan akan terus meningkat setiap
tahunnya. Jika hal tersebut tidak diiringi dengan kemajuan pemanfaatan serta
perluasan pasar, maka ketersediaan gliserol yang melimpah akan menyebabkan
penurunan harga.
Gliserol merupakan salah satu hasil samping dari produksi biodiesel yang
bernilai cukup tinggi. Gliserol dengan berbagai tingkat kemurniannya sangat
dibutuhkan sebagai bahan baku dalam industri, diantaranya adalah sebagai bahan
kosmetik maupun bahan baku industri farmasi. Selain itu, gliserol juga digunakan
dalam industri makanan, pengolahan tembakau, oleokimia serta bahan pelumas
(Suryani et al. 2007).
Sumber gliserol yang berasal dari minyak nabati membuat aplikasi gliserol
lebih diminati dalam menjawab permasalahan lingkungan dan penggunaan bahan
baku industri dari sumber terbarukan. Salah satu hal yang dapat dilakukan dalam
pengembangan pemanfaatan gliserol adalah dengan menjadikannya sebagai salah
satu aditif dalamWater Based Mud (WBM)drilling fluid untuk kebutuhan
pemboran sumur migas. Drilling fluidWBM atau lumpur pemboran berbasis air
adalah fluida sirkulasi yang digunakan dalam pemboran dan memiliki peranan
yang penting dalam keberhasilan proses pemboran (Marbun et al. 2013).
Salah satu fungsi lumpur pemboran adalah sebagai stabilisator dinding
lubang sumur dengan menahan partikel-partikel padatan saat sirkulasi pemboran
terhenti. Untuk itu, karakteristik lumpur pemboran yang diinginkan adalah yang
mampu bertahan (stabil) atau membentuk gel. Pada penelitian yang dilakukan
oleh Marbun et al. (2013), pengaplikasian gliserol pada formulasi WBM masih
ditemukan kekurangan. Salah satu penyebab kekurangannya adalah kemurnian
gliserol yang digunakan adalah 82,15%. Maka dari itu diperlukan proses lanjutan
dari pemurnian gliserol agar mencapai tingkat kemurnian di atas 95% atau standar
teknis untuk industri.
Proses pemurnian gliserol hasil samping industri biodiesel telah banyak
dilakukan oleh peneliti sebelumnya dengan berbagai metode. Kocsisova et al.
(2006), melakukan penelitian dengan berbagai macam asam kuat yaitu HCl 36%,
H2SO4 40% dan H3PO4 85% dengan suhu 60°C dan pH 4,5. Proses ini
menghasilkan gliserol dengan tingkat kemurnian 78-82% dimana kadar gliserol
tertinggi dihasilkan menggunakan H3PO4 85%.
2
Kemudian pada penelitian yang dilakukan oleh Mulia (2014), pemurnian
gliserol menggunakan distilasi vakum berskala laboratorium dihasilkan
kemurnian gliserol 90-94%. Kondisi proses yang digunakan dengan tekanan
15inHg serta variasi suhu 90-95oC, 120-125oC, dan 145-150oC. Dari hasil
penelitian didapat kadar gliserol tertinggi dengan kondisi proses menggunakan
tekanan 15inHG dan suhu 90-95oC yaitu sebesar 94,19%. Sedangkan penggunaan
suhu 145-150oC menghasilkan kadar gliserol terendah yaitu 90,51%. Berdasarkan
penelitian tersebut, tingginya suhu yang digunakan menyebabkan kadar gliserol
menurun karena kadar abu dan kadar MONG meningkat. Penggunaan suhu tinggi
membuat banyak bahan anorganik yang terbakar namun tidak menguap sehingga
kadar abu meningkat. Sedangkan peningkatan kadar MONG atau kadar bahan
organik bukan gliserol disebabkan karena tingginya kandungan sisa asam
lemak.Pada penelitian Yong et al. (2001), kandungan MONG pada gliserol kasar
adalah asam lemak bebas, oksidasi produk dan komponen polimerisasi dari
gliserol. Sedangkan kadar MONG dari gliserol yang sudah di distilasi khususnya
pada suhu di atas 126oC adalah rantai pendek dan menengah dari asam lemak
serta oksidasi dari produk gliserol.
Kemurnian gliserol yang dihasilkan dari penelitian sebelumnya
menghasilkan kadar gliserol yang cukup tinggi. Namun masih perlu adanya
perbaikan proses apabila pemurnian gliserol akan dilakukan dengan distilasi
vakum berskala 25 liter. Penggunaan distilasi vakum bertujuan untuk
memudahkan pemisahan gliserol dengan pengotor berdasarkan perbedaan titik
didih. Diharapkan hasil dari penelitian dapat menghasilkan gliserol dengan tingkat
kemurnian di atas 95%.
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Memperoleh kondisi suhu dan tekanan pada proses pemurnian gliserol terbaik
dari tingkat kemurnian 80% menjadi di atas 95% menggunakan distilasi
vakum berskala 25 liter.
2. Mengetahui sifat fisiko-kimia gliserol dari kondisi proses pemurnian terbaik.
Ruang Lingkup
Ruang lingkup dari penelitian ini meliputi :
1. Pemurnian gliserol kasar hasil samping produksi biodiesel minyak kelapa
sawit dengan kadar gliserol 40-50% menggunakan reaktor pemanas berskala
25 liter dengan katalis asam fosfat teknis 85% dengan konsentrasi 5% untuk
meningkatkan kadar gliserol menjadi 80%.
2. Pemurnian gliserol 80% menggunakan distilasi vakum berskala 25 liter
dengan variasi tekanan yaitu 10inHg dan 5inHg serta variasi suhu yaitu 100oC,
115oC dan 130oC selama 2 jam untuk meningkatkan kemurnian gliserol
menjadi di atas 95%.
3. Analisis sifat fisiko kimia gliserol yang dihasilkan.
3
2. TINJAUAN PUSTAKA
Gliserol
Gliserol merupakan senyawa golongan alkohol polihidrat dengan tiga buah
gugus hidroksil dalam satu molekul. Rumus kimia gliserol adalah C3H8O3 dengan
nama kimia 1,2,3-propanatriol. Adapun struktur kimianya dapat dilihat pada
Gambar 1.
H
H C
OH
H C
OH
H C OH
H
Gambar 1 Struktur kimia gliserol
Lindsay (1985) menyebutkan bahwa gliserol memiliki sifat mudah larut
dalam air, meningkatkan viskositas larutan, mengikat air dan menurunkan
aktivitas air (aw). Dalam kondisi murni, gliserol bersifat tidak beracun, tidak
berwarna, tidak berbau dan berasa manis. Senyawa ini larut dalam air karena
memiliki tiga gugus hidroksi (OH). Gliserol juga larut sempurna dalam alkohol,
dapat terlarut dalam pelarut tertentu seperti eter dan etil asetat, namun tidak larut
dalam hidrokarbon.
Tyson (2003) menjelaskan bahwa produksi gliserol dari lemak dapat
dilakukan dengan dua metode, yaitu metode saponifikasi dan transesterifikasi.
Kedua proses tersebut menghasilkan gliserol kasar yang masih banyak
mengandung partikel-partikel pengotor seperti sisa katalis dan asam lemak bebas.
Gliserol kasar dihasilkan sebanyak ±10% dari proses pembuatan biodiesel. Bahan
baku biodiesel dapat dari berbagai macam minyak nabati, salah satunya adalah
minyak kelapa sawit. Reaksi pembentukan gliserol yang dihasilkan dari
tranesterifikasi trigliserida dengan metanol dalam produksi biodiesel dapat dilihat
pada Gambar 2.
O
R1
C
HO
OCH2
O
R2
C
O
katalis
OCH + 3 CH3OH
CH2
3R
C
OCH3 + HO
CH
O
R3
C
HO
OCH2
Trigliserida
Metanol
Biodiesel
Gambar 2 Reaksi Pembentukan Gliserol
CH2
Gliserol
4
Pemurnian Gliserol
Pemurnian gliserol hasilsamping biodiesel dapat diawali dengan
penambahan asam untukmenetralkan residu katalis basa dan memecah sabun
menjadi asam lemakbebas dan garam (Gerpen, 2005). Netralisasi basa dengan
asam merupakanreaksi eksoterm.Kocsisová danCvengroś (200θ) melakukan
penelitian tentang netralisasi katalis basa danpemecahan sabun terhadap biodiesel
telah dilakukan padasuhu reaksi 60°C menghasilkan gliserol kasar dengan kadar
gliserol 78–82%.Farobie (2009) mereaksikan gliserol dari minyak jarak pagar
dengan asam fosfat menghasilkan gliserolkasar dengan kadar gliserol 82,15%.
Pada Tabel 1 dapat dilihat penelitian terkait proses pemurnian gliserol.
Tabel 1 Penelitian Terkait Proses Pemurnian Gliserol
Kondisi Proses
Proses pemurnian pada skala laboratorium
menggunakan proses distilasi vakum dengan
kondisi proses rentang suhu 120-126°C serta
tekanan antara 4,0 x 10-1 s/d 4.0 x10-2mbar.
Performa
Proses yang dilakukan dapat
meningkatkan kemurnian
gliserol dari 50,4% menjadi
96,6%.
Pemurnian gliserol dari minyak jarak pagar
pada skala laboratorium yang dicampurkan
dengan larutan asam fosfat 5%. Campuran
diaduk selama 30 menit dan dilajutkan
dengan settling selama 60 menit serta
difiltrasi.
Proses yang dilakukan
menghasilkan tingkat
kemurnian gliserol sebesar
82,15%.
Pemurnian gliserol pada skala laboratorium
dari hasil samping biodiesel minyak jelantah
pada rentang suhu 60°C, 70°C, 80°C dan
lama proses 40,50,60 menit menggunakan
larutan asam H3PO4 5.85%.Dilanjutkan
dengan proses distilasi vakum pada rentang
suhu 164°C dan 200°C.
Kemurnian tertinggi sebesar
81.2% didapat dengan suhu
70°C dan waktu selama 60
menit.Kemudian dengan
dilanjutkan proses distilasi
vakum kemurnian
meningkat menjadi 98,10%.
Pemurnian gliserol pada skala laboratorium
dari hasil samping biodiesel minyak sawit.
Tahap pertama pemberian asam fosfat 85%
sebanyak 5%. Dilanjutkan proses pemanasan
menggunakan distilasi vakum 15inHg
dengan berbagai macam suhu 90-95oC, 120125oC dan 145-150oC.
Didapat hasil terbaik dengan
pemanasan suhu 90-95oC
dan distilasi vakum sebesar
15inHg dapat meningkatkan
kadar gliserol 40-45%
menjadi 94,15%.
Rujukan
Yong
(2001)
Farobie
(2009)
Cai
(2013)
Mulia
(2014)
Kelebihan asam fosfat, air dan metanol yang larut dalam gliserol dapat
diambil dengan melalui distilasi vakum. Pada penelitian yang dilakukan oleh
Cai(2013), penambahan pemberian asam fosfat, sodium oxalat, karbon aktif dan
proses distilasi vakum pada minyak goreng bekas, dapat meningkatkan kemurnian
gliserol mencapai 98,10%. Penelitian yang dilakukan Yong (2001) dengan
5
distilasi vakum sederhana pada suhu 120-126°C, tekanan 4,0 x 10-1 s/d 4.0 x10-2
mbar dan kemudian didinginkan pada suhu 80°C. Proses pemurnian ini berhasil
meningkatkan kemurnian gliserol dari 50,4% menjadi 96,6%. Berikut adalah
beberapa senyawa yang terdapat dalam gliserol.
Distilasi Vakum
Distilasi vakum merupakan proses pemisahan dua komponen yang titik
didihnya sangat tinggi, dimana prosesnya berlangsung pada tekanan di bawah
kondisi normal (di bawah 1 atm), dengan tujuan untuk menurunkan titik didih dari
komponen-komponen yang akan dipisahkan, sehingga dapat meminimalisasi
kerusakan komponen yang mudah rusak karena suhu yang tinggi.Vakum
merupakan suatu kondisi dari udara/gas sekitar lingkungan tertentu dihilangkan,
dimana tekanan udara dibawah tekanan atmosfir.
Pada penelitian ini pemurnian yang dilakukan adalah memisahkan gliserol
dari pengotornyaberdasarkan perbedaan titik didih. Pengotor lainnya yang berupa
metanol, air dan asam fosfat akan dipisahkan menggunakan alat pemanas distilasi
vakum reaktor berkapasitas 25 liter. Penggunaan vakum ditujukan untuk
menurunkan titik didih pengotor dan menjaga kualitas dari gliserol serta persiapan
produksi untuk skala industri. Berikut adalah titik didih dari gliserol, air dan
metanolpada Tabel 2 dan titik didih pada asam fosfat pada Tabel 3pada berbagai
macam variasi tekanan.
Tabel 2 Nilai titik didih gliserol, air dan metanol dengan berbagai variasi tekanan
Nama
Senyawa
Gliserol
Air
Metanol
Rumus
Molekul
C3H8O3
H2O
CH3OH
0,08/2,4
208,0
41,5
12,1
Tekanan (atm/inHg)
0,13/3,9
0,26/7,9
0,53/15,7
Suhu (oC)
220,1
240,0
263,0
51,6
66,5
83,0
21,2
34,8
49,9
1,0/29,9
290,0
100,0
64,7
Sumber : Speight (2005)
Tabel 3 Nilai titik didih asam fosfat dengan berbagai variasi tekanan
Nama Senyawa
Rumus
Molekul
Asam Fosfat 85%
H3PO4
Sumber : PhotasCorp (2012)
0,02/0,6
60
Tekanan (atm/inHg/mmHg)
0,06/1,8
0,14/4,3
0,58/17,5
Suhu (oC)
80
100
140
1,0/29,9
158,0
Tempeatur oC
6
350
300
250
200
150
100
50
0
Gliserol*
Asam
Fosfat**
Air*
Metanol*
29,9
15,7
7,9
3,9
Tekanan (inHg)
2,4
Sumber : * Speight (2005), ** PhotasCorp (2012)
Gambar 3 Grafik titik didih gliserol, asam fosfat, air dan methanol dengan
berbagai variasi tekanan
3.METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium SurfactantandBioenergy Research
Center LPPM Institut Pertanian Bogor. Penelitian dimulai sejak bulan Desember
2014 hingga Juni 2015.
Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan terdiri atas gliserol kasar (hasil pemisahan dalam
pembuatan biodiesel dari minyak sawit), asam fosfat (H3PO4) teknis 85% dan
bahan-bahan analisis. Alat yang digunakan terdiri atas reaktor pemanas
berpengaduk skala 25 liter, filtrasi, distilasi vakum skala 25 liter dan alat-alat
laboratorium lainnya.
Prosedur Penelitian
Persiapan Sampel
Sampel yang digunakan untuk perbaikan proses pemurnian adalah gliserol
kasar hasil samping industri biodiesel minyak sawit yang diproduksi oleh
Surfactant and Bionergy Research Center (SBRC-LPPM IPB). Pemurnian tahap
pertama mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh Farobie (2009). Gliserol
kasar berkadar gliserol 40-50% dipanaskan menggunakan reaktor pemanas
berpengaduk skala 25 liter (Lampiran 4.a) hingga suhu 55oC kemudian
ditambahkan dengan larutan H3PO4 teknis 85% sebanyak 5% (v/v). Setelah
pemberian larutan tersebut, suhu pemanasan ditingkatkan menjadi 75oC selama 2
jam. Setelah proses pemanasan selesai, mesin dimatikan dan didiamkan hingga
gliserol terbentuk dalam tiga fasa, dimana lapisan teratas asam lemak bebas,
lapisan tengah gliserol dan lapisan bawah garam potassium fosfat (K3PO4). Proses
7
selanjutnya adalah pemisahan gliserol dari asam lemak bebas dan garam fosfat
dengan alat filtrasi (Lampiran 4.b) dan menghasilkan gliserol dengan kadar 80%.
Pada Tabel 4 dapat dilihat sifat fisiko-kimia gliserol kasar, gliserol 80% dan
gliserol technical grade.
Tabel 4 Sifat fisiko-kimia gliserol kasar, gliserol 80% dan gliserol technical grade
Parameter
Kadar gliserol (%)
Kadar air (%)
Kadar abu (%)
Kadar MONG (%)
Nilai pH
Viskositas Kinematis 40°C (cSt)
Densitas (g/cm3)
Specific gravity
Titik nyala (°C)
Titik tuang (°C)
Titik didih (°C)
Gliserol
kasar*
46,74
0,629
14,18
38,45
9,40
159,7
1,076
1,080
>90
3
108
Gliserol
80%*
83,32
6,767
2,08
7,83
6,31
64,52
1,231
1,235
>90
-42
168
Gliserol technical
grade**
95
5
1,2517
199
171
Sumber : *Mulia (2014), **Chemical Associates (2013)
Peningkatan kemurnian gliserol 80% menjadi gliserol di atas 95%
Pemurnian gliserol 80% menggunakan alat distilasi vakum berskala 25 liter
(Lampiran 4.c) adalah penelitian utama yang dilakukan untuk memperbaiki proses
pemurnian sebelumnya yang diharapkan mampu meningkatkan kadar gliserol di
atas 95%. Pada penelitian ini kondisi proses pemurnian gliserol menggunakan
distilasi vakum berskala 25 literdengan beberapa kombinasi perlakuan, yaitu
tekanan 10 inHg + suhu 100°C, tekanan 10 inHg + suhu 115°C, tekanan 10 inHg
+ suhu 130°C, tekanan 5 inHg + suhu 100°C, 5 tekanan 5 inHg + suhu 115°C dan
tekanan 5 inHg + suhu 130°C. Waktu proses yang digunakan pada masing-masing
kombinasi perlakuan adalah selama 2 jam. Diagram alir proses pemurnian gliserol
disajikan pada Gambar 4.
Analisis Gliserol
Analisis gliserol dilakukan pada gliserolhasil pemurnian. Analisis yang
dilakukan adalah :
Analisis sifat fisikokimia gliserol yang dilakukan mencakupkadar gliserol
(SNI 06-1564-1995), kadar abu (SNI 06-1564-1995), kadar MONG (SNI 061564-1995), densitas, specific gravity, viskositas kinematis (40°C), pH, titik didih,
titik nyala, dan titik tuang.
Rancangan Percobaan
Rancangan percobaan yang digunakan pada gliserol adalah Rancangan
Acak Lengkap (RAL) satu faktor. Model yang digunakan terdiri atas 6 kombinasi
perlakuan, yaitu tekanan 10 inHg + suhu 100°C, tekanan 10 inHg + 115°C,
8
tekanan 10 inHg + suhu 130°C, tekanan 5 inHg + suhu 100°C, 5 tekanan inHg +
suhu 115°C dan tekanan 5 inHg + suhu 130°C. Setiap kombinasiperlakuan
dilakukan pengulangan sebanyak dua kali. Model rancangan yang digunakan
adalah sebagai berikut:
Yij = μ + Ai + ε(ij)
Keterangan :
Yij = pengaruh kombinasi perlakuan taraf ke-i (i=1,2,3,4,5,6) pada ulangan
ke-j (j=1,2)
= rata-rata yang sebenarnya
Ai = Pengaruh kombinasi perlakuan distilasi vakum taraf ke-i
εij = galat percobaan pada ulangan ke-j karena faktor persentase taraf ke-i
Data yang diperoleh dianalisis menggunakan ANOVAdan dilakukan uji lanjut
dengan uji Duncan pada taraf α = 5 %.
Mulai
Gliserol kasar 40-50%
Reaktor pemanas
Filtrasi
T 55oC+ H3PO4teknis sebanyak 5% (v/v).
T75oC + 2 jam
Terbentuk 3 fasa (ALB, gliserol dan
garam-garam)
Gliserol 80-85%
ALB & garam
Distilasi vakum
P 10 inHg + T 100°C, P 10 inHg + T 115°C, P 10 inHg + T 130°C
P 5 inHg + T 100°C, P 5 inHg + T 115°C, P 5 inHg + T 130°C
(Masing-masing kombinasi perlakuan selama 2 jam)
Gliserol >95%
Pengotor : asam fosfat, air, metanol
Analisis Fisiko-Kimia
Selesai
Gambar 4 Diagram alir proses pemurnian gliserol
9
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian kadar gliserol
Kadar Gliserol (%)
Pengujian kadar gliserol dilakukan untuk mengetahui tingkat kemurnian
dari gliserol. Metode yang digunakan untuk menguji kadar gliserol adalah
menggunakan standar SNI 06-1564-1995 (Lampiran 1) yaitu dengan metode
alkalimetri. Prinsip kerja dari metode tersebut adalah mereaksikan gliserol dengan
natrium periodat (NaIO4) yang akan menghasilkan formaldehid dan asam format
yang kemudian dititrasi dengan larutan standar natrium hidroksida (NaOH). Dari
hasil analisa kadar gliserol (Lampiran 2.a) yang dihasilkan berkisar antara 90,93%
–97,02%.
Berdasarkan hasil analisis ragam pada tingkat kepercayaan 9η% dan α =
0,05 (Lampiran 3.a) menunjukkan ada pengaruh nyata pada perlakuan yang
digunakan terhadap kadar gliserol yang dihasilkan. Menurut uji lanjut Duncan
yang dilakukan, penggunaan tekanan 10 inHg pada suhu 130°C dibandingkan
dengan kondisi proses menggunakan tekanan 5 inHg pada suhu yang sama yaitu
130°C menunjukkan hasil yang berbeda nyata. Pada tekanan 5 inHg dengan suhu
130°C, menyisakan bahan organik bukan gliserol atau MONG sebesar
1,18%,sedangkan pada tekanan 10 inHg pada suhu 130°C MONG sebesar 4,79%.
Penggunaan tekanan rendah secara efektif dapat meningkatkan kemurnian gliserol
karena memudahkan pengotor untuk dipisahkan dari gliserol dengan menurunkan
titik didih dari pengotor.Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar gliserol yang
dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 5.
100
98
96
94
92
90
88
0
96,11
92,85
96,56
97,02
93,31
90,93
Gambar 5 Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar gliserol yang dihasilkan
Pada Gambar 5 dapat dilihat kadar gliserol tertinggi dihasilkan
menggunakan perlakuan kondisi proses tekanan 5 inHg dan suhu 130°C yaitu
sebesar 97,02% yang dapat dilihat pada Lampiran 4.e. Penggunaan tekanan
rendah terbukti efektif memisahkan gliserol dari pengotornya seperti air, metanol
dan asam fosfat dengan menurunkan titik didih dari pengotor. Semua kombinasi
perlakuan proses yang digunakan mampu menghasilkan gliserol dengan kadar
gliserol yang memenuhi standar mutu SNI 06-1564-1995 yaitu minimal 80%.
Namun hanya ada tiga kombinasi perlakuan yang menghasilkan gliserol
berstandar mutu berdasarkan Chemical Associates (2013) dengan kadar gliserol di
10
atas 95%, yaitu gliserol yang menggunakan perlakuan tekanan 5 inHg pada suhu
100°C, 115°C dan 130°C.
Kombinasi perlakuan yang digunakan menghasilkan gliserol dengan
tingkat kemurnian yang lebih tinggi dari penelitian Mulia (2014) yang
menggunakan perlakuan tekanan 15 inHg dan suhu 90-95°C pada skala
laboratorium dimana menghasilkan gliserol berkadar 94,19%. Sedangkan pada
penelitian ini perlakuan tekanan yang digunakan lebih rendah serta suhu yang
lebih tinggi dari penelitian tersebut, maka dalam memisahkan gliserol dengan
pengotornya lebih mudah. Pengotor yang memiliki titik didih tertinggi yaitu asam
fosfat sebesar 158°C pada tekanan normal menjadi lebih mudah untuk dipisahkan
dengan kombinasi perlakuan yang digunakan.
Pengujian kadar air
Air merupakan salah satu indikator pengotor di dalam gliserol karena
dapat menurunkan tingkat kemurnian gliserol. Kandungan air pada gliserol
berasal dari reaksi hidrolisis maupun oksidasi gliserol pada saat proses
penyimpanan, produksi dan saat proses pemurnian gliserol 80%. Pada penelitian
yang dilakukan Mulia (2014) pada Tabel 4, terjadi peningkatan kadar air dari
proses pemurnian gliserol kasar menjadi gliserol 80%. Di mana pada gliserol
kasar terkandung air sebanyak 0,629% dan pada gliserol 80% sebesar 6,767%
(Tabel 4). Dari hasil analisa kadar air (Lampiran 2.b) yang dihasilkan berkisar
antara 107-119 ppm.
Berdasarkan hasil analisis ragam pada tingkat kepercayaan 9η% dan α =
0,05 (Lampiran 3.b) menunjukkantidak ada pengaruh nyata pada setiap perlakuan
yang digunakan terhadap kadar air gliserol yang dihasilkan. Pemisahan gliserol
dengan air terbilang mudah pada semua proses yang dilakukan. Penggunaan
perlakuan tekanan 10 inHg dan suhu 100°C sudah sangat efektif dalam
menghilangkan air pada gliserol karena pada dasarnya titik didih air pada tekanan
normal adalah 100°C,maka pada semua proses perlakuan dapat dengan mudah
memisahkan air dengan gliserol. Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar air
yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel5.
Tabel 5 Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar air yang dihasilkan
Perlakuan
Tekanan (inHg)
Suhu (°C)
10
100
10
115
10
130
5
100
5
115
5
130
Kadar Air (ppm)
109 ±13
109 ±11
114 ±24
116 ±16
119 ±6
107 ±8
Pada Tabel 5, semua kombinasi perlakuan yang digunakan terbilang
efektif dalam mengurangi kadar air pada gliserol hasil pemurnian.Gliserol dengan
kadar air terendah dihasilkan menggunakan kombinasi perlakuan tekanan 5 inHg
dan suhu 130°C yaitu 107 ppm. Kadar air gliserol yang dihasilkan sudah
memenuhi standar mutu SNI 06-1564-1995 yaitu maksimal 10% atau 100.000
11
ppm, standar Chemical Associates yaitu 5% atau 50.000 ppm serta sudah
memenuhi standar USP (United States Pharmacopeia) yaitu maksimal 0,5% atau
5000 ppm.
Pengujian kadar abu
Kadar abu (%)
Kadar abu adalah salah satu indikator yang dapat mempengaruhi tingkat
kemurnian gliserol. Kadar abu menunjukkan jumlah bahan anorganik berupa sisasisa garam, logam serta mineral. Bahan-bahan anorganik tersebut merupakan
pengotor yang masuk ataupun terbentuk di dalam gliserol pada saat proses
produksi atau penyimpanan. Kadar abu yang tinggi tidak diharapkan karena akan
mempengaruhi kualitas dari gliserol. Dari hasil analisa kadar abu (Lampiran 2.c)
yang dihasilkan berkisar antara 1,58 - 1,78%.
Berdasarkan hasil analisis ragam pada tingkat kepercayaan 9η% dan α =
0,05 (Lampiran 3.c) menunjukkan ada pengaruh nyata pada perlakuan yang
digunakan terhadap kadar abu gliserol yang dihasilkan. Menurut uji lanjut Duncan
yang dilakukan, kadar abu terendah dihasilkan menggunakan tekanan 10 inHg dan
suhu 100°C yaitu 1,58%. Kadar abu tertinggi dihasilkan dengan menggunakan
tekanan 5 inHg dan suhu 130°C yaitu sebesar 1,78%. Diduga peningkatan kadar
abu disebabkan semakin tinggi suhu dan semakin rendah tekanan yang digunakan
maka semakin banyak pengotor MONG yang diuapkan. Dengan semakin banyak
MONG yang diuapkan, maka volume dari gliserol akan semakin berkurang
namun pengotor yang terlarut di dalam gliserol tetap karena tidak menguap. Di
mana gliserol yang memiliki kadar abu tertinggi yaitu sebesar 1,78% memiliki
kadar MONG paling rendah yaitu 1,17%.Pengaruh tekanan dan suhu terhadap
kadar abu yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 6.
1,9
1,7
1,58
1,63
1,66
1,70
1,73
1,78
Keterangan :
P : Tekanan
T : Temperatur
1,5
1,3
0
Gambar 6 Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar abu yang dihasilkan
Dari hasil analisis pada Gambar 6 dapat dilihat bahwa penggunaan tekanan
yang semakin rendah dan penggunaan suhu yang semakin tinggi menghasilkan
kadar abu gliserol yang semakin tinggi.Pada penelitian ini kadar abu gliserol
berupa K3PO4yang terbentuk pada saat proses pemberian asam fosfat 85%.
Katalis KOH pada proses pembuatan biodiesel bereaksi dengan asam fosfat
(H3PO4) yang membentuk K3PO4. Bahan tersebut adalah bahan anorganik yang
dapat larut dalam air dan gliserol serta memiliki ikatan ion yang kuat maka nilai
titik didihnya tinggi. Dengan perlakuan yang digunakan sangat sulit untuk
memisahkan gliserol dengan bahantersebut. Namun semua kombinasi perlakuan
12
yang digunakan pada distilasi vakum berskala 25 liter dinilai efektif dalam
memurnikan gliserol karena tidak banyak meningkatkan kadar abu. Nilai kadar
abu gliserol yang dihasilkan sudah memenuhi standar mutu SNI 06-1564-1995
yaitu maksimal 10%.
Pengujian kadar MONG
Kadar MONG (%)
Material Organic Non-Glycerol (MONG) atau bahan organik bukan
gliserol, merupakan pengotor dari gliserol. Kandungan yang terdapat pada MONG
adalah asam lemak, metanol, serta sisa dari proses produksi biodiesel dan sisa
proses pemurnian gliserol 80%. Nilai kadar MONG menurut SNI 06-1564-1995
didapat dari perhitungan 100% dikurangi dengan jumlah kadar gliserol, kadar air
dan kadar abu. Dari hasil analisa Kadar MONG (Lampiran 2.d) yang dihasilkan
berkisar 1,17% -7,48%.
Berdasarkan hasil analisis ragam pada tingkat kepercayaan 9η% danα =
0,05 (Lampiran 3.d) menunjukkan ada pengaruh nyata pada perlakuan yang
digunakan terhadap kadar MONG gliserol yang dihasilkan. Menurut uji lanjut
Duncan yang dilakukan, penggunaan tekanan 10 inHg pada suhu 100ºC
menghasilkan gliserol dengan kadar MONG tertinggi yaitu 7,48% dengan hasil
berbeda nyata dengan perlakuan yang lain. Namun penggunaan suhu 130ºC
menunjukkan perlakuan yang menghasilkan gliserol dengan kadar MONG
terendah yaitu 1,17% dan perlakuan tersebut menunjukkan hasil yang berbeda
nyata juga dengan perlakuan yang lainnya.Pengaruh tekanan dan suhu terhadap
kadar MONG yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 7.
10
8
6
4
2
0
7,48
5,52
4,79
1,96
1,70
1,17
Keterangan :
P : Tekanan
T : Temperatur
Gambar 7 Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar MONG yang dihasilkan
Kadar MONG yang dihasilkan berbanding lurus dengan perlakuan
kombinasi yang digunakan. Semakin rendah tekanan vakum dan semakin tinggi
suhu yang digunakan maka kadar MONG pada gliserol akan semakin menurun.
Pada tekanan 5 inHg pengotor dengan titik didih tertinggi yaitu asam fosfat
(158°C pada tekanan 30 inHg) dapat lebih mudah dipisahkan dengan gliserol.
Maka pada tekanan 5 inHg kadar MONG pada gliserol yang dihasilkan dapat
lebih rendah. Perlakuan tekanan 5 inHg terbukti efektif mengurangi kadar MONG
sesuai dengan SNI 06-1564-1995 yaitu maksimum 2,5%.
13
Pengujian nilai pH
Nilai pH
Pengukuran nilai pH pada gliserol hasil pemurnian dimaksudkan untuk
mengetahui tingkat keasamannya. Nilai pH gliserol yang semakin mendekati
netral akan semakin baik, karena lebih mudah diaplikasikan ke berbagai produk
dan sesuai dengan kebutuhan industri. Dari hasil analisa nilai pH (Lampiran 2.e)
yang dihasilkan berkisar 5,55 - 6,28.
Berdasarkan hasil analisis ragam pada tingkat kepercayaan 9η% dan α =
0,05 (Lampiran 3.e) menunjukkan ada pengaruh nyata pada perlakuan yang
digunakan terhadap nilai pH gliserol yang dihasilkan. Menurut uji lanjut Duncan
yang dilakukan, semua perlakuan menunjukkan hasil yang saling berbeda nyata.
Gliserol hasil pemurnian yang memiliki pH paling mendekati netral adalah
gliserol yang menggunakan tekanan 5 inHg pada suhu 130ºC yaitu sebesar 6,28.
Diduga peningkatan nilai pH gliserol mendekati netral disebabkan semakin
berkurangnya kadar MONG pada gliserol. Gliserol hasil pemurnian dengan pH
6,28 memiliki kadar MONG terendah yaitu 1,17%. Sedangkan gliserol hasil
pemurnian dengan nilai pH terendah yaitu 5,55 memiliki kadar MONG tertinggi
yaitu 7,48%. Pengaruh tekanan dan suhu terhadap nilai pH yang dihasilkan dapat
dilihat pada Gambar 8.
6,4
6,2
6
5,8
5,6
5,4
5,2
5
0
6,07
6,18
6,28
5,80
5,55
5,61
Keterangan :
P : Tekanan
T : Temperatur
Gambar 8 Pengaruh tekanan dan suhu terhadap nilai pH yang dihasilkan
Dari hasil analisis dapat diketahui bahwa semakin rendah tekanan vakum
dan semakin tinggi suhu pemanasan yang digunakan, maka nilai pH gliserol yang
dihasilkan semakin mendekati netral. Menurut Cai (2013), pengotor gliserol pada
tingkat kemurnian 80% adalah air, asam lemak, metanol dan asam fosfat. Dari
bahan-bahan tersebut yang memiliki pH terendah adalah asam fosfatyaitu
80% MENGGUNAKAN DISTILASI VAKUM
BERSKALA 25 LITER
MOHAMMAD RAFI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Peningkatan Kemurnian
Gliserol Minyak Sawit 80% Menggunakan Distilasi Vakum Berskala 25 Liter
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2015
Mohammad Rafi
NIM F351120141
RINGKASAN
MOHAMMAD RAFI. Peningkatan Kemurnian Gliserol Minyak Sawit 80%
Menggunakan Distilasi Vakum Berskala 25 Liter. Dibimbing oleh ERLIZA
HAMBALI dan BONAR T. H. MARBUN.
Gliserol merupakan salah satu hasil samping dari produksi biodiesel yang
masih dapat ditingkatkan nilai tambahnya.Gliserol dengan berbagai tingkat
kualitas sangat dibutuhkan sebagai bahan baku dalam industri, diantaranya adalah
sebagai bahan kosmetik maupun bahan baku industri farmasi. Selain itu, gliserol
juga digunakan dalam industri makanan, pengolahan tembakau, oleokimia serta
bahan pelumas.Sumber gliserol yang berasal dari minyak nabati membuat aplikasi
gliserol lebih diminati dalam menjawab permasalahn lingkungan dan penggunaan
bahan baku industri dari sumber terbarukan. Salah satu hal yang dapat dilakukan
dalam pengembangan pemanfaatan gliserol adalah dengan menjadikannya sebagai
salah satu aditif dalamdrilling fluid Water Based Mud (WBM) untuk kebutuhan
pemboran sumur minyak. Drilling fluidWBM atau lumpur pemboran berbasis air
adalah fluida sirkulasi yang digunakan dalam pemboran dan memiliki peranan
yang penting dalam keberhasilan proses pemboran.
Pada proses pembuatan biodiesel dihasilkan biodiesel dan gliserol kasar
(±10%) dengan tingkat kemurnian 40-50%.Berdasarkan skenario kementerian
ESDM yangmenargetkan pada tahun 2015 pemanfaatan biodiesel akan mencapai
5,3 juta kiloliter, maka jumlah gliserol kasar hasil samping produksi biodiesel
diperkirakan dapat mencapai 530.000 kiloliter pada tahun 2015 dan akan terus
meningkat setiap tahunnya.Jika hal tersebut tidak diiringi dengan kemajuan
pemanfaatan serta perluasan pasar, maka ketersediaan gliserol yang berlebih tentu
akan menyebabkan penurunan harga gliserol.
Saat ini telah dilakukan penelitian untuk memurnikan gliserol dari minyak
sawit. Namun masih perlu dilakukan perbaikan proses pemurnian gliserol untuk
meningkatkan kemurniannya di atas 95%. Penelitian ini bertujuan untuk
mendapatkan kondisi proses terbaik agar menghasilkan gliserol dengan tingkat
kemurnian di atas 95% menggunakan distilasi vakum berskala 25 liter. Perlakuan
proses yang dilakukan adalah dua variasi tekanan 10 inHg dan 5 inHg yang
dikombinasikan dengan 3 variasi suhu 100°C, 115°C dan 130°C selama 2 jam.
Hasil penelitian menunjukkan kondisi proses terbaik adalah menggunakan
tekanan 5 inHg dan suhu 130°C. Kondisi proses tersebut menghasilkan gliserol
dengan tingkat kemurnian 97,02%, kadar air 107 ppm, kadar abu 1,78%, kadar
MONG 1,17%, nilai pH 6,28, viskositas kinematis (40°C) 252,6 cSt, densitas
1,2658 gr/cm3,specific gravity 1,2716, titik nyala 190,3°C, titik tuang -28,5°C dan
titik didih 126,5°C.
Kata kunci: Gliserol, Gliserol kasar, Pemurnian gliserol, Pengotor gliserol
SUMMARY
MOHAMMAD RAFI. Purity Improvement of 80% Palm Based Glycerolusing25
LitreScale
of
Vacuum
Distillation.
Supervised
by
ERLIZA
HAMBALIandBONAR T. H. MARBUN.
Glycerol has a high enough value as a byproduct which is produced by
biodiesel. Glycerol with its different quality levels is needed as raw material in the
industry, such as cosmetics, pharmaceutical industry, food industry, tobacco
processing, oleochemical and lubricating materials as well. The source of
Glycerol derived from vegetable oil and the application is more desirable in
responding to the environmental issues and used as industrial raw materials
obtained from renewable sources.
One of the thingsthatcan be donein developingthe utilization ofglycerolis by
making it as one of drilling fluid additive makers Water BasedMud (WBM)
additive makers needed for oil well drilling. Drilling fluid WBM is water-based
drilling mud and has an important role to achieve the success in drilling
process.In theprocess of makingbiodiesel to producebiodieselandglycerolcoarse(±
10%) with 40-50% purity. Based on Ministryof Energy and Mineralscenario, the
use of biodieselin 2015willreach5.3millionkiloliters. In 2015, coarse glycerol was
produced by biodiesel byproduct were estimated to reach 530,000 kiloliters and
expected to increase annually. Ifnot supported by the progress of the utilization
and expanding markets, hence, the excessiveglycerol available will certainly
maketheprice drop.
Currently, this research was conducted in order to purify glycerol from palm
oil. But the improvement of glycerol purificationprocesstoincrease thepurityabove
95% is still needed. The aim of this research is to find thebestconditionsprocess in
producingglycerolwitha puritylevel ofover95% by using 25 Liter Vacuum
Distillation. The treatment process was carried out in two variations pressure that
of, 10 inHg and 5 inHg, combined with 3 temperature variations of 100°C, 115°C
and 130°C for 2 hours. The best condition process was by using 5 inHg pressures
and at a temperature of 130°C. The processing conditions produced glycerol with
purity level of 97.03%, moisture content 107 ppm, ash content 1.78%, MONG
content 1.17%, pH value 6.28, kinematic viscosity (40°C) 252.6 cSt, density
1.2658 g/cm3, specific gravity 1,2716, flash point 190.3°C, pour point of -28.5°C
and a boiling point of 126.5°C.
Keywords : glycerol, crude glycerol, glycerol purification, glycerol residue
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
PERBAIKAN PROSES PEMURNIAN GLISEROL MINYAK
SAWIT 80% MENGGUNAKAN DISTILASI VAKUM
BERSKALA 25 LITER
MOHAMMAD RAFI
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
Pada
Program Studi Teknologi Industri Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji luar komisi pada Ujian Tesis: Prof. Dr. Ir. Ani Suryani DEA
Judul Tesis
Nama
NIM
:Peningkatan Kemurnian Gliserol Minyak Sawit 80%
Menggunakan Distilasi Vakum Berskala 25 Liter
: Mohammad Rafi
: F351120141
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr. –Ing. Bonar T. H. Marbun
Anggota
Prof. Dr. Erliza Hambali
Ketua
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknologi Industri Pertanian
Prof. Dr. Ir. Machfud, MS
Tanggal Sidang Tesis: 17 November 2015
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dahrul Syah, MSc, Agr
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Desember 2014 ini ialah
Peningkatan Kemurnian Gliserol Minyak Sawit 80% Menggunakan Distilasi
Vakum Berskala 25 Liter.
Terima kasih penulis ucapkan kepada IbuProf. Dr. Erliza Hambali dan
Bapak Dr. –Ing. Bonar T. H. Marbunselaku tim komisi pembimbing yang telah
banyak memberi arahan serta saran hingga tesis ini dapat diselesaikan. Di
samping itu, ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada mama tercinta
Dedes Komandini Irianti, papa Mohammad Rasyid, kakak Mohammad Ichsan dan
adik Mohammad Ghani, serta istri tersayang Chinthia yang sudah sabar serta
mendukung setiap saat. Sahabat-sahabat yang selalu mendukung dalam
penyelesaian studi di Pascasarjana TIP khususnya Eddwina Aidila Fitria, Elfa
Thamrin, Elfira Febriani, Nina Hairiyah, Nova Alemina,Alfian Syukri Lubis dan
Teguh Pratama. Rekan-rekan SBRC (Mas Otto, Bapak Ratno, Koko Robet, Mas
Udin, Dani, Pak Dudung dan Mas Fery).
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember2015
Mohammad Rafi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
1 PENDAHULUAN
Latar belakang
Tujuan
Ruang lingkup
2 TINJAUAN PUSTAKA
Gliserol
Pemurnian gliserol
Distilasi vakum
3 METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan tempat penelitian
Alat dan bahan
Prosedurpenelitian
Persiapan sampel
Peningkatan kemurnian gliserol
Analisis gliserol
Rancangan percobaan
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian kadar gliserol
Pengujian kadar air
Pengujian kadar abu
Pengujian kadar MONG
pengujian nilai pH
Pengujian viskositas kinematis (40ºC)
Pengujian densitas dan specific gravity
Pengujian titik nyala (flash point)
Pengujian titik tuang (pour point)
Pengujian titik didih (boiling point)
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
vi
vi
vi
1
1
2
2
3
3
4
5
6
6
6
6
6
7
7
7
9
9
10
11
12
13
13
14
15
17
18
19
19
19
20
22
42
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
Penelitian terkait proses pemurnian gliserol
Nilai titik didih gliserol, air dan metanol dengan berbagai
variasi tekanan
Nilai titik didih asam fosfat dengan berbagai variasi tekanan
Sifat fisiko-kimia gliserol kasar, gliserol 80% dan gliserol
technical grade
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar air yang dihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap titik tuang (pour point)
yangdihasilkan
4
5
5
7
10
18
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Struktur kimia gliserol
Reaksi pembentukan gliserol
Grafik titik didih gliserol, asam fosfat, air dan metanol
denganberbagai variasi tekanan
Diagram alir proses pemurnian gliserol
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar gliserol
yang dihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar abu yang dihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar MONG
yang dihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap nilai pH yang dihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap nilai viskositas kinematis
yangdihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap nilai densitas
yang dihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap nilai specific gravity
yangdihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap titik nyala (flash point)
yangdihasilkan
Pengaruh tekanan dan suhu terhadap titik didih (boiling point)
yangdihasilkan
3
3
6
8
9
11
12
13
14
15
16
17
18
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
Metode analisis gliserol
Data hasil analisis sifat fisiko-kimia gliserol
Data hasil analisis ragam dan uji Duncan
Dokumentasi penelitian
22
28
32
39
1
1. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Ditengah menurunnya produksi migas yang tentunya disertai meningkatnya
impor BBM untuk memenuhi kebutuhan nasional, produksi biodiesel pada tahun
2014mengalami peningkatan hingga mencapai 75% dari tahun sebelumnya atau
setara dengan 1,84 juta kilo liter. Pemerintah menargetkan tahun 2015
pemanfaatan biodiesel akan mencapai 5,3 juta kiloliter (Kementrian ESDM,
2015).Suryani et al (2007) menyebutkan bahwa pada proses pembuatan biodiesel
dihasilkan biodiesel dan gliserol kasar (±10%) dengan tingkat kemurnian 40-50%.
Berdasarkan skenario kebutuhan biodiesel tahun 2015 yang dirancang oleh
Kementerian ESDM tersebut, diperkirakan dari proses produksi biodiesel
menghasilkan hasil samping berupa gliserol kasar sebesar 10% maka jumlah
gliserol kasar hasil samping produksi biodiesel diperkirakan dapat mencapai
530.000 kiloliter gliserol kasar pada tahun 2015 dan akan terus meningkat setiap
tahunnya. Jika hal tersebut tidak diiringi dengan kemajuan pemanfaatan serta
perluasan pasar, maka ketersediaan gliserol yang melimpah akan menyebabkan
penurunan harga.
Gliserol merupakan salah satu hasil samping dari produksi biodiesel yang
bernilai cukup tinggi. Gliserol dengan berbagai tingkat kemurniannya sangat
dibutuhkan sebagai bahan baku dalam industri, diantaranya adalah sebagai bahan
kosmetik maupun bahan baku industri farmasi. Selain itu, gliserol juga digunakan
dalam industri makanan, pengolahan tembakau, oleokimia serta bahan pelumas
(Suryani et al. 2007).
Sumber gliserol yang berasal dari minyak nabati membuat aplikasi gliserol
lebih diminati dalam menjawab permasalahan lingkungan dan penggunaan bahan
baku industri dari sumber terbarukan. Salah satu hal yang dapat dilakukan dalam
pengembangan pemanfaatan gliserol adalah dengan menjadikannya sebagai salah
satu aditif dalamWater Based Mud (WBM)drilling fluid untuk kebutuhan
pemboran sumur migas. Drilling fluidWBM atau lumpur pemboran berbasis air
adalah fluida sirkulasi yang digunakan dalam pemboran dan memiliki peranan
yang penting dalam keberhasilan proses pemboran (Marbun et al. 2013).
Salah satu fungsi lumpur pemboran adalah sebagai stabilisator dinding
lubang sumur dengan menahan partikel-partikel padatan saat sirkulasi pemboran
terhenti. Untuk itu, karakteristik lumpur pemboran yang diinginkan adalah yang
mampu bertahan (stabil) atau membentuk gel. Pada penelitian yang dilakukan
oleh Marbun et al. (2013), pengaplikasian gliserol pada formulasi WBM masih
ditemukan kekurangan. Salah satu penyebab kekurangannya adalah kemurnian
gliserol yang digunakan adalah 82,15%. Maka dari itu diperlukan proses lanjutan
dari pemurnian gliserol agar mencapai tingkat kemurnian di atas 95% atau standar
teknis untuk industri.
Proses pemurnian gliserol hasil samping industri biodiesel telah banyak
dilakukan oleh peneliti sebelumnya dengan berbagai metode. Kocsisova et al.
(2006), melakukan penelitian dengan berbagai macam asam kuat yaitu HCl 36%,
H2SO4 40% dan H3PO4 85% dengan suhu 60°C dan pH 4,5. Proses ini
menghasilkan gliserol dengan tingkat kemurnian 78-82% dimana kadar gliserol
tertinggi dihasilkan menggunakan H3PO4 85%.
2
Kemudian pada penelitian yang dilakukan oleh Mulia (2014), pemurnian
gliserol menggunakan distilasi vakum berskala laboratorium dihasilkan
kemurnian gliserol 90-94%. Kondisi proses yang digunakan dengan tekanan
15inHg serta variasi suhu 90-95oC, 120-125oC, dan 145-150oC. Dari hasil
penelitian didapat kadar gliserol tertinggi dengan kondisi proses menggunakan
tekanan 15inHG dan suhu 90-95oC yaitu sebesar 94,19%. Sedangkan penggunaan
suhu 145-150oC menghasilkan kadar gliserol terendah yaitu 90,51%. Berdasarkan
penelitian tersebut, tingginya suhu yang digunakan menyebabkan kadar gliserol
menurun karena kadar abu dan kadar MONG meningkat. Penggunaan suhu tinggi
membuat banyak bahan anorganik yang terbakar namun tidak menguap sehingga
kadar abu meningkat. Sedangkan peningkatan kadar MONG atau kadar bahan
organik bukan gliserol disebabkan karena tingginya kandungan sisa asam
lemak.Pada penelitian Yong et al. (2001), kandungan MONG pada gliserol kasar
adalah asam lemak bebas, oksidasi produk dan komponen polimerisasi dari
gliserol. Sedangkan kadar MONG dari gliserol yang sudah di distilasi khususnya
pada suhu di atas 126oC adalah rantai pendek dan menengah dari asam lemak
serta oksidasi dari produk gliserol.
Kemurnian gliserol yang dihasilkan dari penelitian sebelumnya
menghasilkan kadar gliserol yang cukup tinggi. Namun masih perlu adanya
perbaikan proses apabila pemurnian gliserol akan dilakukan dengan distilasi
vakum berskala 25 liter. Penggunaan distilasi vakum bertujuan untuk
memudahkan pemisahan gliserol dengan pengotor berdasarkan perbedaan titik
didih. Diharapkan hasil dari penelitian dapat menghasilkan gliserol dengan tingkat
kemurnian di atas 95%.
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Memperoleh kondisi suhu dan tekanan pada proses pemurnian gliserol terbaik
dari tingkat kemurnian 80% menjadi di atas 95% menggunakan distilasi
vakum berskala 25 liter.
2. Mengetahui sifat fisiko-kimia gliserol dari kondisi proses pemurnian terbaik.
Ruang Lingkup
Ruang lingkup dari penelitian ini meliputi :
1. Pemurnian gliserol kasar hasil samping produksi biodiesel minyak kelapa
sawit dengan kadar gliserol 40-50% menggunakan reaktor pemanas berskala
25 liter dengan katalis asam fosfat teknis 85% dengan konsentrasi 5% untuk
meningkatkan kadar gliserol menjadi 80%.
2. Pemurnian gliserol 80% menggunakan distilasi vakum berskala 25 liter
dengan variasi tekanan yaitu 10inHg dan 5inHg serta variasi suhu yaitu 100oC,
115oC dan 130oC selama 2 jam untuk meningkatkan kemurnian gliserol
menjadi di atas 95%.
3. Analisis sifat fisiko kimia gliserol yang dihasilkan.
3
2. TINJAUAN PUSTAKA
Gliserol
Gliserol merupakan senyawa golongan alkohol polihidrat dengan tiga buah
gugus hidroksil dalam satu molekul. Rumus kimia gliserol adalah C3H8O3 dengan
nama kimia 1,2,3-propanatriol. Adapun struktur kimianya dapat dilihat pada
Gambar 1.
H
H C
OH
H C
OH
H C OH
H
Gambar 1 Struktur kimia gliserol
Lindsay (1985) menyebutkan bahwa gliserol memiliki sifat mudah larut
dalam air, meningkatkan viskositas larutan, mengikat air dan menurunkan
aktivitas air (aw). Dalam kondisi murni, gliserol bersifat tidak beracun, tidak
berwarna, tidak berbau dan berasa manis. Senyawa ini larut dalam air karena
memiliki tiga gugus hidroksi (OH). Gliserol juga larut sempurna dalam alkohol,
dapat terlarut dalam pelarut tertentu seperti eter dan etil asetat, namun tidak larut
dalam hidrokarbon.
Tyson (2003) menjelaskan bahwa produksi gliserol dari lemak dapat
dilakukan dengan dua metode, yaitu metode saponifikasi dan transesterifikasi.
Kedua proses tersebut menghasilkan gliserol kasar yang masih banyak
mengandung partikel-partikel pengotor seperti sisa katalis dan asam lemak bebas.
Gliserol kasar dihasilkan sebanyak ±10% dari proses pembuatan biodiesel. Bahan
baku biodiesel dapat dari berbagai macam minyak nabati, salah satunya adalah
minyak kelapa sawit. Reaksi pembentukan gliserol yang dihasilkan dari
tranesterifikasi trigliserida dengan metanol dalam produksi biodiesel dapat dilihat
pada Gambar 2.
O
R1
C
HO
OCH2
O
R2
C
O
katalis
OCH + 3 CH3OH
CH2
3R
C
OCH3 + HO
CH
O
R3
C
HO
OCH2
Trigliserida
Metanol
Biodiesel
Gambar 2 Reaksi Pembentukan Gliserol
CH2
Gliserol
4
Pemurnian Gliserol
Pemurnian gliserol hasilsamping biodiesel dapat diawali dengan
penambahan asam untukmenetralkan residu katalis basa dan memecah sabun
menjadi asam lemakbebas dan garam (Gerpen, 2005). Netralisasi basa dengan
asam merupakanreaksi eksoterm.Kocsisová danCvengroś (200θ) melakukan
penelitian tentang netralisasi katalis basa danpemecahan sabun terhadap biodiesel
telah dilakukan padasuhu reaksi 60°C menghasilkan gliserol kasar dengan kadar
gliserol 78–82%.Farobie (2009) mereaksikan gliserol dari minyak jarak pagar
dengan asam fosfat menghasilkan gliserolkasar dengan kadar gliserol 82,15%.
Pada Tabel 1 dapat dilihat penelitian terkait proses pemurnian gliserol.
Tabel 1 Penelitian Terkait Proses Pemurnian Gliserol
Kondisi Proses
Proses pemurnian pada skala laboratorium
menggunakan proses distilasi vakum dengan
kondisi proses rentang suhu 120-126°C serta
tekanan antara 4,0 x 10-1 s/d 4.0 x10-2mbar.
Performa
Proses yang dilakukan dapat
meningkatkan kemurnian
gliserol dari 50,4% menjadi
96,6%.
Pemurnian gliserol dari minyak jarak pagar
pada skala laboratorium yang dicampurkan
dengan larutan asam fosfat 5%. Campuran
diaduk selama 30 menit dan dilajutkan
dengan settling selama 60 menit serta
difiltrasi.
Proses yang dilakukan
menghasilkan tingkat
kemurnian gliserol sebesar
82,15%.
Pemurnian gliserol pada skala laboratorium
dari hasil samping biodiesel minyak jelantah
pada rentang suhu 60°C, 70°C, 80°C dan
lama proses 40,50,60 menit menggunakan
larutan asam H3PO4 5.85%.Dilanjutkan
dengan proses distilasi vakum pada rentang
suhu 164°C dan 200°C.
Kemurnian tertinggi sebesar
81.2% didapat dengan suhu
70°C dan waktu selama 60
menit.Kemudian dengan
dilanjutkan proses distilasi
vakum kemurnian
meningkat menjadi 98,10%.
Pemurnian gliserol pada skala laboratorium
dari hasil samping biodiesel minyak sawit.
Tahap pertama pemberian asam fosfat 85%
sebanyak 5%. Dilanjutkan proses pemanasan
menggunakan distilasi vakum 15inHg
dengan berbagai macam suhu 90-95oC, 120125oC dan 145-150oC.
Didapat hasil terbaik dengan
pemanasan suhu 90-95oC
dan distilasi vakum sebesar
15inHg dapat meningkatkan
kadar gliserol 40-45%
menjadi 94,15%.
Rujukan
Yong
(2001)
Farobie
(2009)
Cai
(2013)
Mulia
(2014)
Kelebihan asam fosfat, air dan metanol yang larut dalam gliserol dapat
diambil dengan melalui distilasi vakum. Pada penelitian yang dilakukan oleh
Cai(2013), penambahan pemberian asam fosfat, sodium oxalat, karbon aktif dan
proses distilasi vakum pada minyak goreng bekas, dapat meningkatkan kemurnian
gliserol mencapai 98,10%. Penelitian yang dilakukan Yong (2001) dengan
5
distilasi vakum sederhana pada suhu 120-126°C, tekanan 4,0 x 10-1 s/d 4.0 x10-2
mbar dan kemudian didinginkan pada suhu 80°C. Proses pemurnian ini berhasil
meningkatkan kemurnian gliserol dari 50,4% menjadi 96,6%. Berikut adalah
beberapa senyawa yang terdapat dalam gliserol.
Distilasi Vakum
Distilasi vakum merupakan proses pemisahan dua komponen yang titik
didihnya sangat tinggi, dimana prosesnya berlangsung pada tekanan di bawah
kondisi normal (di bawah 1 atm), dengan tujuan untuk menurunkan titik didih dari
komponen-komponen yang akan dipisahkan, sehingga dapat meminimalisasi
kerusakan komponen yang mudah rusak karena suhu yang tinggi.Vakum
merupakan suatu kondisi dari udara/gas sekitar lingkungan tertentu dihilangkan,
dimana tekanan udara dibawah tekanan atmosfir.
Pada penelitian ini pemurnian yang dilakukan adalah memisahkan gliserol
dari pengotornyaberdasarkan perbedaan titik didih. Pengotor lainnya yang berupa
metanol, air dan asam fosfat akan dipisahkan menggunakan alat pemanas distilasi
vakum reaktor berkapasitas 25 liter. Penggunaan vakum ditujukan untuk
menurunkan titik didih pengotor dan menjaga kualitas dari gliserol serta persiapan
produksi untuk skala industri. Berikut adalah titik didih dari gliserol, air dan
metanolpada Tabel 2 dan titik didih pada asam fosfat pada Tabel 3pada berbagai
macam variasi tekanan.
Tabel 2 Nilai titik didih gliserol, air dan metanol dengan berbagai variasi tekanan
Nama
Senyawa
Gliserol
Air
Metanol
Rumus
Molekul
C3H8O3
H2O
CH3OH
0,08/2,4
208,0
41,5
12,1
Tekanan (atm/inHg)
0,13/3,9
0,26/7,9
0,53/15,7
Suhu (oC)
220,1
240,0
263,0
51,6
66,5
83,0
21,2
34,8
49,9
1,0/29,9
290,0
100,0
64,7
Sumber : Speight (2005)
Tabel 3 Nilai titik didih asam fosfat dengan berbagai variasi tekanan
Nama Senyawa
Rumus
Molekul
Asam Fosfat 85%
H3PO4
Sumber : PhotasCorp (2012)
0,02/0,6
60
Tekanan (atm/inHg/mmHg)
0,06/1,8
0,14/4,3
0,58/17,5
Suhu (oC)
80
100
140
1,0/29,9
158,0
Tempeatur oC
6
350
300
250
200
150
100
50
0
Gliserol*
Asam
Fosfat**
Air*
Metanol*
29,9
15,7
7,9
3,9
Tekanan (inHg)
2,4
Sumber : * Speight (2005), ** PhotasCorp (2012)
Gambar 3 Grafik titik didih gliserol, asam fosfat, air dan methanol dengan
berbagai variasi tekanan
3.METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium SurfactantandBioenergy Research
Center LPPM Institut Pertanian Bogor. Penelitian dimulai sejak bulan Desember
2014 hingga Juni 2015.
Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan terdiri atas gliserol kasar (hasil pemisahan dalam
pembuatan biodiesel dari minyak sawit), asam fosfat (H3PO4) teknis 85% dan
bahan-bahan analisis. Alat yang digunakan terdiri atas reaktor pemanas
berpengaduk skala 25 liter, filtrasi, distilasi vakum skala 25 liter dan alat-alat
laboratorium lainnya.
Prosedur Penelitian
Persiapan Sampel
Sampel yang digunakan untuk perbaikan proses pemurnian adalah gliserol
kasar hasil samping industri biodiesel minyak sawit yang diproduksi oleh
Surfactant and Bionergy Research Center (SBRC-LPPM IPB). Pemurnian tahap
pertama mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh Farobie (2009). Gliserol
kasar berkadar gliserol 40-50% dipanaskan menggunakan reaktor pemanas
berpengaduk skala 25 liter (Lampiran 4.a) hingga suhu 55oC kemudian
ditambahkan dengan larutan H3PO4 teknis 85% sebanyak 5% (v/v). Setelah
pemberian larutan tersebut, suhu pemanasan ditingkatkan menjadi 75oC selama 2
jam. Setelah proses pemanasan selesai, mesin dimatikan dan didiamkan hingga
gliserol terbentuk dalam tiga fasa, dimana lapisan teratas asam lemak bebas,
lapisan tengah gliserol dan lapisan bawah garam potassium fosfat (K3PO4). Proses
7
selanjutnya adalah pemisahan gliserol dari asam lemak bebas dan garam fosfat
dengan alat filtrasi (Lampiran 4.b) dan menghasilkan gliserol dengan kadar 80%.
Pada Tabel 4 dapat dilihat sifat fisiko-kimia gliserol kasar, gliserol 80% dan
gliserol technical grade.
Tabel 4 Sifat fisiko-kimia gliserol kasar, gliserol 80% dan gliserol technical grade
Parameter
Kadar gliserol (%)
Kadar air (%)
Kadar abu (%)
Kadar MONG (%)
Nilai pH
Viskositas Kinematis 40°C (cSt)
Densitas (g/cm3)
Specific gravity
Titik nyala (°C)
Titik tuang (°C)
Titik didih (°C)
Gliserol
kasar*
46,74
0,629
14,18
38,45
9,40
159,7
1,076
1,080
>90
3
108
Gliserol
80%*
83,32
6,767
2,08
7,83
6,31
64,52
1,231
1,235
>90
-42
168
Gliserol technical
grade**
95
5
1,2517
199
171
Sumber : *Mulia (2014), **Chemical Associates (2013)
Peningkatan kemurnian gliserol 80% menjadi gliserol di atas 95%
Pemurnian gliserol 80% menggunakan alat distilasi vakum berskala 25 liter
(Lampiran 4.c) adalah penelitian utama yang dilakukan untuk memperbaiki proses
pemurnian sebelumnya yang diharapkan mampu meningkatkan kadar gliserol di
atas 95%. Pada penelitian ini kondisi proses pemurnian gliserol menggunakan
distilasi vakum berskala 25 literdengan beberapa kombinasi perlakuan, yaitu
tekanan 10 inHg + suhu 100°C, tekanan 10 inHg + suhu 115°C, tekanan 10 inHg
+ suhu 130°C, tekanan 5 inHg + suhu 100°C, 5 tekanan 5 inHg + suhu 115°C dan
tekanan 5 inHg + suhu 130°C. Waktu proses yang digunakan pada masing-masing
kombinasi perlakuan adalah selama 2 jam. Diagram alir proses pemurnian gliserol
disajikan pada Gambar 4.
Analisis Gliserol
Analisis gliserol dilakukan pada gliserolhasil pemurnian. Analisis yang
dilakukan adalah :
Analisis sifat fisikokimia gliserol yang dilakukan mencakupkadar gliserol
(SNI 06-1564-1995), kadar abu (SNI 06-1564-1995), kadar MONG (SNI 061564-1995), densitas, specific gravity, viskositas kinematis (40°C), pH, titik didih,
titik nyala, dan titik tuang.
Rancangan Percobaan
Rancangan percobaan yang digunakan pada gliserol adalah Rancangan
Acak Lengkap (RAL) satu faktor. Model yang digunakan terdiri atas 6 kombinasi
perlakuan, yaitu tekanan 10 inHg + suhu 100°C, tekanan 10 inHg + 115°C,
8
tekanan 10 inHg + suhu 130°C, tekanan 5 inHg + suhu 100°C, 5 tekanan inHg +
suhu 115°C dan tekanan 5 inHg + suhu 130°C. Setiap kombinasiperlakuan
dilakukan pengulangan sebanyak dua kali. Model rancangan yang digunakan
adalah sebagai berikut:
Yij = μ + Ai + ε(ij)
Keterangan :
Yij = pengaruh kombinasi perlakuan taraf ke-i (i=1,2,3,4,5,6) pada ulangan
ke-j (j=1,2)
= rata-rata yang sebenarnya
Ai = Pengaruh kombinasi perlakuan distilasi vakum taraf ke-i
εij = galat percobaan pada ulangan ke-j karena faktor persentase taraf ke-i
Data yang diperoleh dianalisis menggunakan ANOVAdan dilakukan uji lanjut
dengan uji Duncan pada taraf α = 5 %.
Mulai
Gliserol kasar 40-50%
Reaktor pemanas
Filtrasi
T 55oC+ H3PO4teknis sebanyak 5% (v/v).
T75oC + 2 jam
Terbentuk 3 fasa (ALB, gliserol dan
garam-garam)
Gliserol 80-85%
ALB & garam
Distilasi vakum
P 10 inHg + T 100°C, P 10 inHg + T 115°C, P 10 inHg + T 130°C
P 5 inHg + T 100°C, P 5 inHg + T 115°C, P 5 inHg + T 130°C
(Masing-masing kombinasi perlakuan selama 2 jam)
Gliserol >95%
Pengotor : asam fosfat, air, metanol
Analisis Fisiko-Kimia
Selesai
Gambar 4 Diagram alir proses pemurnian gliserol
9
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian kadar gliserol
Kadar Gliserol (%)
Pengujian kadar gliserol dilakukan untuk mengetahui tingkat kemurnian
dari gliserol. Metode yang digunakan untuk menguji kadar gliserol adalah
menggunakan standar SNI 06-1564-1995 (Lampiran 1) yaitu dengan metode
alkalimetri. Prinsip kerja dari metode tersebut adalah mereaksikan gliserol dengan
natrium periodat (NaIO4) yang akan menghasilkan formaldehid dan asam format
yang kemudian dititrasi dengan larutan standar natrium hidroksida (NaOH). Dari
hasil analisa kadar gliserol (Lampiran 2.a) yang dihasilkan berkisar antara 90,93%
–97,02%.
Berdasarkan hasil analisis ragam pada tingkat kepercayaan 9η% dan α =
0,05 (Lampiran 3.a) menunjukkan ada pengaruh nyata pada perlakuan yang
digunakan terhadap kadar gliserol yang dihasilkan. Menurut uji lanjut Duncan
yang dilakukan, penggunaan tekanan 10 inHg pada suhu 130°C dibandingkan
dengan kondisi proses menggunakan tekanan 5 inHg pada suhu yang sama yaitu
130°C menunjukkan hasil yang berbeda nyata. Pada tekanan 5 inHg dengan suhu
130°C, menyisakan bahan organik bukan gliserol atau MONG sebesar
1,18%,sedangkan pada tekanan 10 inHg pada suhu 130°C MONG sebesar 4,79%.
Penggunaan tekanan rendah secara efektif dapat meningkatkan kemurnian gliserol
karena memudahkan pengotor untuk dipisahkan dari gliserol dengan menurunkan
titik didih dari pengotor.Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar gliserol yang
dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 5.
100
98
96
94
92
90
88
0
96,11
92,85
96,56
97,02
93,31
90,93
Gambar 5 Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar gliserol yang dihasilkan
Pada Gambar 5 dapat dilihat kadar gliserol tertinggi dihasilkan
menggunakan perlakuan kondisi proses tekanan 5 inHg dan suhu 130°C yaitu
sebesar 97,02% yang dapat dilihat pada Lampiran 4.e. Penggunaan tekanan
rendah terbukti efektif memisahkan gliserol dari pengotornya seperti air, metanol
dan asam fosfat dengan menurunkan titik didih dari pengotor. Semua kombinasi
perlakuan proses yang digunakan mampu menghasilkan gliserol dengan kadar
gliserol yang memenuhi standar mutu SNI 06-1564-1995 yaitu minimal 80%.
Namun hanya ada tiga kombinasi perlakuan yang menghasilkan gliserol
berstandar mutu berdasarkan Chemical Associates (2013) dengan kadar gliserol di
10
atas 95%, yaitu gliserol yang menggunakan perlakuan tekanan 5 inHg pada suhu
100°C, 115°C dan 130°C.
Kombinasi perlakuan yang digunakan menghasilkan gliserol dengan
tingkat kemurnian yang lebih tinggi dari penelitian Mulia (2014) yang
menggunakan perlakuan tekanan 15 inHg dan suhu 90-95°C pada skala
laboratorium dimana menghasilkan gliserol berkadar 94,19%. Sedangkan pada
penelitian ini perlakuan tekanan yang digunakan lebih rendah serta suhu yang
lebih tinggi dari penelitian tersebut, maka dalam memisahkan gliserol dengan
pengotornya lebih mudah. Pengotor yang memiliki titik didih tertinggi yaitu asam
fosfat sebesar 158°C pada tekanan normal menjadi lebih mudah untuk dipisahkan
dengan kombinasi perlakuan yang digunakan.
Pengujian kadar air
Air merupakan salah satu indikator pengotor di dalam gliserol karena
dapat menurunkan tingkat kemurnian gliserol. Kandungan air pada gliserol
berasal dari reaksi hidrolisis maupun oksidasi gliserol pada saat proses
penyimpanan, produksi dan saat proses pemurnian gliserol 80%. Pada penelitian
yang dilakukan Mulia (2014) pada Tabel 4, terjadi peningkatan kadar air dari
proses pemurnian gliserol kasar menjadi gliserol 80%. Di mana pada gliserol
kasar terkandung air sebanyak 0,629% dan pada gliserol 80% sebesar 6,767%
(Tabel 4). Dari hasil analisa kadar air (Lampiran 2.b) yang dihasilkan berkisar
antara 107-119 ppm.
Berdasarkan hasil analisis ragam pada tingkat kepercayaan 9η% dan α =
0,05 (Lampiran 3.b) menunjukkantidak ada pengaruh nyata pada setiap perlakuan
yang digunakan terhadap kadar air gliserol yang dihasilkan. Pemisahan gliserol
dengan air terbilang mudah pada semua proses yang dilakukan. Penggunaan
perlakuan tekanan 10 inHg dan suhu 100°C sudah sangat efektif dalam
menghilangkan air pada gliserol karena pada dasarnya titik didih air pada tekanan
normal adalah 100°C,maka pada semua proses perlakuan dapat dengan mudah
memisahkan air dengan gliserol. Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar air
yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel5.
Tabel 5 Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar air yang dihasilkan
Perlakuan
Tekanan (inHg)
Suhu (°C)
10
100
10
115
10
130
5
100
5
115
5
130
Kadar Air (ppm)
109 ±13
109 ±11
114 ±24
116 ±16
119 ±6
107 ±8
Pada Tabel 5, semua kombinasi perlakuan yang digunakan terbilang
efektif dalam mengurangi kadar air pada gliserol hasil pemurnian.Gliserol dengan
kadar air terendah dihasilkan menggunakan kombinasi perlakuan tekanan 5 inHg
dan suhu 130°C yaitu 107 ppm. Kadar air gliserol yang dihasilkan sudah
memenuhi standar mutu SNI 06-1564-1995 yaitu maksimal 10% atau 100.000
11
ppm, standar Chemical Associates yaitu 5% atau 50.000 ppm serta sudah
memenuhi standar USP (United States Pharmacopeia) yaitu maksimal 0,5% atau
5000 ppm.
Pengujian kadar abu
Kadar abu (%)
Kadar abu adalah salah satu indikator yang dapat mempengaruhi tingkat
kemurnian gliserol. Kadar abu menunjukkan jumlah bahan anorganik berupa sisasisa garam, logam serta mineral. Bahan-bahan anorganik tersebut merupakan
pengotor yang masuk ataupun terbentuk di dalam gliserol pada saat proses
produksi atau penyimpanan. Kadar abu yang tinggi tidak diharapkan karena akan
mempengaruhi kualitas dari gliserol. Dari hasil analisa kadar abu (Lampiran 2.c)
yang dihasilkan berkisar antara 1,58 - 1,78%.
Berdasarkan hasil analisis ragam pada tingkat kepercayaan 9η% dan α =
0,05 (Lampiran 3.c) menunjukkan ada pengaruh nyata pada perlakuan yang
digunakan terhadap kadar abu gliserol yang dihasilkan. Menurut uji lanjut Duncan
yang dilakukan, kadar abu terendah dihasilkan menggunakan tekanan 10 inHg dan
suhu 100°C yaitu 1,58%. Kadar abu tertinggi dihasilkan dengan menggunakan
tekanan 5 inHg dan suhu 130°C yaitu sebesar 1,78%. Diduga peningkatan kadar
abu disebabkan semakin tinggi suhu dan semakin rendah tekanan yang digunakan
maka semakin banyak pengotor MONG yang diuapkan. Dengan semakin banyak
MONG yang diuapkan, maka volume dari gliserol akan semakin berkurang
namun pengotor yang terlarut di dalam gliserol tetap karena tidak menguap. Di
mana gliserol yang memiliki kadar abu tertinggi yaitu sebesar 1,78% memiliki
kadar MONG paling rendah yaitu 1,17%.Pengaruh tekanan dan suhu terhadap
kadar abu yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 6.
1,9
1,7
1,58
1,63
1,66
1,70
1,73
1,78
Keterangan :
P : Tekanan
T : Temperatur
1,5
1,3
0
Gambar 6 Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar abu yang dihasilkan
Dari hasil analisis pada Gambar 6 dapat dilihat bahwa penggunaan tekanan
yang semakin rendah dan penggunaan suhu yang semakin tinggi menghasilkan
kadar abu gliserol yang semakin tinggi.Pada penelitian ini kadar abu gliserol
berupa K3PO4yang terbentuk pada saat proses pemberian asam fosfat 85%.
Katalis KOH pada proses pembuatan biodiesel bereaksi dengan asam fosfat
(H3PO4) yang membentuk K3PO4. Bahan tersebut adalah bahan anorganik yang
dapat larut dalam air dan gliserol serta memiliki ikatan ion yang kuat maka nilai
titik didihnya tinggi. Dengan perlakuan yang digunakan sangat sulit untuk
memisahkan gliserol dengan bahantersebut. Namun semua kombinasi perlakuan
12
yang digunakan pada distilasi vakum berskala 25 liter dinilai efektif dalam
memurnikan gliserol karena tidak banyak meningkatkan kadar abu. Nilai kadar
abu gliserol yang dihasilkan sudah memenuhi standar mutu SNI 06-1564-1995
yaitu maksimal 10%.
Pengujian kadar MONG
Kadar MONG (%)
Material Organic Non-Glycerol (MONG) atau bahan organik bukan
gliserol, merupakan pengotor dari gliserol. Kandungan yang terdapat pada MONG
adalah asam lemak, metanol, serta sisa dari proses produksi biodiesel dan sisa
proses pemurnian gliserol 80%. Nilai kadar MONG menurut SNI 06-1564-1995
didapat dari perhitungan 100% dikurangi dengan jumlah kadar gliserol, kadar air
dan kadar abu. Dari hasil analisa Kadar MONG (Lampiran 2.d) yang dihasilkan
berkisar 1,17% -7,48%.
Berdasarkan hasil analisis ragam pada tingkat kepercayaan 9η% danα =
0,05 (Lampiran 3.d) menunjukkan ada pengaruh nyata pada perlakuan yang
digunakan terhadap kadar MONG gliserol yang dihasilkan. Menurut uji lanjut
Duncan yang dilakukan, penggunaan tekanan 10 inHg pada suhu 100ºC
menghasilkan gliserol dengan kadar MONG tertinggi yaitu 7,48% dengan hasil
berbeda nyata dengan perlakuan yang lain. Namun penggunaan suhu 130ºC
menunjukkan perlakuan yang menghasilkan gliserol dengan kadar MONG
terendah yaitu 1,17% dan perlakuan tersebut menunjukkan hasil yang berbeda
nyata juga dengan perlakuan yang lainnya.Pengaruh tekanan dan suhu terhadap
kadar MONG yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 7.
10
8
6
4
2
0
7,48
5,52
4,79
1,96
1,70
1,17
Keterangan :
P : Tekanan
T : Temperatur
Gambar 7 Pengaruh tekanan dan suhu terhadap kadar MONG yang dihasilkan
Kadar MONG yang dihasilkan berbanding lurus dengan perlakuan
kombinasi yang digunakan. Semakin rendah tekanan vakum dan semakin tinggi
suhu yang digunakan maka kadar MONG pada gliserol akan semakin menurun.
Pada tekanan 5 inHg pengotor dengan titik didih tertinggi yaitu asam fosfat
(158°C pada tekanan 30 inHg) dapat lebih mudah dipisahkan dengan gliserol.
Maka pada tekanan 5 inHg kadar MONG pada gliserol yang dihasilkan dapat
lebih rendah. Perlakuan tekanan 5 inHg terbukti efektif mengurangi kadar MONG
sesuai dengan SNI 06-1564-1995 yaitu maksimum 2,5%.
13
Pengujian nilai pH
Nilai pH
Pengukuran nilai pH pada gliserol hasil pemurnian dimaksudkan untuk
mengetahui tingkat keasamannya. Nilai pH gliserol yang semakin mendekati
netral akan semakin baik, karena lebih mudah diaplikasikan ke berbagai produk
dan sesuai dengan kebutuhan industri. Dari hasil analisa nilai pH (Lampiran 2.e)
yang dihasilkan berkisar 5,55 - 6,28.
Berdasarkan hasil analisis ragam pada tingkat kepercayaan 9η% dan α =
0,05 (Lampiran 3.e) menunjukkan ada pengaruh nyata pada perlakuan yang
digunakan terhadap nilai pH gliserol yang dihasilkan. Menurut uji lanjut Duncan
yang dilakukan, semua perlakuan menunjukkan hasil yang saling berbeda nyata.
Gliserol hasil pemurnian yang memiliki pH paling mendekati netral adalah
gliserol yang menggunakan tekanan 5 inHg pada suhu 130ºC yaitu sebesar 6,28.
Diduga peningkatan nilai pH gliserol mendekati netral disebabkan semakin
berkurangnya kadar MONG pada gliserol. Gliserol hasil pemurnian dengan pH
6,28 memiliki kadar MONG terendah yaitu 1,17%. Sedangkan gliserol hasil
pemurnian dengan nilai pH terendah yaitu 5,55 memiliki kadar MONG tertinggi
yaitu 7,48%. Pengaruh tekanan dan suhu terhadap nilai pH yang dihasilkan dapat
dilihat pada Gambar 8.
6,4
6,2
6
5,8
5,6
5,4
5,2
5
0
6,07
6,18
6,28
5,80
5,55
5,61
Keterangan :
P : Tekanan
T : Temperatur
Gambar 8 Pengaruh tekanan dan suhu terhadap nilai pH yang dihasilkan
Dari hasil analisis dapat diketahui bahwa semakin rendah tekanan vakum
dan semakin tinggi suhu pemanasan yang digunakan, maka nilai pH gliserol yang
dihasilkan semakin mendekati netral. Menurut Cai (2013), pengotor gliserol pada
tingkat kemurnian 80% adalah air, asam lemak, metanol dan asam fosfat. Dari
bahan-bahan tersebut yang memiliki pH terendah adalah asam fosfatyaitu