KINETIKA REAKSI DAN OPTIMASI PEMBENTUKAN BIODIESEL DARI CRUDE FISH OIL.

PENELITIAN

Diajukan Untuk Memenuhi Sebagai Persyaratan Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Kimia

Oleh :

ENY

PURWATI

0631010070

NURUL FEBRI SUSANTI 0631010089

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”

JAWA TIMUR

LEMBAR PENGESAHAN

KINETIKA REAKSI DAN OPTIMASI

PEMBENTUKAN BIODIESEL DARI

CRUDE FISH OIL

Oleh :

ENY

PURWATI

0631010070

NURUL FEBRI SUSANTI 0631010089

Telah Dipertahankan Dihadapan Dan Diterima Oleh Dosen Penguji Pada Tanggal

juni 2010

Tim Penguji : Pembimbing :

1.

Ir. Nurul Widji Triana, MT Ir. Bambang Wahyudi, MT

NIP. NIP. 19580711 198503 1 001 2.

Ir. C.Pujiastuti, MT NIP.

Mengetahui :

Dekan Fakultas Teknologi Industri

Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Ir. Sutiyono, MT NIP. 19600713 198703 1 001

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan Penelitian kami yang berjudul KINETIKA REAKSI DAN OPTIMASI PEMBENTUKAN BIODIESEL DARI CRUDE FISH OIL.

Penelitian ini merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan perkuliahan di Universitas Pembangunan Nasional “VETERAN” Jawa Timur program Sarjana Jurusan Teknik Kimia. Selain itu juga dapat menambah wawasan dan pengalaman kerja bagi mahasiswa.

Dengan terselesainya Laporan Penelitian ini kami ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Sutiyono, MT. Dekan Fakultas Teknik Industri UPN “VETERAN”

Jawa Timur.

2. Ibu Ir. Retno Dewanti, MT. Ketua Jurusan Teknik Kimia UPN “VETERAN”

Jawa Timur.

3. Bapak Ir. Bambang Wahyudi MS. Selaku dosen pembimbing yang telah

banyak memberikan motivasi dan masukan yang berharga dalam terselesaikannya laporan penelitian ini.

4. Ibu Ir. Cecillia Pudji Astuti, MT dan Ibu Ir. Nurul Widji Triana, MT selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan masukan bagi kami.

iv

5. Bapak Ir. Mu’tasim Billah yang selaku Kepala Laboratorium Riset UPN

“VETERAN” Jawa Timur saat penulis melakukan panelitian.

6. Orang tua yang sangat penulis sayangi. Salam hormat dan terima kasih yang teramat mendalam atas dukungannhya baik secara moril maupun materi.

7. Teman – teman UPN ‘VETERAN” Jatim yang telah memberikan motivasi dan

masukan bagi penulis.

8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu - persatu, yang telah

membantu tersusunanya laporan ini.

Kami menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna, oleh karena itu kami sangat mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan laporan ini.

Akhir kata semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kami khususnya dan terutama bagi seluruh mahasiswa Teknik Kimia.

Surabaya, juni 2010

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan model persamaan laju reaksi, energy aktivasi seerta optimasi proses yang menghasilkan minyak ikan maksimum yang dapat dicapai dalam pembentukan biodiesel dari crude fish oil ( CFO ). Pembuatan biodisel dilakukan dengan melarutkan katalisator NaOH dengan pereaksi methanol (metoxid), kemudian minyak ikan dan metoxid 16% dari volume minyak dimasukkan ke dalam reaktor dan dilakukan proses transesterifikasi dengan variasi suhu dan waktu. Setelah diperoleh waktu optimum 90 menit dilakukan proses transesterifikasi dengan variasi suhu dan jumlah metoxid ( 7 – 19 %). Penentuan keadaan optimum didasarkan pada nilai konversi dan bilangan ester. Konversi Methyl Ester yang tertinggi yaitu 24.85%. dari perhitungan didapat bahwa penelitian ini mengikuti orde 1 semu dan diperoleh konstanta kecepatan reaksi, dengan persamaan garis : y = -1129x-3.169, factor frekuensi = 0.042046 dan energy aktivasinyan = 9386.506 j/mol K.

vi DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... iii

INTISARI ... v

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR GRAFIK ... x

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan Penelitian ... 4

1.3. Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tinjauan Secara Umum ... 5

2.1.1. Biodiesel ... 5

2.1.2. Minyak Ikan ... 9

2.1.3. Methanol ... 10

2.1.4. Natrium Hidroksida (NaOH) ... 11

2.1.5. Asam Phosfat ... 12

2.4. Hipotesa ... 27

BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN 3.1. Bahan – Bahan ... 28

3.2. Alat yang Digunakan ... 28

3.3. Peubah ... 29

3.4. Prosedur Penelitian ... 30

3.5. Analisa ... 31

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengaruh Waktu Reaksi Terhadap Bilangan Ester ... 32

4.2. Pengaruh Waktu Reaksi Terhadap XA ... 34

4.3. Pengaruh Suhu Reaksi Terhadap XA (%)... 36

4.4. Pengaruh Suhu Reaksi Terhadap XA (%)... 37

4.5. Menentukan Orde Reaksi dan Konstanta Kecepatan Reaksi 39 4.6. Penentuan Energi Aktivasi dan Frekuensi Tumbukan ... 44

viii

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan ... 46 V.2. Saran ... 47

DAFTAR PUSTAKA APPENDIX

Tabel 4.2. Pengaruh Waktu Reaksi Terhadap Konversi (%) ... 34

Tabel 4.3. Pengaruh Suhu Reaksi Terhadap Konversi ( % ) ... 36

Tabel 4.4. Pengaruh suhu Reaksi Terhadap Konversi dalam Bebagai Volume metoxid ... 37

Tabel 4.5. Identifikasi Hasil Variasi Waktu Terhadap Suhu Untuk Orde 1 ... 40

Tabel 4.6. % Kesalahan Untuk Orde 1 ... 43

Tabel 4.7. Nilai Konstanta Kecepatan Reaksi ... 44

x DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1. Korelasi Antara Waktu dan Bilangan Ester ... 33

Grafik 4.2. Korelasi Antara Waktu dan Konversi ... 35

Grafik 4.3. Korelasi Antara Suhu Reaksi dan Konversi ... 36

Grafik 4.4. Korelasi Antara Volume Metoxid dan Bilangan Ester ... 38

Grafik 4.5. Korelasi Antara Suhu Reaksi dan Bilangan Ester ... 38

Grafik 4.6. Korelasi antara Volume Metoxid dan Konversi ... 39

Grafik 4.7. Korelasi Antara –ln(1-XA) dengan Waktu Pada Suhu 45oC... 40

Grafik 4.8. Korelasi Antara –ln(1-XA) dengan Waktu Pada Suhu 50oC... 41

Grafik 4.9. Korelasi Antara –ln(1-XA) dengan Waktu Pada Suhu 55oC... 41

Grafik 4.10. Korelasi Antara –ln(1-XA) dengan Waktu Pada Suhu 60oC... 42

Grafik 4.11. Korelasi Antara –ln(1-XA) dengan Waktu Pada Suhu 65oC... 42

Grafik 4.12. Korelasi Antara –ln(1-XA) dengan Waktu dalam berbagai suhu.... 43

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sejak terjadi krisis energy, harga minyak bumi melambung tinggi. Indonesia yang dulunya sebagai Negara pengekspor minyak bumi sekarang berubah menjadi Negara pengimpor minyak bumi. Nilai impor Indonesia untuk bahan bakar solar mencapai 25% dan bensin 20% dari total kebutuhan nasional (Tatang, 2003). Harga minyak mentah di pasar internasional saat ini sudah mencapai 135 USD/barel, sedangkan konsumsi minyak bumi di Indonesia untuk tahun ini diperkirakan akan mencapai 66 juta kilo liter. Pemenuhan sumber energi dalam bentuk cair terutama solar merupakan sector paling kitis dan perlu mendapat perhatian khusus. Pada saat ini kurang lebih 25% kebutuhan solar di impor oleh negara. Oleh karena itu, sudah saatnya dipikirkan untuk dapat disubstitusi dengan bahan bakar alternatif lainnya terutama bahan bakar yang berkesinambungan pengadaannya (renewable).

Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif dari bahan mentah terbarukan (renewable). Biodiesel bisa digunakan dengan mudah karena dapat bercampur dengan segala komposisi dengan minyak solar, mempunyai sifat – sifat fisik yang mirip dengan solar biasa sehingga dapat diaplikasikan langsung untuk mesin – mesin diesel yang ada hampir tanpa modifikasi, dapat terdegradasi dengan mudah (biodegradable), 10 kali tidak beracun dibanding minyak solar biasa, memiliki angka sentana yang lebih baik dari minyak solar

L aporan Penelit ian - 2 - K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

biasa, asap buangan biodiesel tidak hitam, tidak mengandung sulfur serta senyawa aromatic sehingga emisi pembakaran yang dihasilkan ramah linkungan serta tidak menambah akumulasi gas karbondioksida di atmosfer sehingga lebih jauh lagi mengurangi efek pemanasan global.

Biodiesel tersusun dari berbagai macam ester asam lemak yang dapat diproduksi dari minyak – minyak tumbuhan seperti sawit (palm oil), minyak kelapa, minyak jarak pagar, minyak kapok randu, dan masih ada lebih dari 30 macam tumbuhan Indonesia yang potensial untuk dijadikan sumber energi bentuk cair ini. Selain minyak nabati, bahan baku juga dapat berasal dari minyak hewani seperti minyak ikan.

Minyak ikan selain memiliki variasi asam lemaknya lebih tinggi dibandingkan minyak atau lemak lainnya, juga jumlah asam lemaknya lebih banyak. Panjang rantai karbon minyak ikan mencapai 22 dan lebih banyak mengandung jenis asam lemak tak jenuh. Asam lemak yang berasal dari ikan pada prinsipnya ada 3 jenis yaitu jenuh, tidak jenuh tunggal dan tidak jenuh jamak. Asam lemak tak jenuh tunggal mengandung satu ikatan rangkap dan asam lemak tak jenuh jamak mengandung banyak (mencapai 6) ikatan rangkap per molekul..

Permasalahan yang timbul dengan menggunakan minyak ikan adalah besarnya kadar FFA dan kadar air dalam minyak ikan. Cara yang pernah digunakan untuk menurunkan FFA dalam minyak adalah dengan reaksi hidrolisa, reaksi oksidasi, reaksi hidrogenasi, rekasi saponifikasi dan reaksi esterifikasi dan transesterifikasi. (Herlina dan Ginting, 2002)

Penelitian terhadap biodiesel telah banyak dilakukan namun pembahasan tentang kinetika reaksi pada proses pembuatannya sangat jarang dilakukan. Pada penelitian kali ini peneliti akan membahas mengenai kinetika reaksi. Kinetika reaksi dapat digunakan untuk mendapatkan data :

a. Suhu Reaksi Kimia

Dapat diketahui apakah reaksi kimia tersebut berlangsung dibawah atau diatas suhu udara sekeliling(di Indonesia ±30ºC). Apabila dibawah suhu lingkungan, maka diperlukan perancangan reactor dengan system pendingin pada reactor kimia tersebut. Bila reaksi berlangsung pada suhu diatas lingkungan reactor, maka diperlukan perancangan reactor dengan system pemanas.

b. Tekanan

Tekanan pada saat berlangsungnya suatu reaksi kimia, sehingga dapat ditetapkan berapa ketebalan maupun macam bahan yang digunakan untuk reactor kimia tersebut.

c. Rate aliran Bahan

Rate aliran berhubungan erat dengan jumlah bahan yang direaksikan maupun produk hasil reaksi (berupa padatan, cairan atau gas). Dengan diketahui volumenya maka dapat dihitung atau ditentukan dimensi atau ukurannya : diameter, tinggi ataupun panjang dan lebarnya.

L aporan Penelit ian - 4 - K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

d. Waktu Reaksi Kimia

Waktu reaksi kimia sangat berkaitan (saling terikat) dengan rate aliran bahan kimia. Hal ini disebabkan karena rate aliran umumnya mempunyai satuan : volume per waktu = liter per menit ataupun satuan lainnya, misal cuft/dtk. Jadi disini ada satuan waktu yang identik dengan waktu reaksi, maka volume raktor kimia dapat dihitung (diketahui).

Selain waktu reaksi dan rate aliran yang saling terkait, dapat pula ditambahkan yaitu waktu pengisian reactor, waktu pengosongan , waktu pendinginan dan waktu pemanasan. Karena data tersebut sangat diperlukan dalam perancangan reaktor kimia, maka hal tersebut yang melatar belakangi mengapa suatu penelitian kinetika reaksi dilaksanakan (Stanley M Walas,1998)

1. 2 Tujuan Penelitian

Mendapatkan model persamaan laju reaksi, energi aktivasi serta optimasi proses yang menghasilkan konnversi minyak ikan maksimum yang dapat dicapai dalam pembentukan biodiesel dari Crude Fish Oil (CFO).

1. 3 Manfaat Penelitian

1. Meningkatkan nilai guna dan nilai tambah secara ekonomi dari Crude Fish Oil dengan memprosesnya menjadi biodiesel.

2. Mendapatkan persamaan laju reaksi dan energy aktivasi dalam pembentukan biodiesel dari Crude Fish Oil.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Secara Umum

2.1.1 Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono—alkyl ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak hewan. Sebuah proses dari transesterifikasi lipid digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi ester yang diinginkan dan membuang asam lemak bebas. Setelah melewati proses ini biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel (solar) dari minyak bumi. Namun, biodiesel lebih sering digunakan sebagai penambah untuk diesel petroleum, meningkatkan bahan bakar diesel petrol murni ultra rendah belerang yang rendah pelumas.

Biodiesel merupakan kandidat yang paling dekat untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama dunia, karena biodiesel merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan diesel petrol di mesin sekarang.

Penggunaan dan produksi biodiesel meningkat dengan cepat, terutama di Eropa, Amerika Serikat, dan Asia, meskipun dalam pasar

L aporan Penelit ian 6

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

masih sebagian kecil saja dari penjualan bahan bakar. Pertumbuhan SPBU membuat semakin banyaknya penyediaan biodiesel kepada konsumen dan juga pertumbuhan kendaraan yang menggunakan biodiesel sebagai bahan bakar.

Sifat – sifat penting dari bahan bakar mesin diesel antara lain adalah : 1. Densitas

Densitas merupakan sifat fisis yang penting bagi bahan bakar mesin diesel. Densitas yang terlalu tinggi dapat mempersulit proses pembentukan butir – butir cairan/ kabut saat penyemprotan/ atomisasi. Densitas bahan bakar yang terlalu rendah akan dapat mengakibatkan kebocoran pada pompa injeksi bahan bakar. Kedua hal yang ekstrim ini dapat menimbulkan kerugian, sehingga salah satu persyaratan bahan bakar mesin diesel adalah nilai densitas standart bahan bakar mesin diesel.

2. Pour Point

Pour point atau titik tuang adalah suhu terendah dimana bahan bakar dapat dialirkan. Untuk daerah bersuhu rendah, bahan bakar dipersyaratkan tidak membeku. Titik tuang yang terlalu tinggi akan menyebabkan kesulitan pada pengaliran bahan bakar.

3. Flash Point

Flash point atau titik nyala adalah suhu terendah dimana bahan bakar alam campurannya dengan udara akan menyala. Bila nyala

tersebut terjadi secara terus menerus maka suhu tersebut dinamakan titik bakar (fire poin). Titik nyala yang terlampau tinggi dapat menyebabkan keterlambatan penyalaan, sementara apabila titik nyala terlalu rendah akan menyebabkan timbulnya detonasi, yaitu ledakan – ledakan kecil yang terjadi sebelum bahan bakar masuk ruang bakar. Hal ini juga dapat meningkatkan resiko bahaya pada saat penyimpanan.

4. Nilai Kalor (Heating Value)

Nilai kalor bahan bakar menentukan jumlah konsumsi bahan bakar tiap satuan waktu. Makin tinggi nilai kalor bahan bakar menunjukkan bahan bakar tersebut semakin sedikit pemakaiannya.

5. Kadar Air

Kadar air adalah salah satu parameter terpenting dalam penentuan kualitas bahan bakar, karena bila kadar air terlalu besar, didalam bahan bakar beberapa kendala akan muncul, seperti :

- Nilai Kalor ( Heating Value) akan turun

- Tumbuhnya mikroorganisme

- Terbentuknya deposit dari unsure – unsure anorganic yang

terdapat di air.

L aporan Penelit ian 8

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

6. Viscositas

Viscositas adalah suatu angka yang menyatakan besarnya perlawanan atau hambatan dari suatu bahan cair untuk mengalir atau ukuran besarnya tahanan geser dari bahan cair. (Miyas Ningrum : 2007 )

Tabel 1. Sifat Fisika Biodiesel

Specific gravity 0.87 – 0.89

Kinematic viscosity @ 40 ºC 3.7 – 5.8

Higher heating value (Btu/lb) 16.928 – 17.996

Cetane number 46 – 70

Sulfur, wt% 0.0 – 0.0024

Could Point (ºC) -11 – 16

Pour point(ºC) -15 – 13

Iodine number 60 – 135

Lower heating value (Btu/lb) 15.700 – 16.735

( www.biodiesel.org.2005)

Keuntungan penggunaan biodiesel:

- Ramah lingkungan

- Bahan baku yang terbaharui

- Pembakaran sempurna (bebas sulfur dan rendah jumlah bilangan asap)

- Mengurangi efek rumah kacaMemiliki efek pelumasan terhadap mesin

Sejak tahun 2008 penelitian tentang minyak ikan sebagai bahan bakar alternative telah dilakukan oleh Bagus Rahmanto dengan menggunakan proses Batch. Peralatan yang digunakan pun masih sederhana karena masih dilakukan dalam skala laboratorium yaitu dengan menggunakan labu leher tiga yang digabung dengan kondensor dan pengaduk yang digerakkan oleh sebuah motor listrik, suhunya dipantau dengan menggunakan thermometer. Crude Fish Oil diproses pada suhu 90oC dengan waktu Proses 60 menit yang akan mengalami proses Esterifikasi yang akan menghasilkan ester.

Hasil yang didapat biofuel dari minyak ikan ini memiliki specific grafity yang sesuai dengan spesifikasi minyak diesel yaitu 0,886 – 0,9067 dan pour point yang sangat rendah yaitu 28,4 oF – 44,6 oF. (Bagus Rahmanto, 2008 )

2.1.2 Minyak Ikan

Ikan merupakan salah satu bahan makanan yang banyak mengandung berbagai macam zat nutrisi. Sebagai salah satu sumber hewani, ikan mengandung asam lemak tak jenuh (omega3, Eicosapentaenoic acid / EPA, Docosahexanoic acid / DHA), yodium, selenium, fluorida, zat besi, magnesium, zink, taurin, dan co-enzym Q10.

L aporan Penelit ian 10

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

Minyak ikan memiliki karakteristik sebagai berikut :

- Minyak ikan yang diperoduksi oleh Unisea (Alaska) mempunyai densitas sekitar 7,7 lb/gallon dan dibandingkan dengan bahan bakar diesel no-2 yang mempunyai densitas sekitar 7,1 lb/gallon. Perbandingan minyak ikan dengan bahan bakar diesel no-2 tersebut menunjukkan bahwa minyak ikan memiliki densitas yang lebih tinggi, sedikit bersifat asam, daya pelumasan yang lebih rendah dan memiliki flash point yang lebih tinggi. Minyak ikan dilaporkan memiliki kandungan sulfur 0,004% dari beratnya dan panas pembakaran sekitar 131.756 Btu/gallon dan dibandingkan dengan bahan bakar diesel no-2 yang memiliki kandungan sulfur sekitar 137.000 Btu/gallon.

- Analisa dari sampel minyak ikan dari Unisea pada juli 2002

menunjukkan bahwa kandungan sulfur sekitar 0,0084% dari beratnya.

- Panas pembakaran sekitar 130.440 Btu/gallon.

2.1.3 Metanol

Metanol, juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol

atau spiritus, adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH3OH. Ia merupakan bentuk alkohol paling sederhana. Pada "keadaan atmosfer" ia berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan daripada etanol). Ia digunakan sebagai bahan

pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan additif bagi etanol industri. Reaksi kimia metanol yang terbakar di udara dan membentuk karbon dioksida dan air adalah sebagai berikut:

2CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O

Api dari metanol biasanya tidak berwarna. Oleh karena itu, kita harus berhati-hati bila berada dekat metanol yang terbakar untuk mencegah cedera akibat api yang tak terlihat. Karena sifatnya yang beracun, metanol sering digunakan sebagai bahan additif bagi pembuatan alcohol. Untuk penggunaan industry penambahan "racun" ini akan menghindarkan industri dari pajak yang dapat dikenakan karena etanol merupakan bahan utama untuk minuman keras (minuman beralkohol). ( http://id.wikipedia.org/wiki/Metanol, 2009)

2.1.4 NaOH

Natrium hidroksida (NaOH), juga dikenal sebagai soda kaustik, adalah sejenis basa logam kaustik. Natrium hidroksida membentuk larutan alkali yang kuat ketika dilarutkan ke dalam air. Ia digunakan di berbagai macam bidang industri, kebanyakan digunakan sebagai basa dalam proses produksi bubur kayu dan kertas, tekstil, air minum, sabun dan deterjen. Natrium hidroksida adalah basa yang paling umum digunakan dalam laboratorium kimia.

L aporan Penelit ian 12

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

Natrium hidroksida murni berbentuk putih padat dan tersedia dalam bentuk pelet, serpihan, butiran ataupun larutan jenuh 50%. Ia bersifat lembab cair dan secara spontan menyerap karbon dioksida dari udara bebas. Ia sangat larut dalam air dan akan melepaskan panas ketika dilarutkan. Ia juga larut dalam etanol dan metanol, walaupun kelarutan NaOH dalam kedua cairan ini lebih kecil daripada kelarutan KOH. Ia tidak larut dalam dietil eter dan pelarut non-polar lainnya. Larutan natrium hidroksida akan meninggalkan noda kuning pada kain dan kertas. ( Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/NatriumHidroksida, 2009)

2.1.5 Asam Phospat

Asam phospat digunakan dalam proses pemisahan gum yang terdiri dari dai fosfatida, protein, residu, karbohidrat, air dan resin tanpa mengurangi jumlah asam lemak bebas dalam minyak. Asam phospat ditambahkan kedalam minyak, lalu dipanaskan sehingga akan membentuk senyawa fosfolipid yang lebih mudah terpisah dari minyak. Kemudian, disusul dengan proses pemusingan. (Hambali Erliza, dkk. 2007)

Sifat – sifat asam phospat :

1. Tidak berwana atau jernih 2. Berbentuk kristal

3. Berat molekul : 98 4. Specific Grafity : 1,834

5. Melting Point : 42,35 °C 6. Boiling Point : 213 °C 7. Larut dalam air dan alkohol

2.2 Proses Esterifikasi dan Transesterifikasi

Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester dengan mereaksikan lemak dengan alkohol. Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakter asam kuat seperti asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation. (Soerawidjaja, 2006).

Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asam lemak bebas tinggi (berangka-asam ≥ 5 mg-KOH/g). Pada tahap ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Reaksi esterifikasi berlangsung lambat dan dapat balik (reversibel). Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut:

Reaksi esterifikasi :

O O ║ ║

R – C – OH + R – OH ↔ R – C – O – R + H2O

(Fessenden & Fessenden, 1999)

Tahap esterifikasi biasa diikuti dengan tahap transesterfikasi. Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi dari trigliserida (minyak nabati) menjadi alkyl ester, melalui reaksi dengan

Asam karboksilat

L aporan Penelit ian 14

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol. Di antara alkohol-alkohol monohidrik yang menjadi kandidat sumber/pemasok gugus alkil, metanol adalah yang paling umum digunakan, karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi disebut metanolisis). Jadi, di sebagian besar dunia ini, biodiesel praktis identik dengan ester metil asam-asam lemak (Fatty Acids Metil Ester, FAME)

Reaksi Transesterifikasi : O

│

R1 – C – OCH2

│

O CH2 – OH O │ │ ║

R1 – C – OCH + 3R‘OH HOCH + 3R – C – OCH3

│ │

O CH2 – OH │

R1 – C – OCH2

(Erliza Hambali. Dkk, 2006 )

Reaksi diatas dapat menggunakan katalis basa dan enzim untuk mempercepat reaksinya. Katalisnya dengan menggunakan NaOH, sodium methoksida, KOH, Kalium hamida dan Kalium hibrida.

Selain bahan – bahan diatas juga dapat digunakan campuran antara NaOH dengan NaOCH3 yang digunakan sebagai katalis. Konversi ester yang terjadi pada rasio 6 : 1 untuk 1% NaOH dan 0,5% NaOCH3 hampir sama

Trigliserida Metanol gliserol Methyl Ester

Katalis (NaOH)

dengan 60 menit/ 1 jam (Freedman dkk, 1984), sehingga apabila digunakan NaOH dan NaOCH3 sebagai katalis, maka reaksinya dapat ditulis sebagai berikut :

O │

R1 – C – OCH2

│

O CH2 – OH O │ │ ║

R1 – C – OCH + 3CH3OH HOCH + 3R – C – OCH3

│ │

O CH2 – OH │

R1 – C – OCH2

Reaksi diatas melibatkan peruraian atau pemisahan (cleavage) oleh alkohol sehingga dibutuhkan alkohol yang mempunyai kereaktifan besar. (Darmawan I., 2004).

Alkohol yang digunakan dalam reaksi alkoholis pada umumnya adalah methanol atau ethanol. Pada umumnya atom C lebih sedikit mempunyai kereaktifan yang lebih tinggi daripada alkohol dengan atom C yang lebih banyak. Untuk meningkatkan hasil reaksi perlu diperhatikan beberapa faktor yang mempengaruhi reaksi alkoholis, yaitu :

1. Suhu

Semakin tinggi suhu, maka kereaktifan zat pereaksi akan meningkat dan memperbesar tumbukan antar molekul. Reaksi yang terjadi bagus sehingga

Trigliserida Metanol gliserol Methyl Ester

Katalis (NaOH)

L aporan Penelit ian 16

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

konversi lebih besar. Pemilihan suhu reaksi dibatasi oleh kestabilan zat pereaksi dan hasil.

2. Katalisator

Fungsi katalisator adalah mengaktifkan zat pereaksi, sehingga pada suhu tertentu konstanta kecepatan reaksi bertambah besar. Untuk mempercepat reaksi katalisator yang biasa digunakan adalah katalisator asam (misalnya asam khlorida dan asam sulfat) atau katalisator basa (misalnya natrium hidroksidadan kalium hidroksida). Katalis digunakan untuk menyempunakan reaksi dalam waktu yang singkat yaitu 30 menit pada suhu rendah 50 ºC. Katalis yang digunakan kira – kira 0,1 %. Jika konsentrasi katalis tinggi maka akan kehilangan minyak secara berlebih sebagai pembentuk sabun dan methyl ester.

3. Waktu Reaksi

Semakin lama reaksi, konversi semakin besar sampai diperoleh kesetimbangan. Apabila reaksi telah mencapai kesetimbangan penambahan waktu tidak menguntungkan karena konversi tidak berubah.

4. Konsentrasi Zat Pereaksi

Konsentrasi reaksi sebanding dengan konsentrasi zat pereaksi. Semakin pekat konsentrasi zat pereaksi kecepatan reaksi semakin tinggi.

5. Kecepatan Pengadukan

Tumbukan yang terjadi antara zat pereaksi akan semakin banyak jika kecepatan pengadukan semakin besar, sehingga kecepatan reaksi akan bertambah besar.

6. Perbandingan Pereaksi

Reaksi alkoholis dilakukan dengan menggunakan alcohol berlebih. Alkohol dapat ditambahkan dengan kelebihan 65 % dari kebutuhan stoikiometrisnya atau dengan perbandingan molar alcohol yang diperlukan : minyak ( 5:1). (Miyas Ningrum, 2007 )

2.3Landasan Teori

Kinetika reaksi adalah cabang dari ilmu kimia yang mempelajari mekanisme reaksi,yaitu bagaimana reaksi itu terjadi dan kecepatan terjadinya reaksi. Untuk menentukan kecepatan reaksi kimia dikembangkan suatu persamaan reaksi kimia yang menguji bahwa reaksi itu mengikuti tingkat atau orde keberapa, maka diperoleh beberapa hal sebagai berikut : (Levenspiel, 1999):

1. Molekularitas dan Orde Reaksi

Pada suatu reaksi elementer, molekularitasnya adalah merupakan jumlah molekul yang terlibat dalam reaksi itu dan harganya adalah satu, dua, terkadang tiga akan tetapi tidak boleh dalam bentuk pecahan. Molekuleritas hanya berlaku untuk reaksi elementer.

L aporan Penelit ian 18

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

Sering dijumpai suatu kenaikan kecepatan reaksi yang melibatkan zat – zatnya dan dapat diperkirakan dengan suatu persamaan :

-rA = k. CAa.CBb.CCc ………...(1)

a+b+c = n ………...(2)

(levenspiel, 1999)

a, b dan c tidak menyatakan koefisien stoikiometri tetapi orde reaksi dari zat tersebut. Orde reaksi total adalah n. Orde reaksi berhubungan dengan kecepatan reaksi secara empiris.

2. Reaksi Elementer

Dalam menyatakan suatu kecepatan reaksi digunakan ukuran yang sebanding dengan konsentrasi, misalnya:

2A 2R ... …(3)

Persamaan kecepatan reaksinya

-rA = rR = k CA2... …(4)

atau,

A R ... …(5)

Persamaan kecepatan reaksinya

3. Konstanta Kecepatan Reaksi

Berdasarkan persamaan Archenius, jika suhu dinaikkan, maka konstanta kecepatan reaksi (K) semakin besar, sehingga reaksi berjalan cepat.

k = k0 e–E/RT dimana,

k = tetapan kecepatan reaksi k0 = faktor frekuensi

E = tenaga aktifasi

R = tetapan gas (8,314 J/mol.K, 1,982 kal/mol.K atau 0,206.10-5 m3.atm/mol.K)

T = suhu (K)

2.3.1 Factor yang Mempengaruhi Kecepatan Reaksi

1. Waktu

Semakin lama waktu reaksi maka reaksi belangsung maka reaksi akan semakin sempurna karena waktu kontak antar partikel - partikel tersebut lebih lama. Tetapi perlu diperhatikan bahwa waktu reaksi yang berlebih dapat menyebabkan reaksi yang berlanjut kereaksi yang tidak diinginkan, sehingga perlu dicari waktu reaksi optimum.

2. Suhu

Pada umumnya kecepatan reaksi akan meningkat sebanding dengan kenaikan suhu tetapi perlu diperhatikan suhu maksimum dan suhu

L aporan Penelit ian 20

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

optimum reaksi agar material tidak mengalami kerusakan atau terbentuk produk lain yang tidak diinginkan.

3. Pengadukan

Pengadukan akan membantu mempercepat terjadinya reaksi. Karena dengan pengadukan akan memperbesar frekuensi tumbukan dan harga konstanta kecepatan reaksi akan semakin besar pula.

4. Perbandingan zat pereaksi

Kelebihan salah satu pereaksi akan menyebabkan kesetimbangan bergeser ke kanan tetapi pemakaian zat pereaksi yang berlebihan dibatasi oleh kemungkinan adanya reaksi samping dan dari kinetiknya.

5. Energi aktifasi

Energi pengaktif adalah energi yang diperlukan untuk mengaktifkan zat-zat pereaksi, sehingga dapat bereaksi dengan sempurna.

2.3.2 Menentukan Orde Reaksi

Reaksi yang digukan adalah : Reaksi Transesterifikasi :

O

│

R1 – C – OCH2

│

O CH2 – OH O │ │ ║

R1 – C – OCH + 3CH3OH HOCH + 3R – C – OCH3

│ │

O CH2 – OH │

R1 – C – OCH2

Ada beberapa tahapan yang dapat dilaksanakan dalam penentuan orde dan konstanta kecepatan reaksi (levenspiel, 1972), antara lain yaitu :

- Metode Analisis integral

Adalah suatu cara untuk memperkirakan persamaan reaksi dengan mengunakan integral dan membandingkan perkiraan grafik dengan data yang diperoleh dari percobaan.

Trigliserida Metanol gliserol Methyl Ester

Katalis (NaOH)

L aporan Penelit ian 22

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

1. Reaksi Orde 1

O

│

R1 – C – OCH2

│

O CH2 – OH O │ │ ║

R1 – C – OCH + 3CH3OH HOCH + 3R – C – OCH3

│ │

O CH2 – OH │

R1 – C – OCH2

A + B C + D ... (7) Persamaan reaksi

... (8)

Jika CB sangat besar, maka CB dianggap konstan

k CB = k’

... (9)

Persamaan diatas diintegralkan menjadi

...(10)

Trigliserida Metanol gliserol Methyl Ester

Katalis (NaOH)

dimana,

CA = CA0 (1 - XA)

...(11)

Maka didapatkan persamaan

-ln (1 – XA) = k’ t... (12)

Plot antara –ln (1 – XA) atau dengan t dari persaman (11) dan persamaan (12).

Gambar 2.1. Reaksi Orde 1

Pada reaksi A + B C + D dapat menganggap bahwa salah satu pereaksi terdapat dalam jumlah yang sangat besar, misalkan CB jauh lebih besar dari pada CA, apabila reaktan A dan B bereaksi, maka sesudah reaksi reaktan B berkurangnya sangat kecil dibandingkan dengan CB dan menganggap nilai CB konstan. Persamaan diatas

L aporan Penelit ian 24

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

mendekati persamaan reaksi orde satu atau disebut juga reaksi orde satu semu.

2. Reaksi Orde 2

O

│

R1 – C – OCH2

│

O CH2 – OH O │ │ ║

R1 – C – OCH + 3CH3OH HOCH + 3R – C – OCH3

│ │

O CH2 – OH │

R1 – C – OCH2

A + B C + D Persamaan reaksi

... (13) Karena pada setiap saat t, jumlah A yang bereaksi harus sama dengan jumlah B yang direaksikan, maka :

CA0 XA = CB0 XB sehingga,

Ditulis dalam XA

Trigliserida Metanol gliserol Methyl Ester

Katalis (NaOH)

dimana, CB0/CA0 = M

Persamaan diintegralkan

menjadi,

... (14)

Plot antara , atau dengan t dari persamaan

(14).

Gambar 2.2 Reaksi Orde 2

Untuk persamaan laju reaksi tingkat 2, sebagai pembanding laju reaksi tingkat 1 tersebut apabila grafik 1/(CA – CA0) vs t merupakan garis lurus maka reaksinya orde 2. ( Levenspil, 1999 ).

Berdasarkan hokum Archenius ( k – k0.e-E/RT ) yan g diubah bentuk ln menjadi :

L aporan Penelit ian 26

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

Ln k = ln k0 – E/RT

Kemudian plotkan dalam grafik antara ln k dengan 1/T. dari grafik diperoleh slope –E/R dan intersep ln k0 sehingga besarnya energi aktivasi ( E ) dan faktor frekuensi ( k0 ) dapat dihitung.

3. Orde n

Jika mekanisme suatu reaksi tidak diketahui, kita seringkali mencoba menghitung data dengan persamaan untuk orde n.

... (15) ... (16) Orde n tidak dapat ditemukan seexplicit dari persamaan 29, jadi dilakukan trial – and – error untuk mendapatkannya. Cukup pilih nilai untuk n dan menghitung k. nilai n yang dapat meminimalkan variasi k adalah nilai yang diinginkan.

Laju adalah bahwa reaksi dengan n > 1 tidak dapat diselesaikan dalam waktu terbatas. Di lain ha, untuk n < 1 laju dapat dianggap bahwa konsentrasi reaktan adalah nol dan akan menjadi negative pada beberapa waktu terbatas.

Karena konsentrasi nyata tidak bias turun dibawah nol kita tidak harus melaksanakan integrasi diluar kali ini untuk n < 1.

2.4 Hipotesis

Proses pembentukan biodiesel dari minyak ikan ini dapat dilakukan dengan reaksi esterifikasi dan transesterifikasi, yaitu reaksi asam lemak bebas dengan alkohol membentuk methyl ester dan air yang dipengaruhi oleh konsentrasi , alkohol, suhu, waktu reaksi di dalam reaktor tangki berpengaduk. Reaksi ini memungkinkan terjadi reaksi orde 1, namun juga dilakukan penghitungan untuk orde 2 dan orde n untuk menentukan %kesalahan terkecil.

L aporan Penelit ian 28

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Bahan yang Digunakan

Penelitian ini menggunakan bahan baku minyak ikan off grade berasal dari PT. Rekayasa Energi Alternatif Mandiri. Metanol teknis dibeli dari Tidar Kimia Surabaya.NaOH anhidrous, Asam phospat. Sebelum digunakan minyak ikan off grade dicuplik untuk analisis kadar air, zat pengotor, FFA, kekentalan dan densitynya.

3.2 Alat yang Digunakan

Peralatan yang digunakan terdiri atas :

1. Reactor Gumming

Sebagai tempat proses penghilangan gum dengan spesifikasi reactor tangki berpengaduk dengan kapasitas 4000cc, diameter 15 cm, tinggi 60cm dari bahan baja tahan karat (SS-304) dilengkapi pemanas listrik menggunakan daya 1000 watt.

2. Reactor Transesterifikasi

Sebagai tempat proses mereaksi trigliserida menjadi biodiesel, spesifikasi reactor tangki dengan kapasitas 4000cc, diameter 15 cm, tinggi 60cm dari bahan baja tahan karat (SS-304) dan dilengkapi pendingin balik.

3. Unit pemurnian produk bio diesel, yang terdiri dari :

a. Tangki pencuci yang dilengkapi pemanas dan distributor udara. Terbuat dari stainless steel kapasitas 5L.

b. Pengering produk biodiesel ber bentuk tangki dilengkapi pemanas dan pompa vakum dan kondensor.

3.3 Peubah

Variable yang ditetapkan :

a. Kecepatan Pengadukan : 150 rpm b. Volume Minyak : 2000 ml

c. Dosis katalis (NaOH) : 5% per 1 liter metanol Variable yang dipelajari :

a. Waktu proses (menit) : 30,45, 60, 90, 105. b. Suhu reaksi(oC) : 40, 45, 50, 55, 60.

c. Volume methoxid (dari berat minyak) : 7%, 10%, 13%, 16 %,19%. Pembuatan Biodiesel :

L aporan Penelit ian 30

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

Pembent ukan Biodiesel dari Crude Fish Oil

U niversit as Pembangunan N asional “Vet eran” JATI M

Penentuan kadar FFA bahan

Penentuan kadar Air

Degumming

Transesterifikasi

Pemurnian Biodiesel

(NaOH(5%) + Methanol )(7%-19%) Asam phospat (85%) 0,05% volume minyak

dimana, CB0/CA0 = M

Persamaan diintegralkan

menjadi,

... (14)

Plot antara , atau dengan t dari persamaan

(14).

Gambar 2.2 Reaksi Orde 2

Untuk persamaan laju reaksi tingkat 2, sebagai pembanding laju reaksi tingkat 1 tersebut apabila grafik 1/(CA – CA0) vs t merupakan garis lurus

maka reaksinya orde 2. ( Levenspil, 1999 ).

Ln k = ln k0 – E/RT

Kemudian plotkan dalam grafik antara ln k dengan 1/T. dari grafik diperoleh slope –E/R dan intersep ln k0 sehingga besarnya energi

aktivasi ( E ) dan faktor frekuensi ( k0 ) dapat dihitung.

3. Orde n

Jika mekanisme suatu reaksi tidak diketahui, kita seringkali mencoba menghitung data dengan persamaan untuk orde n.

... (15) ... (16) Orde n tidak dapat ditemukan seexplicit dari persamaan 29, jadi dilakukan trial – and – error untuk mendapatkannya. Cukup pilih nilai untuk n dan menghitung k. nilai n yang dapat meminimalkan variasi k adalah nilai yang diinginkan.

Laju adalah bahwa reaksi dengan n > 1 tidak dapat diselesaikan dalam waktu terbatas. Di lain ha, untuk n < 1 laju dapat dianggap bahwa konsentrasi reaktan adalah nol dan akan menjadi negative pada beberapa waktu terbatas.

Karena konsentrasi nyata tidak bias turun dibawah nol kita tidak harus melaksanakan integrasi diluar kali ini untuk n < 1.

2.4 Hipotesis

Proses pembentukan biodiesel dari minyak ikan ini dapat dilakukan dengan reaksi esterifikasi dan transesterifikasi, yaitu reaksi asam lemak bebas dengan alkohol membentuk methyl ester dan air yang dipengaruhi oleh konsentrasi , alkohol, suhu, waktu reaksi di dalam reaktor tangki berpengaduk. Reaksi ini memungkinkan terjadi reaksi orde 1, namun juga dilakukan penghitungan untuk orde 2 dan orde n untuk menentukan %kesalahan terkecil.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Bahan yang Digunakan

Penelitian ini menggunakan bahan baku minyak ikan off grade berasal dari PT. Rekayasa Energi Alternatif Mandiri. Metanol teknis dibeli dari Tidar Kimia Surabaya.NaOH anhidrous, Asam phospat. Sebelum digunakan minyak ikan off grade dicuplik untuk analisis kadar air, zat pengotor, FFA, kekentalan dan densitynya.

3.2 Alat yang Digunakan

Peralatan yang digunakan terdiri atas : 1. Reactor Gumming

Sebagai tempat proses penghilangan gum dengan spesifikasi reactor tangki berpengaduk dengan kapasitas 4000cc, diameter 15 cm, tinggi 60cm dari bahan baja tahan karat (SS-304) dilengkapi pemanas listrik menggunakan daya 1000 watt.

2. Reactor Transesterifikasi

Sebagai tempat proses mereaksi trigliserida menjadi biodiesel, spesifikasi reactor tangki dengan kapasitas 4000cc, diameter 15 cm, tinggi 60cm dari bahan baja tahan karat (SS-304) dan dilengkapi pendingin balik.

3. Unit pemurnian produk bio diesel, yang terdiri dari :

a. Tangki pencuci yang dilengkapi pemanas dan distributor udara. Terbuat dari stainless steel kapasitas 5L.

b. Pengering produk biodiesel ber bentuk tangki dilengkapi pemanas dan pompa vakum dan kondensor.

3.3 Peubah

Variable yang ditetapkan :

a. Kecepatan Pengadukan : 150 rpm b. Volume Minyak : 2000 ml

c. Dosis katalis (NaOH) : 5% per 1 liter metanol Variable yang dipelajari :

a. Waktu proses (menit) : 30,45, 60, 90, 105. b. Suhu reaksi(oC) : 40, 45, 50, 55, 60.

Penentuan kadar FFA bahan

Penentuan kadar Air

Degumming

Transesterifikasi

Pemurnian Biodiesel

(NaOH(5%) + Methanol )(7%-19%) Asam phospat (85%) 0,05% volume minyak