PENGARUH SUHU OPERASI TERHADAP KONVERSI
PENGARUH SUHU OPERASI TERHADAP KONVERSI, NILAI
KONSTANTA KECEPATAN REAKSI (k), dan ARAH
KESETIMBANGAN REAKSI (K) PADA HIDROLISA MINYAK JARAK
Badar Ilham Anggawijaya*), Christine Indira Rinai Pangesti, Fariha Hundagi
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro,
Jl. Prof. Soedarto, SH, Kampus Undip Tembalang, Semarang, Indonesia 50275
Abstrak
Lemak dan minyak adalah trigliserida atau triester dari gliserol. Zat ini berada pada minyak jarak. Untuk
mendapatkan asam lemak bebas dari trigliserida minyak jarak, dilakukan hidrolisa dengan katalis asam.
Hidrolisa dilakukan untuk mengetahui pengaruh variabel mol pereaktan terhadap konversi dan konstanta
kecepatan reaksi pada proses hidrolisa. Bahan yang digunakan saat hidrolisa antara lain minyak jarak,
aquadest, HCl, NaOH, PP, alkohol, dan surfaktan (sunlight). Langkah pertama percobaan adalah menentukan
densitas dari minyak jarak dan katalis (HCl). Kemudian dilanjutkan dengan analisis kadar asam lemak awal
yang ada dalam minyak jarak. Setelah itu, dilakukan proses hidrolisa yang diikuti dengan analisa kadar asam
lemak hasil hidrolisa setiap 5 menit dengan variabel bebas suhu operasi yaitu 55°C, 65°C, dan 75°C. Pada
percobaan dapat disimpulkan bahwa kenaikan suhu operasi mengakibatkan energi kinetik reaktan meningkat
dan mampu mengatasi energi aktivasinya, sehingga dapat meningkatkan konstanta kecepatan reaksi dan nilai
konversi. Selain itu juga ada hubungan berbanding lurus antara konversi dan konstanta kecepatan reaksi.
Saran pada percobaan ini adalah pada proses hidrolisa dijaga agar suhu konstan setiap variabel dan titrasi
tidak dilakukan pada suhu yang sama dengan kondisi operasi karena hidrolisa pada minya k akan terus
berlanjut menyebabkan data yang didapat tidak sesuai, serta teliti dalam mengamati TAT.
Kata kunci : Hidrolisa , minyak jarak, suhu, konversi.
Abstract
[Effect of Temperature on Conversion, Value of Reactions Constant (k), and Equilibrium Constant (K) in
Hydrolysis of Castor Oil ] Fat and oil is triglyceride or triester from glycerol. For obtained free fatty acid
(FFA) from triglyceride jarak oil must do hydrolysis with catalyst. The purpose of this experiment is learning
influence variable mole ratio of reactants to moles of water mole of jarak oil to conversion and reaction rate
constant for hydrolysis process. Materials are used on hydrolysis are: jarak oil, aquadest, HCl (catalyst),
NaOH, PP, alcohol and surfactant. First, determine density of oil jarak and catalyst. Then, analyzed the
percentage of initial fatty acid on jarak oil. After that, the process of hydrolysis followed by analysis of fatty
acid hydrolysis results every 5 minutes with a free variable operating temperature of 55 ° C, 65°C and 75°C. In
experiments it can be concluded that the increase in operating temperature resulted in increased kinetic energy
of the reactants and able to overcome the activation energy, so as to increase the reaction rate constants and
conversion value. There was also a proportional relationship between the conversion and the reaction rate
constants. Suggestions in this experiment is the hydrolysis process are kept to a constant temperature of each
variable and titration is not carried out at the sa me temperature as the operating conditions for hydrolysis on
oil will continue to cause the data obtained is not appropriate, as well as meticulous in observing the TAT.
Keywords: hydrolysis, castor oil , temperature, conversion.
1. Pendahuluan
Minyak dan lemak adalah trigliserida yang
berarti triester (dari) gliserol. Pohon jarak (Ricinus
communis) merupakan salah satu jenis tanaman
penghasil nonedible oil. Hasil utama dari pohon
*) Penulis Korespondensi
E-mail : [email protected]
jarak adalah bijinya, apabila dikeringkan biji jarak
akan menghasilkan minyak jarak. Hidrolisa minyak
jarak menjadi asam lemak dan gliserol dilakukan
dengan cara memanaskan campuran minyak jarak
dan sedikit asam sulfat. Asam lemak yang
diperoleh dari hidrolisis suatu minyak atau lemak
umumnya mempunyai : rantai karbon panjang dan
tidak bercabang.
Penggunaan langsung minyak jarak terbatas
pada industri genteng, obat-obatan, minyak rem,
dan minyak lincir. Manfaat hidrolisis minyak jarak
adalah untuk menghasilkan asam lemak dan
gliserol untuk produksi oleokimia.
Tujuan dilakukan percobaan hidrolisa minyak jarak
adalah mengetahui pengaruh variabel suhu operasi
terhadap konversi hidrolisa minyak jarak, pengaruh
variabel suhu operasi terhadap nilai konstanta
kecepatan reaksi hidrolisa minyak jarak ( k ), dan
mengetahui pengaruh variabel suhu
operasi
terhadap arah kesetimbangan reaksi hidrolisa
minyak jarak ( K ).
2. Landasan Teori
Hidrolisa Minyak Jarak secara Umum
Hidrolisa merupakan pengikatan gugus
hidroksil (-OH) oleh suatu senyawa. Gugus –OH
dapat diperoleh dari air. Hidrolisis dapat
digolongkan menjadi hidrolisis murni, hidrolisis
katalis asam, hidrolisis katalis basa, gabungan
alkali dengan air dan hidrolisis dengan katalis
enzim. Berdasarkan fase reaksi hidrolisis
dikelompokkan menjadi hidrolisis fase cair dan
fase uap.
Minyak jarak merupakan minyak nabati yang
diperoleh dengan cara pemerasan dari tanaman
Ricinus Communis, kegunaan langsung minyak
jarak terbatas pada industry genteng, obat – obatan
, minyak rem, minyak lincir
Hidrolisa minyak jarak menjadi asam– asam
lemak dan gliserol dilakukan dengan cara
memanaskan campuran minyak jarak dan sedikit
asam sulfat di dalam sebuah labu leher tiga.
Pemanasan dilangsungkan sampai suhu yang
diinginkan sebelum air panas dimasukkan. Contoh
diambil setiap waktu tertentu (10 menit) untuk
dianalisa asam bebasnya, kecepatan hidrolisis
terutama ditentukan oleh kecepatan reaksi antara
air dan trigliserida di fase minyak. Penggunaan air
yang berlebihan memungkinkan fase minyak selalu
jenuh dengan air sehingga reaksi hidrolisis
bertingkat satu semu terhadap konsentrasi gliserida.
Pada reaksi dengan air reaksi dimungkinkan
terjadi pada fase cair dan fase minyak, akan tetapi
menurut Lascaray (1949) reaksi pada fase
minyaklah yang dominan sehingga kinetika reaksi
ditentukan oleh kecepatan difusi air ke dalam fase
minyak dan reaksi antara air dan minyak di fase
minyak yang dapat disajikan ke dalam persamaan
matematik sebagai berikut
Kecepatan difusi air ke fase minyak:
-−�� =
�
�∗ − �
.
Kecepatan reaksi di fase minyak:
� =� =
�
� � �
� �
.
�
Untuk mencari langkah yang mengontrol pada
kinetika reaksi, disusun neraca massa air dan
neraca massa minyak di fase minyak sebagai
berikut :
Neraca massa air dalam fase minyak:
�
=
�
�∗ − �
−
� �
Asumsi : dengan adanya pengadukan, kecepatan
transfer massa pada persamaan di atas [k1a (CA* CA1)] dianggap jauh lebih besar daripada kecepatan
reaksi kimia [kr CA1 CB] maka dianggap hanya
kecepatan reaksi kimia saja yang menentukan
kecepatan reaksi keseluruhan.
Neraca massa minyak dalam fase minyak :
�
=−
�
� � …… 4
Bila jumlah air berlebihan dan transfer massa
air ke fase minyak sangat cepat, maka fase minyak
dianggap selalu jenuh dengan air, maka C A1 = CA*
yang bernilai konstan pada suhu tertentu, k1 CA1 =
k’ sehingga : -rB = -k’ CB
∫
�
=
�
�
�
�0
dimana :
ln
�
− ′�
�
= − ′∫
�
= − ′�
�
�
CB0 = banyaknya trigliserida mula – mula ,
mgrek/gr minyak
CB
= banyaknya trigliserida suatu saat
k
= konstanta kecepatan reaksi tingkat satu, j-1
t
= waktu reaksi,
Bila X =
�
maka
�
�
=
�
�
�
�
�=
�� �
�
− �
�
−�
�
−�
�
�
�
= 1−�
−
Nilai konstanta kecepatan reaksi kimia sebagai
fungsi suhu dapat dinyatakan dengan persamaan
Arrhenius :
=�
dimana :
−�
��
k
= konstanta kecepatan reaksi, j-1
T
= suhu oK
R
= tetapan gas
Ea
= energi aktivasi
3. Minyak Jarak
Minyak jarak merupakan minyak nabati yang
diperoleh dengan cara pemerasan dari tanaman
Ricinus communis, kegunaan langsung minyak
jarak terbatas pada industry genteng, obat – obatan
, minyak rem, minyak lincir.
Sifat fisik dari minyak jarak adalah cairan
tidak berwarna atau berwarna kuning pucat, bau
lemak, rasa sedikit menggigit, viscositas tinggi dan
bilangan asam akan tinggi sesuai dengan waktu
yang ditandai dengan biji rusak dan cara pemerasan
yang tidak baik.
Sifat kimia dari minyak jarak adalah mengandung
46 – 53% minyak. Minyak jarak mengandung 80%
gliserida, asam asinolat, stearat isoresinolat,
dihidroksi stearat dan palmiat. Minyak jarak juga
mengandung 20% protein, 0,2 alkaloid piridin
beracun, risinin serta enzim lipase minyak jarak
mengandungzat toksin risin.
4. Hidrolisa Minyak Jarak
Hidrolisa minyak jarak menjadi asam – asam
lemak dan gliserol dilakukan dengan cara
memanaskan campuran minyak jarak dan sedikit
asam sulfat di dalam sebuah labu leher tiga.
Pemanasan dilangsungkan sampai suhu yang
diinginkan sebelum air panas dimasukkan. Contoh
diambil setiap waktu tertentu (10 menit) untuk
dianalisa asam bebasnya, kecepatan hidrolisis
terutama ditentukan oleh kecepatan reaksi antara
air dan trigliserida di fase minyak. Penggunaan air
yang berlebihan memungkinkan fase minyak selalu
jenuh dengan air sehingga reaksi hidrolisis
bertingkat satu semu terhadap konsentrasi gliserida.
5. Metode Percobaan
4. Magnetic stirrer
5. Pendingin balik
6. Saliran air masuk
7. Saluran air keluar
8. Water bath
Prosedur percobaan yang dilakukan dalam
percobaan hidrolis minyak jarak ini adalah:
A. Menghitung densitas
Densitas Minyak Jarak
Timbang picnometer kosong (m1), masukkan
minyak jarak kedalam picnometer yang telah
diketahui volumenya (V), timbang beratnya (m2).
Hitung densitas minyak jarak.
Densitas Katalis
Timbang picnometer kosong (m1), masukkan
HCl teknis dilaboratorium kedalam picnometer
yang telah diketahui volumenya (V), timbang
beratnya (m2). Hitung densitas katalis HCl.
Lakukan hal yang sama untuk H2SO4
B. Analisa Kadar Asam Lemak dalam Bahan
Baku
1. Masukkan 10 mL minyak jarak ke dalam
Erlenmeyer.
2. Menambahkan 15 mL etanol 96% dan
memanaskannya sambil diaduk pada suhu
60oC.
3. Menambahkan 3 tetes indicator PP dan
menitrasi dengan NaOH sampai warna
berubah menjadi merah muda.
4. Mencatat kebutuhan titran.
C. Hidrolisa Minyak Jarak
1. Memasukkan minyak jarak ke dalam labu
leher tiga
2. Memasukkan katalis N ke dalam labu leher
tiga
3. Mengalirkan air pendingin selama proses
hidrolisa
4. Memanaskan campuran tersebut sampai
suhu oC kemudian menambahkan aquadest
yang telah dipanaskan ke dalam labu leher
tiga,dan emulsifier (sabun)
ml
5. Mengambil sampel dalam selang waktu 5
menit untuk dianalisa asam lemak dan asam
total selama menit.
D. Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas
Gambar 1 rangkaian alat percobaan
Keterangan:
1. Klem dan statif
2. Labu leher tiga
3. Thermometer
1. Memasukkan 10 mL minyak jarak yang
telah dihidrolisa ke dalam Erlenmeyer
2. Menambahkan etanol 96% 15 mL dan
dipanaskan sambil diaduk pada suhu 60oC
3. Menitrasi dengan NaOH : penambahan 3
tetes indicator PP, kemudian dititrasi sampai
warna merah muda.
4. Mencatat kebutuhan titran.
5. Ulangi langkah hidrolisa dan kadar asam
lemak bebas hasil hidrolisa dengan jenis
katalis
Tabel 1 nilai konstanta kecepetan reaksi pada setiap variabel
6. Pengaruh suhu terhadap konversi hidrolisa
minyak jarak
Nilai dari kecepatan reaksi dapat dihitung
dengan pendekatan, dalam perhitungan kali ini
digunakan pendekatan least square yaitu dengan
melinearisasi data yang didapat. Persamaan
linearisasi yang digunakan dalam perhitungan ini
iyalah
− � 1 −� = .�
Gambar 2 pengaruh suhu terhadap konversi
Berdasarkan gambar 4.1 konversi pada
variabel 3 dengan suhu hidrolisa 75°C
menghasilkan konversi yang lebih besar daripada
variabel 1 dan 2. Hal ini disebabkan karena suhu
yang semakin tinggi akan mempengaruhi kecepatan
reaksi sesuai dengan persamaan Arhennius dimana
semakin tinggi suhu maka nilai dari kecepatan
reaksi juga akan semakin besar (Levenspiel, 1999).
Selain nilai kecepatan reaksi kenaikan suhu juga
mempengaruhi viskositas suatu zat. Semakin tinggi
suhu akan menghasilkan viskositas yang semakin
rendah (Ustra, 2012).
Konversi dalam hal ini merupakan nilai dari
pembagian asam lemak yang terbentuk hasil dari
hidrolisis gliserol dengan kadar gliserol awal pada
minyak jarak. Apabila kecepatan reaksi semakin
besar maka hidrolisa akan berjalan lebih cepat
sehingga menghasilkan nilai konversi yang lebih
besar pula. Viskositas akan mempengaruhi
kekentalan suatu zat, semakin kecil nilai dari
viskositas akan mempermudah suatu zat untuk
bereaksi sehingga menyebabkan nilai dari konversi
meningkat pada reaktan dengan viskositas lebih
rendah pada suhu yang lebih tinggi.
7. Pengaruh suhu terhadap nilai konstanta
kecepatan reaksi hidrolisa minyak jarak
Gambar 3 linerisasi kecepatans reaksi
dalam persamaan ini maka nilai k dapat dihitung
dengan menhitung nilai dari gradien pada data
yang didapat. Berdasarkan tabel 4.1 nilai dari
kecepatan reaksi akan meningkat seiring dengan
kenaikan suhu. Hal ini diakibatkan karena nilai dari
konstanta kecepatan reaksi dipengaruhi oleh suhu
sesuai dengan persamaan Arrhennius (Levenspiel,
1999) :
=�
−�
��
sehingga dengan naiknya suhu maka nilai dari k
juga akan semakin meningkat.
8. Pengaruh suhu terhadap Arah kesetimbangan
hidrolisa minyak jarak
Gambar 4 pengaruh suhu pada kesetimbangan reaksi
Dari grafik yang terdapat pada gambar 4,
didapatkn fenomena bahwa dengan kenaikan
suhu
akan
mengakibatkan
konstanta
kesetimbangan reaksi (K) semakin besar pula.
Perhitungan untuk konstanta kesetimbangan
reaksi (K) sangat dipengaruhi oleh jumlah
konsentrasi produk dan reaktan pada kondisi
setimbang. Tetapan kesetimbanggan (K) adalah
hasil kali produk dipangkatkan koefisien
reaksinya dibagi hasil kali rekatan dipangkatkan
koefisien
reaksinya.
Adapun
mekanisme
perhitungan sebagai berikut:
Kc =
[D][C]3
[A][B]3
Menurut Le Chatelir, suatu sistem
kesetimbangan akan tetap mempertahankan
posisinya
jika
terdapat
perubahan
yang
mengakibatkan terjadinya pergeseran reaksi
kesetimbangan.
Faktor-faktor
yang
dapat
mempengaruhi reaksi kesetimbangan salah satunya
adalah suhu. Kenaikan suhu tidak akan menggeser
reaksi kesetimbangan karena kenaikan suhu hanya
berfungsi mempercepat laju reaksi. Laju reaksi
yang semakin cepat akan meningkatkan jumlah
produk dan menurunkan jumlah reaktan. Dari
rumus umum Kc, ada hubungan antara konstanta
kesetimbangan dengan jumlah produk dan rekatan.
Untuk produk berbanding lurus dengan nilai Kc,
sehingga semakin besar produk maka Kc semakin
besar. Sedangkan hubungan Kc dengan reaktan
berbanding terbalik, jika jumlah reaktan kecil ,
maka nilai Kc akan besar. Semakin banyak reaktan
maka jumlah produk yang dihasilkan pun semakin
besar (Aziz dkk., 2013). Dari percobaan Kc
variable 1 < Kc variable 2 < Kc variable 3.
9. Kesimpulan
Semakin besar suhu hidrolisa yang digunakan
maka konversi yangdihasilkan akan semakin besar
pula hal ini disebabkan suhu akan mempengaruhi
viskositas dan kecepatan reaksi. Nilai konstanta
laju reaksi bertambah besar seiring kenaikan suhu
sesuai dengan persamaan Arrhenius dikarenakan
energi kinetik yang semakin besar menyebabkan
nilai dari factor frekuensi tumbukan partikel air
dengan minyak meningkat. Suhu semakin besar
menghasilkan konstanta keseimbangan (K) yang
semakin besar pula.
DAFTAR PUSTAKA
Agra, S. B. dan Warnijati S. 1972. Hidrolisis
Minyak
Kelapa
dengan
Katalisator
Asam.Forum Teknik.2(1): 31 - 40.
Fessenden, R.J., dan Fessenden, J.S.1999. Kimia
Organik.jilid 2. Ed.3. hal 83. Jakarta:
Erlangga,
Groggins, P.H. 1958.Unit Processes in Organic
Synthesis. pp.699. New York : McGraw
Hill.Inc.
Kirk, R. E. dan Othmer, D. F. 1953. Encyclopedia
of Chemical Technology 6, pp. 231 – 236.
New York : The Interscience Encyclopedia.
Inc.,
Lascaray, L. 1949.Mechanism of fat splitting.
Industrial & Engineering Chemistry 41(4),
786-790.
Levenspiel, O. 1999. Chemical Reaction
Engineering, Third Edition. New York.
John Wiley & Sons, Inc.
Lewkowitsch, J. 1903. J. Soc. Chem. Indust., 22,
67.
Rahayu, S. 1999. Hidrolisis Minyak Jarak dengan
Katalisator Asam Sulfat. Prosiding Seminar
Nasional Rekayasa Dan Proses.
Ustra, Mara K, et.al. 2012. Effect of temperature
and composition on density, viscosity and
thermal conductivity of fatty acid methyl
esters from soybean, castor and Jatropha
curcas oils, J. Chem. Thermodynamics 58
(2013) 460–466. Florianópolis. Elsevier.
Zuhrina. 2010. Optimasi Sintesis Surfaktan
Alkanolamida dari Asam Laurat sengan
Dietanolamina dan N-Metil Glukamina
Secara Enzimatik. Disertasi Doktor .
Universitas Sumatera Utara.
KONSTANTA KECEPATAN REAKSI (k), dan ARAH
KESETIMBANGAN REAKSI (K) PADA HIDROLISA MINYAK JARAK
Badar Ilham Anggawijaya*), Christine Indira Rinai Pangesti, Fariha Hundagi
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro,
Jl. Prof. Soedarto, SH, Kampus Undip Tembalang, Semarang, Indonesia 50275
Abstrak
Lemak dan minyak adalah trigliserida atau triester dari gliserol. Zat ini berada pada minyak jarak. Untuk
mendapatkan asam lemak bebas dari trigliserida minyak jarak, dilakukan hidrolisa dengan katalis asam.
Hidrolisa dilakukan untuk mengetahui pengaruh variabel mol pereaktan terhadap konversi dan konstanta
kecepatan reaksi pada proses hidrolisa. Bahan yang digunakan saat hidrolisa antara lain minyak jarak,
aquadest, HCl, NaOH, PP, alkohol, dan surfaktan (sunlight). Langkah pertama percobaan adalah menentukan
densitas dari minyak jarak dan katalis (HCl). Kemudian dilanjutkan dengan analisis kadar asam lemak awal
yang ada dalam minyak jarak. Setelah itu, dilakukan proses hidrolisa yang diikuti dengan analisa kadar asam
lemak hasil hidrolisa setiap 5 menit dengan variabel bebas suhu operasi yaitu 55°C, 65°C, dan 75°C. Pada
percobaan dapat disimpulkan bahwa kenaikan suhu operasi mengakibatkan energi kinetik reaktan meningkat
dan mampu mengatasi energi aktivasinya, sehingga dapat meningkatkan konstanta kecepatan reaksi dan nilai
konversi. Selain itu juga ada hubungan berbanding lurus antara konversi dan konstanta kecepatan reaksi.
Saran pada percobaan ini adalah pada proses hidrolisa dijaga agar suhu konstan setiap variabel dan titrasi
tidak dilakukan pada suhu yang sama dengan kondisi operasi karena hidrolisa pada minya k akan terus
berlanjut menyebabkan data yang didapat tidak sesuai, serta teliti dalam mengamati TAT.
Kata kunci : Hidrolisa , minyak jarak, suhu, konversi.
Abstract
[Effect of Temperature on Conversion, Value of Reactions Constant (k), and Equilibrium Constant (K) in
Hydrolysis of Castor Oil ] Fat and oil is triglyceride or triester from glycerol. For obtained free fatty acid
(FFA) from triglyceride jarak oil must do hydrolysis with catalyst. The purpose of this experiment is learning
influence variable mole ratio of reactants to moles of water mole of jarak oil to conversion and reaction rate
constant for hydrolysis process. Materials are used on hydrolysis are: jarak oil, aquadest, HCl (catalyst),
NaOH, PP, alcohol and surfactant. First, determine density of oil jarak and catalyst. Then, analyzed the
percentage of initial fatty acid on jarak oil. After that, the process of hydrolysis followed by analysis of fatty
acid hydrolysis results every 5 minutes with a free variable operating temperature of 55 ° C, 65°C and 75°C. In
experiments it can be concluded that the increase in operating temperature resulted in increased kinetic energy
of the reactants and able to overcome the activation energy, so as to increase the reaction rate constants and
conversion value. There was also a proportional relationship between the conversion and the reaction rate
constants. Suggestions in this experiment is the hydrolysis process are kept to a constant temperature of each
variable and titration is not carried out at the sa me temperature as the operating conditions for hydrolysis on
oil will continue to cause the data obtained is not appropriate, as well as meticulous in observing the TAT.
Keywords: hydrolysis, castor oil , temperature, conversion.
1. Pendahuluan
Minyak dan lemak adalah trigliserida yang
berarti triester (dari) gliserol. Pohon jarak (Ricinus
communis) merupakan salah satu jenis tanaman
penghasil nonedible oil. Hasil utama dari pohon
*) Penulis Korespondensi
E-mail : [email protected]
jarak adalah bijinya, apabila dikeringkan biji jarak
akan menghasilkan minyak jarak. Hidrolisa minyak
jarak menjadi asam lemak dan gliserol dilakukan
dengan cara memanaskan campuran minyak jarak
dan sedikit asam sulfat. Asam lemak yang
diperoleh dari hidrolisis suatu minyak atau lemak
umumnya mempunyai : rantai karbon panjang dan
tidak bercabang.
Penggunaan langsung minyak jarak terbatas
pada industri genteng, obat-obatan, minyak rem,
dan minyak lincir. Manfaat hidrolisis minyak jarak
adalah untuk menghasilkan asam lemak dan
gliserol untuk produksi oleokimia.
Tujuan dilakukan percobaan hidrolisa minyak jarak
adalah mengetahui pengaruh variabel suhu operasi
terhadap konversi hidrolisa minyak jarak, pengaruh
variabel suhu operasi terhadap nilai konstanta
kecepatan reaksi hidrolisa minyak jarak ( k ), dan
mengetahui pengaruh variabel suhu
operasi
terhadap arah kesetimbangan reaksi hidrolisa
minyak jarak ( K ).
2. Landasan Teori
Hidrolisa Minyak Jarak secara Umum
Hidrolisa merupakan pengikatan gugus
hidroksil (-OH) oleh suatu senyawa. Gugus –OH
dapat diperoleh dari air. Hidrolisis dapat
digolongkan menjadi hidrolisis murni, hidrolisis
katalis asam, hidrolisis katalis basa, gabungan
alkali dengan air dan hidrolisis dengan katalis
enzim. Berdasarkan fase reaksi hidrolisis
dikelompokkan menjadi hidrolisis fase cair dan
fase uap.
Minyak jarak merupakan minyak nabati yang
diperoleh dengan cara pemerasan dari tanaman
Ricinus Communis, kegunaan langsung minyak
jarak terbatas pada industry genteng, obat – obatan
, minyak rem, minyak lincir
Hidrolisa minyak jarak menjadi asam– asam
lemak dan gliserol dilakukan dengan cara
memanaskan campuran minyak jarak dan sedikit
asam sulfat di dalam sebuah labu leher tiga.
Pemanasan dilangsungkan sampai suhu yang
diinginkan sebelum air panas dimasukkan. Contoh
diambil setiap waktu tertentu (10 menit) untuk
dianalisa asam bebasnya, kecepatan hidrolisis
terutama ditentukan oleh kecepatan reaksi antara
air dan trigliserida di fase minyak. Penggunaan air
yang berlebihan memungkinkan fase minyak selalu
jenuh dengan air sehingga reaksi hidrolisis
bertingkat satu semu terhadap konsentrasi gliserida.
Pada reaksi dengan air reaksi dimungkinkan
terjadi pada fase cair dan fase minyak, akan tetapi
menurut Lascaray (1949) reaksi pada fase
minyaklah yang dominan sehingga kinetika reaksi
ditentukan oleh kecepatan difusi air ke dalam fase
minyak dan reaksi antara air dan minyak di fase
minyak yang dapat disajikan ke dalam persamaan
matematik sebagai berikut
Kecepatan difusi air ke fase minyak:
-−�� =
�
�∗ − �
.
Kecepatan reaksi di fase minyak:
� =� =
�
� � �
� �
.
�
Untuk mencari langkah yang mengontrol pada
kinetika reaksi, disusun neraca massa air dan
neraca massa minyak di fase minyak sebagai
berikut :
Neraca massa air dalam fase minyak:
�
=
�
�∗ − �
−
� �
Asumsi : dengan adanya pengadukan, kecepatan
transfer massa pada persamaan di atas [k1a (CA* CA1)] dianggap jauh lebih besar daripada kecepatan
reaksi kimia [kr CA1 CB] maka dianggap hanya
kecepatan reaksi kimia saja yang menentukan
kecepatan reaksi keseluruhan.
Neraca massa minyak dalam fase minyak :
�
=−
�
� � …… 4
Bila jumlah air berlebihan dan transfer massa
air ke fase minyak sangat cepat, maka fase minyak
dianggap selalu jenuh dengan air, maka C A1 = CA*
yang bernilai konstan pada suhu tertentu, k1 CA1 =
k’ sehingga : -rB = -k’ CB
∫
�
=
�
�
�
�0
dimana :
ln
�
− ′�
�
= − ′∫
�
= − ′�
�
�
CB0 = banyaknya trigliserida mula – mula ,
mgrek/gr minyak
CB
= banyaknya trigliserida suatu saat
k
= konstanta kecepatan reaksi tingkat satu, j-1
t
= waktu reaksi,
Bila X =
�
maka
�
�
=
�
�
�
�
�=
�� �
�
− �
�
−�
�
−�
�
�
�
= 1−�
−
Nilai konstanta kecepatan reaksi kimia sebagai
fungsi suhu dapat dinyatakan dengan persamaan
Arrhenius :
=�
dimana :
−�
��
k
= konstanta kecepatan reaksi, j-1
T
= suhu oK
R
= tetapan gas
Ea
= energi aktivasi
3. Minyak Jarak
Minyak jarak merupakan minyak nabati yang
diperoleh dengan cara pemerasan dari tanaman
Ricinus communis, kegunaan langsung minyak
jarak terbatas pada industry genteng, obat – obatan
, minyak rem, minyak lincir.
Sifat fisik dari minyak jarak adalah cairan
tidak berwarna atau berwarna kuning pucat, bau
lemak, rasa sedikit menggigit, viscositas tinggi dan
bilangan asam akan tinggi sesuai dengan waktu
yang ditandai dengan biji rusak dan cara pemerasan
yang tidak baik.
Sifat kimia dari minyak jarak adalah mengandung
46 – 53% minyak. Minyak jarak mengandung 80%
gliserida, asam asinolat, stearat isoresinolat,
dihidroksi stearat dan palmiat. Minyak jarak juga
mengandung 20% protein, 0,2 alkaloid piridin
beracun, risinin serta enzim lipase minyak jarak
mengandungzat toksin risin.
4. Hidrolisa Minyak Jarak
Hidrolisa minyak jarak menjadi asam – asam
lemak dan gliserol dilakukan dengan cara
memanaskan campuran minyak jarak dan sedikit
asam sulfat di dalam sebuah labu leher tiga.
Pemanasan dilangsungkan sampai suhu yang
diinginkan sebelum air panas dimasukkan. Contoh
diambil setiap waktu tertentu (10 menit) untuk
dianalisa asam bebasnya, kecepatan hidrolisis
terutama ditentukan oleh kecepatan reaksi antara
air dan trigliserida di fase minyak. Penggunaan air
yang berlebihan memungkinkan fase minyak selalu
jenuh dengan air sehingga reaksi hidrolisis
bertingkat satu semu terhadap konsentrasi gliserida.
5. Metode Percobaan
4. Magnetic stirrer
5. Pendingin balik
6. Saliran air masuk
7. Saluran air keluar
8. Water bath
Prosedur percobaan yang dilakukan dalam
percobaan hidrolis minyak jarak ini adalah:
A. Menghitung densitas
Densitas Minyak Jarak
Timbang picnometer kosong (m1), masukkan
minyak jarak kedalam picnometer yang telah
diketahui volumenya (V), timbang beratnya (m2).
Hitung densitas minyak jarak.
Densitas Katalis
Timbang picnometer kosong (m1), masukkan
HCl teknis dilaboratorium kedalam picnometer
yang telah diketahui volumenya (V), timbang
beratnya (m2). Hitung densitas katalis HCl.
Lakukan hal yang sama untuk H2SO4
B. Analisa Kadar Asam Lemak dalam Bahan
Baku
1. Masukkan 10 mL minyak jarak ke dalam
Erlenmeyer.
2. Menambahkan 15 mL etanol 96% dan
memanaskannya sambil diaduk pada suhu
60oC.
3. Menambahkan 3 tetes indicator PP dan
menitrasi dengan NaOH sampai warna
berubah menjadi merah muda.
4. Mencatat kebutuhan titran.
C. Hidrolisa Minyak Jarak
1. Memasukkan minyak jarak ke dalam labu
leher tiga
2. Memasukkan katalis N ke dalam labu leher
tiga
3. Mengalirkan air pendingin selama proses
hidrolisa
4. Memanaskan campuran tersebut sampai
suhu oC kemudian menambahkan aquadest
yang telah dipanaskan ke dalam labu leher
tiga,dan emulsifier (sabun)
ml
5. Mengambil sampel dalam selang waktu 5
menit untuk dianalisa asam lemak dan asam
total selama menit.
D. Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas
Gambar 1 rangkaian alat percobaan
Keterangan:
1. Klem dan statif
2. Labu leher tiga
3. Thermometer
1. Memasukkan 10 mL minyak jarak yang
telah dihidrolisa ke dalam Erlenmeyer
2. Menambahkan etanol 96% 15 mL dan
dipanaskan sambil diaduk pada suhu 60oC
3. Menitrasi dengan NaOH : penambahan 3
tetes indicator PP, kemudian dititrasi sampai
warna merah muda.
4. Mencatat kebutuhan titran.
5. Ulangi langkah hidrolisa dan kadar asam
lemak bebas hasil hidrolisa dengan jenis
katalis
Tabel 1 nilai konstanta kecepetan reaksi pada setiap variabel
6. Pengaruh suhu terhadap konversi hidrolisa
minyak jarak
Nilai dari kecepatan reaksi dapat dihitung
dengan pendekatan, dalam perhitungan kali ini
digunakan pendekatan least square yaitu dengan
melinearisasi data yang didapat. Persamaan
linearisasi yang digunakan dalam perhitungan ini
iyalah
− � 1 −� = .�
Gambar 2 pengaruh suhu terhadap konversi
Berdasarkan gambar 4.1 konversi pada
variabel 3 dengan suhu hidrolisa 75°C
menghasilkan konversi yang lebih besar daripada
variabel 1 dan 2. Hal ini disebabkan karena suhu
yang semakin tinggi akan mempengaruhi kecepatan
reaksi sesuai dengan persamaan Arhennius dimana
semakin tinggi suhu maka nilai dari kecepatan
reaksi juga akan semakin besar (Levenspiel, 1999).
Selain nilai kecepatan reaksi kenaikan suhu juga
mempengaruhi viskositas suatu zat. Semakin tinggi
suhu akan menghasilkan viskositas yang semakin
rendah (Ustra, 2012).
Konversi dalam hal ini merupakan nilai dari
pembagian asam lemak yang terbentuk hasil dari
hidrolisis gliserol dengan kadar gliserol awal pada
minyak jarak. Apabila kecepatan reaksi semakin
besar maka hidrolisa akan berjalan lebih cepat
sehingga menghasilkan nilai konversi yang lebih
besar pula. Viskositas akan mempengaruhi
kekentalan suatu zat, semakin kecil nilai dari
viskositas akan mempermudah suatu zat untuk
bereaksi sehingga menyebabkan nilai dari konversi
meningkat pada reaktan dengan viskositas lebih
rendah pada suhu yang lebih tinggi.
7. Pengaruh suhu terhadap nilai konstanta
kecepatan reaksi hidrolisa minyak jarak
Gambar 3 linerisasi kecepatans reaksi
dalam persamaan ini maka nilai k dapat dihitung
dengan menhitung nilai dari gradien pada data
yang didapat. Berdasarkan tabel 4.1 nilai dari
kecepatan reaksi akan meningkat seiring dengan
kenaikan suhu. Hal ini diakibatkan karena nilai dari
konstanta kecepatan reaksi dipengaruhi oleh suhu
sesuai dengan persamaan Arrhennius (Levenspiel,
1999) :
=�
−�
��
sehingga dengan naiknya suhu maka nilai dari k
juga akan semakin meningkat.
8. Pengaruh suhu terhadap Arah kesetimbangan
hidrolisa minyak jarak
Gambar 4 pengaruh suhu pada kesetimbangan reaksi
Dari grafik yang terdapat pada gambar 4,
didapatkn fenomena bahwa dengan kenaikan
suhu
akan
mengakibatkan
konstanta
kesetimbangan reaksi (K) semakin besar pula.
Perhitungan untuk konstanta kesetimbangan
reaksi (K) sangat dipengaruhi oleh jumlah
konsentrasi produk dan reaktan pada kondisi
setimbang. Tetapan kesetimbanggan (K) adalah
hasil kali produk dipangkatkan koefisien
reaksinya dibagi hasil kali rekatan dipangkatkan
koefisien
reaksinya.
Adapun
mekanisme
perhitungan sebagai berikut:
Kc =
[D][C]3
[A][B]3
Menurut Le Chatelir, suatu sistem
kesetimbangan akan tetap mempertahankan
posisinya
jika
terdapat
perubahan
yang
mengakibatkan terjadinya pergeseran reaksi
kesetimbangan.
Faktor-faktor
yang
dapat
mempengaruhi reaksi kesetimbangan salah satunya
adalah suhu. Kenaikan suhu tidak akan menggeser
reaksi kesetimbangan karena kenaikan suhu hanya
berfungsi mempercepat laju reaksi. Laju reaksi
yang semakin cepat akan meningkatkan jumlah
produk dan menurunkan jumlah reaktan. Dari
rumus umum Kc, ada hubungan antara konstanta
kesetimbangan dengan jumlah produk dan rekatan.
Untuk produk berbanding lurus dengan nilai Kc,
sehingga semakin besar produk maka Kc semakin
besar. Sedangkan hubungan Kc dengan reaktan
berbanding terbalik, jika jumlah reaktan kecil ,
maka nilai Kc akan besar. Semakin banyak reaktan
maka jumlah produk yang dihasilkan pun semakin
besar (Aziz dkk., 2013). Dari percobaan Kc
variable 1 < Kc variable 2 < Kc variable 3.
9. Kesimpulan
Semakin besar suhu hidrolisa yang digunakan
maka konversi yangdihasilkan akan semakin besar
pula hal ini disebabkan suhu akan mempengaruhi
viskositas dan kecepatan reaksi. Nilai konstanta
laju reaksi bertambah besar seiring kenaikan suhu
sesuai dengan persamaan Arrhenius dikarenakan
energi kinetik yang semakin besar menyebabkan
nilai dari factor frekuensi tumbukan partikel air
dengan minyak meningkat. Suhu semakin besar
menghasilkan konstanta keseimbangan (K) yang
semakin besar pula.
DAFTAR PUSTAKA
Agra, S. B. dan Warnijati S. 1972. Hidrolisis
Minyak
Kelapa
dengan
Katalisator
Asam.Forum Teknik.2(1): 31 - 40.
Fessenden, R.J., dan Fessenden, J.S.1999. Kimia
Organik.jilid 2. Ed.3. hal 83. Jakarta:
Erlangga,
Groggins, P.H. 1958.Unit Processes in Organic
Synthesis. pp.699. New York : McGraw
Hill.Inc.
Kirk, R. E. dan Othmer, D. F. 1953. Encyclopedia
of Chemical Technology 6, pp. 231 – 236.
New York : The Interscience Encyclopedia.
Inc.,
Lascaray, L. 1949.Mechanism of fat splitting.
Industrial & Engineering Chemistry 41(4),
786-790.
Levenspiel, O. 1999. Chemical Reaction
Engineering, Third Edition. New York.
John Wiley & Sons, Inc.
Lewkowitsch, J. 1903. J. Soc. Chem. Indust., 22,
67.
Rahayu, S. 1999. Hidrolisis Minyak Jarak dengan
Katalisator Asam Sulfat. Prosiding Seminar
Nasional Rekayasa Dan Proses.
Ustra, Mara K, et.al. 2012. Effect of temperature
and composition on density, viscosity and
thermal conductivity of fatty acid methyl
esters from soybean, castor and Jatropha
curcas oils, J. Chem. Thermodynamics 58
(2013) 460–466. Florianópolis. Elsevier.
Zuhrina. 2010. Optimasi Sintesis Surfaktan
Alkanolamida dari Asam Laurat sengan
Dietanolamina dan N-Metil Glukamina
Secara Enzimatik. Disertasi Doktor .
Universitas Sumatera Utara.