OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MESOKARP SAWIT DENGAN TEKNOLOGI REACTIVE EXTRACTION MENGGUNAKAN RESPONE SURFACE METHODOLOGY (RSM) SKRIPSI

  

OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MESOKARP

SAWIT DENGAN TEKNOLOGI REACTIVE EXTRACTION

MENGGUNAKAN RESPONE SURFACE

METHODOLOGY (RSM)

  

SKRIPSI

OLEH :

ARYA JOSUA SIMANULLANG

  

110405129

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

AGUSTUS 2015

  

OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MESOKARP

SAWIT DENGAN TEKNOLOGI REACTIVE EXTRACTION

MENGGUNAKAN RESPONE SURFACE

METHODOLOGY (RSM)

  

SKRIPSI

OLEH :

ARYA JOSUA SIMANULLANG

  

110405129

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

AGUSTUS 2015

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

  

OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MESOKARP SAWIT

DENGAN TEKNOLOGI REACTIVE EXTRACTION MENGGUNAKAN

RESPONE SURFACE METHODOLOGY (RSM)

  dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.

  Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku

  Medan, 10 Agustus 2015 Arya Josua Simanullang

  NIM 100405129

  

PENGESAHAN

  Skripsi dengan judul:

  

OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MESOKARP SAWIT

DENGAN TEKNOLOGI REACTIVE EXTRACTION MENGGUNAKAN

RESPONE SURFACE METHODOLOGY (RSM)

  dibuat sebagai kelengkapan persyaratan untuk mengikuti ujian skripsi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

  

PRAKATA

  Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Optimasi Pembuatan Biodiesel Dari Mesokarp Sawit dengan Teknologi Reactive Extraction Menggunakan Respone Surface Method

  (RSM)”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.

  Melalui penelitian ini diperoleh hasil biodiesel dari mesokarp buah sawit dengan teknologi Reactive Extraction menggunakan katalis novozym 435i, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.

  Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada Ibu Dr. Ir. Taslim, M.Si.

  Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

  Medan, 10 Agustus 2015 Penulis, Arya Josua Simanullang

  

DEDIKASI

  Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1.

  Kedua orang tua penulis, Saman dan Nurhayati Manurung serta kakak dan abang tercinta Dame Elvi Susilawati Simanullang, Cryson Simanullang, Benardo Simanullang dan adikkku Ryzki Effendi Simanullang yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

  2. Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

  3. Bapak Dr. Ir. Tjahjono Herawan dan Ibu Meta Rivani, S.T. selaku pembimbing penelitian di Pusat Penelitian Kelapa Sawit Medan yang telah banyak memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan penelitian dan penyelesaian skripsi ini.

  4. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun, S.T., M.T. dan Bode Haryanto, ST, M.T., Ph.D. yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.

  5. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T. selaku Koordinator Skripsi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik USU.

  6. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  7. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Kimia USU.

  8. Ibu Farida Hanum, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembimbing Akademik.

  9. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis.

  10. Pascalis Novalina Sitorus atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

  11. Seluruh Pegawai di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) yang telah membantu dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

  12. Sahabat-sahabat penulis stambuk 2011 dan seluruh stambuk yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama : Arya Josua Simanullang NIM : 110405129 Tempat, tanggal lahir : Rimbo Bujang, 7 Agustus 1993 Nama orang tua : Saman dan Nurhayati Manurung Alamat orang tua : Jl. Kenanga Unit IX. Kec. Rimbo Ulu, Kab. Tebo, Jambi

  Asal Sekolah:  SD Negeri 80/VII Tebo 1999-2005  SMP Negeri 3 Tebo tahun 2005 – 2008  SMA Negeri 2 Tebo tahun 2008 – 2011 Beasiswa yang diperoleh: 1.

  Beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) Tahun 2012 2. Beasiswa Tanoto Foundation 2013-2015

  Pengalaman Kerja dan Organisasi: 1.

  Anggota K3M English Club Fakultas Teknik 2011-2013.

  2. Anggota Tanoto Scholars Association Medan 2013-2015.

  3. Pengurus Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 bidang Hubungan Keluar Instansi dan Alumni (HUMAS).

  4. Ketua Umum Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015. Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal:

  Pengaruh Variasi Variabel Reaksi pada Proses Ekstraksi Reaktif Mesokarp Sawit Untuk Menghasilkan Biodiesel

  

ABSTRAK

Reactive Extraction digunakan untuk memproduksi biodiesel dari mesokarp sawit,

reactive extraction dapat mengurangi modal dan biaya produksi, waktu pemrosesan,

  dan jumlah pelarut yang diperlukan dibandingkan dengan metode konvensional. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan antara berbagai parameter dari proses ekstraksi reaktif untuk mendapatkan hasil yang optimum dari FAME. Optimasi menggunakan Response Surface Methodology (RSM). Response

  

Surface Methodology adalah teknik statistik yang efektif untuk merancang

  percobaan, pemodelan dan menyelidiki proses yang kompleks untuk optimasi ekstraksi reaktif. Sebuah Central Composite Design (CCD) diadopsi untuk mempelajari pengaruh konsentrasi katalis (5-15%), rasio reaktan (50:1-70:1), dan suhu reaksi (50-70 ºC) untuk mengoptimalkan yield FAME. Berdasarkan model orde kedua, kondisi optimum untuk reaksi ini ditemukan konsentrasi katalis 11,4345% berat dari mesocarp, rasio reaktan 52,9731:1, dan suhu reaksi 63,1717 ºC. Model matematika (persamaan kuadrat polinomial) yang diperoleh telah cukup menggambarkan parameter eksperimental dipelajari dan memberikan prediksi statistik yang akurat dari hasil observasi yang diperoleh.

  

Kata kunci: dimetil karbonat, mesokarp sawit, optimasi, Reactive Extraction,

Response Surface Methodology

  

ABSTRACT

  Reactive extraction used to produce biodiesel from palm mesocarp, reactive extraction can reduced the capital and production cost, processing time, and the amount of solvent required than conventional method. The purpose of this study is to determine the relationship between various parameters of the reactive extraction process to obtain optimum yield of FAME. Optimization was used Response surface methodology (RSM). Response surface methodology was an effective statistical technique to design the experiment, modelling and investigate complex process to optimization reactive extraction. A central composite design (CCD) was adopted to study effects concentration (5-15%), dimethyl carbonate (DMC) to oil molar ratio

  o

  (50:1-70:1), and reaction temperature (50-70 C) to optimize the yield of FAME. Based on second-order model, optimum condition for this reaction is found to be catalyst concentration 11,4345 wt.% of mesocarp, DMC to oil ratio of 52,9731:1, and

  o

  reaction temperature 63,1717

  C. The mathematical model (a quadratic polynomial equation) has developed adequately describing ranges of the experimental parameters studied and provides a statistically accurate prediction of the optimum yield of FAME.

  

Keywords: dimethyl carbonate palm mesocarp, optimization, reactive extraction,

respone surface methodology.

DAFTAR ISI

   Halaman

  PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii

  PRAKATA iii

  DEDIKASI iv

  RIWAYAT HIDUP PENULIS vi

  ABSTRAK vii

  ABSTRACT viii

  DAFTAR ISI ix

  DAFTAR GAMBAR xi

  DAFTAR TABEL xiii

  DAFTAR LAMPIRAN xiv

  DAFTAR SINGKATAN xv

  DAFTAR SIMBOL xvi

  BAB I PENDAHULUAN

  1

  1.1 Latar Belakang

  1

  1.2 Perumusan Masalah

  4

  1.3 Tujuan Penelitian

  4

  1.4 Manfaat Penelitian

  4

  1.5 Ruang Lingkup Penelitian

  5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  8

  2.1 BIODIESEL

  8

  2.2 BAHAN

  9

  2.2.1 Mesokarp Buah Sawit

  9

  2.2.2 Dimethyl Carbonate (DMC)

  11

  2.2.3 Novozym 435

  12

  2.3 EKSTRAKSI REAKTIF

  15

  2.4 TRANSESTERIFIKASI

  16

  2.5 POTENSI EKONOMI BIODISEL DARI MESOKARP SAWIT

  18 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  20

  3.1

  20 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

  3.2

  20 BAHAN DAN PERALATAN

  3.2.1

  20 Bahan Penelitian

  3.2.2

  20 Peralatan Penelitian

  3.3

  21 RANCANGAN PERCOBAAN

  3.3.1

  21 Rancangan Penelitian

  3.3.2 Analisis Statistik

  22

  3.4 PROSEDUR PENELITIAN

  23

  3.4.1 Proses Transesterifikasi Enzimatis

  23

  3.4.2 Prosedur Analisis

  23

  3.4.2.1 Analisis Kadar Minyak Bahan Baku

  24

  3.4.2.1 Analisis Komponen Asam Lemak Dalam Bahan

  24 Baku Mesokarp Buah Sawit

  3.4.2.2 Analisis Kemurnian Biodiesel yang Dihasilkan

  24

  3.5 FLOWCHART PENELITIAN

  24

  3.5.1 Analisis Kadar Minyak Bahan Baku

  25

  3.5.2 Proses Ekstraksi Reaktif

  26 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  26

  4.1 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU MESOKARP BUAH SAWIT

  27

  4.2 OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MESOKARP

  28 SAWIT DENGAN TEKNOLOGI REACTIVE EXTRACTION

  4.2.1 Analisis Statistik

  28

  4.2.2 Proses Optimasi

  31

  4.3 PENGARUH VARIABEL BEBAS TERHADAP YIELD

  32 (RESPON) BIODIESEL

  4.4 VALIDASI NILAI PREDIKSI DENGAN OBSERVASI

  38 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  40

  5.1 KESIMPULAN

  40

  5.2 SARAN

  40 DAFTAR PUSTAKA

  41

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 4.4 Interaksi antara Suhu Reaksi dan Konsentrasi Katalis dengan 37

  53 Gambar L4.8 (a) Biodiesel yang Dihasilkan, (b) Penyimpanan Biodiesel

  52 Gambar L4.7 Foto Proses Evaporasi

  52 Gambar L4.6 Foto Penyaringan Hasil Proses Ekstraksi Reaktif

  51 Gambar L4.5 Foto Hasil Proses Ekstraksi Reaktif

  51 Gambar L4.4 Foto Proses Ekstraksi Reaktif

  50 Dibungkus, (c) Novozym 435 Setelah Digunakan Gambar L4.3 Foto Proses Ekstraksi CPO dari Mesokarp Sawit

  50 Dihancurkan Gambar L4.2 (a) Novozym 435 Sebelum Digunakan, (b) Novozym 435

  38 Run 1 sampai 16 Gambar L4.1 (a) Mesokarp Setelah Diiris, (b) Mesokarp Setelah

Gambar 4.5 Hubungan Nilai Yield Observasi dengan Nilai Prediksi dari

  Yield Biodiesel pada Rasio Rektan 60:1: a) Permukaan respon; (b) Plot Kontur

  35 Biodiesel pada Konsentrasi 10%: a) Permukaan respon; (b) Plot Kontur

  Halaman

Gambar 4.3 Interaksi antara Raktan dan Suhu Raksi dengan YieldGambar 4.2 Interaksi antara Rasio dan % Katalis dengan Yield Biodiesel 32 pada Suhu 60 ºC : a) Permukaan respon; (b) Plot Kontur

  27 CPO

  26 Gambar 4.1 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak

  25 Gambar 3.2 Flowchart Proses Tranesterifikasi Enzimatis

Gambar 3.1 Flowchart Analisis kadar Minyak Bahan Baku

  17 Dimetil Karbonat

  10 Gambar 2.2 Skema Reaksi Transesterifikasi Trigliserida dengan

Gambar 2.1 Bagian-bagian Mesokarp Buah Sawit

  2 Tahun 2004-2013

Gambar 1.1 Grafik Produksi Minyak Kelapa Sawit Di Indonesia Pada

  53 dalam Vial Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO

  54

  62 Gambar L5.10 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 9

  69 Gambar L5.17 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 16

  68 Gambar L5.16 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 15

  67 Gambar L5.15 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 14

  66 Gambar L5.14 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 13

  65 Gambar L5.13 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 12

  64 Gambar L5.12 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 11

  63 Gambar L5.11 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 10

  61 Gambar L5.9 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 8

   (Crude Palm Oil)

  60 Gambar L5.8 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 7

  59 Gambar L5.7 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 6

  58 Gambar L5.6 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 5

  57 Gambar L5.5 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 4

  56 Gambar L5.4 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3

  55 Gambar L5.3 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2

  Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1

  70

  

DAFTAR TABEL

  22 Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil)

  46 Tabel L2.1 Data Yield dan Kemurnian Metil Ester

  39 Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku CPO Hasil Analisis GCMS 46 Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida Bahan Baku CPO

  31 Tabel 4.6 Perbandingan nilai hasil observasi dengan nilai yield prediksi

  30 Tabel 4.5 Nilai Optimum Varibel Proses Prediksi

  29 Tabel 4.4 Interaksi Faktor terhadap Yield Biodiesel

  29 Tabel 4.3 Analysis of Variance (ANOVA) terhadap Yield

  28 Tabel 4.2 Hasil Yield Biodiesel paada Berbagai Kondisi

  22 Tabel 3.2 Central Composite Design (CCD) untuk 3 Variabel

  Halaman

  14 Tabel 3.1 Perlakuan Terkode untuk Reaktif Ekstraksi

  12 Tabel 2.5 Sifat-Sifat Biokatalis Novozym 435

  11 Tabel 2.4 Sifat-Sifat Fisika dan Kimia Dimetil Karbonat

Tabel 2.3 Komposisi Komponen Utama dalam CPO

  9 Tabel 2.2 Jumlah Produksi Minyak Kelapa Sawit Di Indonesia pada Tahun 10 2004-2013

Tabel 2.1 Karakteristik Biodiesel Berdasarkan SNI 04-7182-2006

  6 Dengan Pelarut Dimethyl Carbonate (DMC) dan Penggunaan Katalis Heterogen Novozym 435

Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan Biodiesel

  47