PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE DALAM KATALIS CaO TERHADAP REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT SKRIPSI

  

PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE

DALAM KATALIS CaO TERHADAP REAKSI

TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT

SKRIPSI

  

Oleh

MUHAMMAD TARMIDZI

070405012

  

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

SEPTEMBER 2013

  

PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE

DALAM KATALIS CaO TERHADAP REAKSI

TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT

SKRIPSI

  

Oleh

MUHAMMAD TARMIDZI

070405012

  

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

SEPTEMBER 2013

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

  

PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE DALAM KATALIS

CaO TERHADAP REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT

  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 dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

  Medan, 12 September 2013 Muhammad Tarmidzi

  070405012

  

PENGESAHAN

  Skripsi dengan judul:

  

PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE DALAM KATALIS

CaO TERHADAP REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT

  dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 22 Agustus 2013 dan dinyatakan memenuhi syarat/ sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  Medan, 12 September 2013 Mengetahui, Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing Dr. Eng. Ir. Irvan, MSi Ir. Renita Manurung, MT.

  NIP. 19680820 199501 1 001 NIP. 19681214 199702 2 002 Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dr. Ir. Taslim, MSi. Ir. Bambang Trisakti, MT.

  NIP. 19650115 199003 1 002 NIP. 19660925 199103 1 003

  

PRAKATA

  Puji dan syukur kehadirat Allah SWT karena atas rahmad-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Konsentrasi Li yang Di-Doping ke dalam Katalis CaO terhadap Reaksi Transesterifikasi Minyak Sawit”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan, Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Melalui penelitian ini diperoleh konsentrasi katalis heterogen Li/CaO paling baik terhadap reaksi transesterifikasi CPO dengan kualitas rendah menjadi metil ester. Sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan, khususnya dalam rekayasa teknologi pembuatan metil ester yang menggunakan katalis heterogen.

  Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1.

  Ibu Ir. Renita Manurung, MT. selaku Pembimbing 2. Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) selaku Fasilitator 3. Ibu Frisda Panjaitan, ST., MT. selaku Pembimbing di PPKS 4. Bapak Dr. Ir. Tjahjono Herawan selaku Pembimbing di PPKS

  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, 12 September 2013 Penulis, Muhammad Tarmidzi

  

DEDIKASI

  Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1.

  Kedua orang tua penulis, H. Usman Effendy dan Hj. Parni.

  2. Andre Yanda Putra, ST. atas kerjasamanya yang sangat baik selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

  3. Keluarga penulis.

  4. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  5. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  6. Para pegawai dan teknisi Laboratorium Pangan Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan yang telah memberikan dorongan dan bantuan dalam pelaksanaan penelitian guna menyelesaikan penulisan skripsi ini.

  7. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia, khususnya semua stambuk 2007 yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis, khususnya Bambang Wahyu Pramono, ST. yang telah memberi masukan dalam penulisan abstrak penelitian dalam Bahasa Inggris.

  8. Seluruh teman-teman, adik-adik dan abang kakak yang turut memberikan bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini, khususnya Reviana Revitasari (Teknik Kimia 2009) dan Dewi Putriani (Sastra Inggris 2007) yang telah memberi masukan dalam penulisan abstrak penelitian dalam Bahasa Inggris.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama : Muhammad Tarmidzi NIM : 070405012 Tempat, tanggal lahir : Medan, 18 Agustus 1989 Nama orang tua : H. Usman Effendy Alamat orang tua : Jl. Gaperta No. 215, Helvetia Tengah, Medan- Helvetia, Sumatera Utara

  Asal Sekolah:  SD Swasta Kartika I-1 Medan tahun 1995 – 2001  SMP Negeri 18 Medan tahun 2001 – 2004  SMA Negeri 12 Medan tahun 2004 – 2007 Beasiswa yang diperoleh:

• Pengalaman Organisasi: 1.

  Wadah Mahasiswa Muslim Departemen Teknik Kimia FT USU, Covalen Study Group (CSG) periode 2009/2010 sebagai Sekretaris Umum 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2010/2011 sebagai Ketua Bidang Kaderisasi dan

  Sekretaris Umum 3. Pengurus Komisariat Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim

  Indonesia (KAMMI) periode 2010/2011 sebagai Ketua Departemen Humas 4. Pengurus Komisariat Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim

  Indonesia (KAMMI) periode 2011/2012 sebagai Ketua Departemen Kaderisasi 5. Asisten Laboratorium Kimia Organik Departemen Teknik

  Kimia FT USU tahun 2008

• – 2010 modul Hidrokarbon/ Aldehid-Keton, Isolasi Zat Warna, dan Flavonoid Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal: Muhammad Tarmidzi, “Pengaruh Konsentrasi Li yang Di-Doping ke

  dalam Katalis CaO terhadap Reaksi Transesterifikasi Minyak Sawit

  ”, Jurnal Teknik Kimia (2013).

  

ABSTRAK

  Pengembangan biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) semakin diminati karena ketersediaan bahan bakar berbasis minyak bumi yang semakin sedikit. Kelapa sawit merupakan tanaman perkebunan di Indonesia yang terbesar sehingga memiliki potensi untuk dapat digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Reaksi transesterifikasi merupakan tahap reaksi untuk menghasilkan biodiesel (metil ester). Namun, CPO mudah mengalami degradasi akibat hidrolisis, sehingga dapat meningkatkan nilai Asam Lemak Bebas (ALB) yang dapat menganggu reaksi transesterifikasi. Konsekuensinya, akan ada sabun sebagai produk samping. Untuk memaksimalkan produksi biodiesel dari minyak sawit yang memiliki kadar ALB tinggi (CPO low grade ), salah satunya dengan menggunakan katalis hasil pen-doping-an. Penelitian ini

• dilakukan untuk memberikan informasi mengenai pengaruh konsentrasi ion Li (dalam bentuk LiNO

  3 ) yang di-doping ke dalam kalsium oksida (CaO) terhadap

  reaksi transesterifikasi minyak sawit dengan kadar ALB yang tinggi menjadi metil

  o

  ester, pada temperatur 120

  C, rasio metanol:CPO = 12:1 (mol/mol), jumlah katalis 2,5 % (w/w) CPO, selama 3,5 jam dan menggunakan reaktor bertekanan. Variabel penelitian adalah konsentrasi Li yang di-doping ke dalam CaO, yaitu 0%, 1% dan 4% (w/w) CaO. Adapun parameter uji yang dilakukan adalah kandungan metil ester yang diperoleh dari hasil reaksi transesterifikasi dengan analisa Kromatografi Gas. Hasil

• penelitian menunjukkan bahwa ion Li yang di-doping ke dalam katalis CaO dapat meningkatkan reaksi pembentukan metil ester dari minyak sawit mentah (CPO low

  

grade ) dengan kadar ALB > 3,5 %, dimana konsentrasi Li yang di-doping pada CaO

paling baik adalah 1%, dengan hasil 90,88% metil ester.

  

Kata Kunci: transesterifikasi, CPO, katalis heterogen, litium, kalsium oksida,

metil ester.

  

ABSTRACT

  The development of biodiesel which is derived from CPO shows a rising trend for petroleum-based energy reserves are running low. Oil palm is the largest plantation commodity in Indonesia, so, it has high potential as raw material of biodiesel. Transesterification is a reaction of producing biodiesel (methyl ester). Nevertheless, CPO is easy to be degraded by hydrolysis, so, it could increase the amount of Free Fatty Acid (FFA) content which hampers transesterification process. As a consequence, there is formation of soaps as side product. To maximize the production of biodiesel which is derived from palm oil that contains of large amount of FFA (CPO low grade ) one of the ways is by applying catalyst through doped-

• process. This research is held to give information about the effect of Li ion concentration (in LiNO form) which is doped to calcium oxide (CaO) to palm oil

  3

  transesterification with the large amount of FFA to produce methyl ester, at

  o

  temperature of 120

  C, the ratio of methanol:CPO = 12:1 (mol/mol), catalyst amount 2,5% (w/w) CPO, for 3,5 hours and uses pressured reactor. The variable of research is Li concentration that is doped to CaO with concentration: 0%, 1% and 4% (w/w) CaO. The parameter test is methyl ester content that is derived from the result of transesterification with Gas Chromatography (GC) analysis. The research shows that

• Li ion that is doped to CaO catalyst could increase the reaction of methyl ester production which is derived from CPO low grade with FFA> 3,5 %, in which the finest of Li concentration that is doped to CaO is 1%, with result of 90,88% methyl ester.

  

Keywords: transesterification, CPO, heterogeneous catalyst, lithium, calcium

oxide, methyl ester.

DAFTAR ISI

  Hal PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii

  2.3 KATALIS

  5

  2.1.1 Kandungan ALB

  5

  2.1.2 Kelembapan

  6

  2.2 TRANSESTERIFIKASI

  6

  2.3.1 CaO

  7

  5

  9

  2.3.2 Li/CaO

  11

  2.3.3 Teknik Pen-doping-an dengan Metode Impregnasi Basah

  13

  17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  22

  2.1 CPO

  3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  PRAKATA iii

  DAFTAR SINGKATAN xiv

  DEDIKASI iv

  RIWAYAT HIDUP v

  ABSTRAK vi

  ABSTRACT vii

  DAFTAR ISI viii

  DAFTAR GAMBAR x

  DAFTAR TABEL xii

  DAFTAR LAMPIRAN xiii

  BAB I PENDAHULUAN

  1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

  1

  1.1 LATAR BELAKANG

  1

  1.2 RUMUSAN MASALAH

  2

  1.3 TUJUAN PENELITIAN

  2

  1.4 MANFAAT PENELITIAN

  3

LOW GRADE

2.4 POTENSI EKONOMI METIL ESTER DARI CPO

  3.1

  22 TEMPAT DAN WAKTU

  3.2

  22 BAHAN DAN ALAT

  3.2.1

  22 Bahan Penelitian

  3.2.2

  22 Alat Penelitian

  3.2.3

  22 Gambar dan Spesifikasi Reaktor

  3.3

  24 PROSEDUR PENELITIAN

  3.3.1

  24 Analisa Bahan Baku

  3.3.1.1

  24 Analisa Kandungan Asam Lemak

  3.3.1.2

  24 Analisa Kadar ALB

  3.3.2

  24 Preparasi Katalis (Li/CaO)

  3.3.3

  25 Transesterifikasi

  3.3.4

  25 Analisa Hasil

  3.4

  27 FLOWCHART PENELITIAN

  3.4.1

  27 Analisa Kadar ALB

  3.4.2

  28 Preparasi Katalis (Li/CaO)

  3.4.3

  29 Transesterifikasi

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  30

  4.1

  30 HASIL

  4.1.1

  30

  low grade

  Analisa Bahan Baku CPO 4.1.2 low grade

  31 Hasil Transesterifikasi CPO

  4.2

  32 PEMBAHASAN

4.2.1 Pengaruh Konsentrasi Ion Li yang di-doping ke Dalam CaO terhadap

  Kandungan ME

  33

  4.2.2

  35 Penentuan Penggunaan Doping Katalis yang Paling Baik

  BAB V KESIMPULAN

  38

  5.1

  38 KESIMPULAN

  5.2

  38 SARAN DAFTAR PUSTAKA

  39

  

DAFTAR GAMBAR

  29 Gambar 4.1 Chromatogram analisis GC dari hasil transesterifikasi CPO low grade dengan katalis Li/CaO dengan doping Li 1 %

  53 Gambar L.6 Penghalusan dan pengayakan: (a) penghalusan; dan (b) pengayakan 60 mesh

  52 Gambar L.5 Katalis pasca kalsinasi untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a) 1% dan (b) 4%

  52 Gambar L.4 Katalis pra-kalsinasi untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a) 1% dan (b) 4%

  51 Gambar L.3 Impregnasi basah untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a) 1% dan (b) 4%

  43 Gambar L.2 Simulasi bahan baku CPO low grade terhadap nilai keuntungan

  36 Gambar L.1 Data chromatogram analisis GC dari hasil transesterifikasi CPO low grade dengan katalis Li/CaO dengan doping Li 1 %

  doping Li

  35 Gambar 4.4 Perbandingan komposisi gliserida pada berbagai konsentrasi

  33 Gambar 4.3 Komposisi gliserida pada berbagai konsentrasi doping Li

  32 Gambar 4.2 Pengaruh % doping Li tehadap pembentukan ME

  28 Gambar 3.4 Flowchart transesterifikasi

  Hal

  27 Gambar 3.3 Flowchart preparasi katalis (Li/CaO)

  23 Gambar 3.2 Flowchart analisa kadar ALB

  21 Gambar 3.1 Reaktor transesterifikasi bertekanan: (a) reaktor; (b) stirrer; (c) rangkaian reaktor + strrier; dan (d) rangkaian lengkap reaktor

  16 Gambar 2.7 Simulasi bahan baku CPO low grade terhadap nilai keuntungan

  15 Gambar 2.6 Teknik pen-doping-an sol-gel katalis

  12 Gambar 2.5 Mekanisme impregnasi katalis

  3 di-doping ke CaO

Gambar 2.4 Li teori versus Li aktual dari LiNO

  8 Gambar 2.3 Mekanisme reaksi transesterifikasi basa heterogen dengan katalis 11

  6 Gambar 2.2 Mekanisme reaksi heterogen

Gambar 2.1 Reaksi transesterifikasi

  53 Gambar L.7 Reaktor transesterifikasi bertekanan: (a) reaktor; (b) stirrer; (c) rangkaian reaktor + strrier; dan (d) rangkaian lengkap reaktor

  54 Gambar L.8 Sentrifugasi ME + katalis Li/CaO 1%: (a) sebelum; dan (b) sesudah

  55 Gambar L.9 Sentrifugasi ME + katalis Li/CaO 4%: (a) sebelum; dan (b) sesudah

  55

  

DAFTAR TABEL

  30 Tabel 4.3 Komposisi CPO low grade

  50 Tabel L.8 Perhitungan kajian ekonomi pada simulasi

  49 Tabel L.7 Perhitungan biaya listrik alat proses pada simulasi

  48 Tabel L.6 Perhitungan biaya bahan baku pada simulasi

  42 Tabel L.5 Perhitungan biaya listrik alat proses penelitian

  42 Tabel L.4 Hasil pembentukan ME dengan analisa GC

  42 Tabel L.3 Komposisi CPO low grade

  low grade

  42 Tabel L.2 Komposisi asam lemak dari CPO

  32 Tabel L.1 Bahan baku CPO low grade

  31 Tabel 4.5 Tabel peak area

  30 Tabel 4.4 Hasil pembentukan metil ester dan analisanya

  30 Tabel 4.2 Komposisi asam lemak dari CPO low grade

  Hal

  25 Tabel 4.1 Hasil analisa bahan baku CPO low grade

  20 Tabel 3.1 Variasi impregnasi pembuatan katalis Li/CaO

  20 Tabel 2.7 Perhitungan kajian ekonomi pada simulasi

  20 Tabel 2.6 Perhitungan biaya listrik alat proses pada simulasi

  19 Tabel 2.5 Perhitungan biaya bahan baku pada simulasi

  17 Tabel 2.4 Perhitungan biaya listrik alat proses penelitian

  kiloliter)

  3

  17 Tabel 2.3 Data produksi, ekspor, dan konsumsi biodiesel (10

  5 Tabel 2.2 Data produksi CPO domestik

Tabel 2.1 Komposisi asam lemak CPO

  50 Tabel L.9 Perhitungan hubungan antara jumlah bahan baku dan nilai keuntungan 51