BAB I PENDAHULUAN
Pemakaian energi yang berasal dari fosil (minyak bumi) terus meningkat seiring dengan peningkatan jumlah penduduk dan industri. Indonesia merupakan salah satu negara dengan populasi penduduk yang padat, sehingga kebutuhan energi sangat tinggi terutama digunakan dalam sektor transportasi. Cadangan minyak bumi semakin menipis menyebabkan krisis energi dimana harga minyak mentah/crude oil dunia saat ini mencapai $65 perbarel (Agarwal, 2007), bahkan menembus angka di atas $100 perbarel (Kompas, 6 Mei 2008). Pemakaian biodisel pensubstitusi solar akan mengurangi pemakaian bahan bakar dari minyak bumi. Biodisel bisa digunakan dengan kadar 100% atau dicampur dengan disel konvensional. Pemakaian 10% (disebut B10) tidak memerlukan modifikasi mesin kendaraan/motor. Pemerintah telah mentargetkan pemakaian biodisel sebanyak 5% dari konsumsi BBM disel konvensional maka dengan konsumsi BBM disel 23,4 juta ton pertahun memerlukan biodisel sebanyak 1,15 juta ton (Dept. Energi dan Sumber Daya Mineral, 2008). Namun pemakaian biodisel di Indonesia belum sesuai target karena beberapa kendala diantaranya penguasaan IPTEK dalam produksi biodisel.
2 tanah, serta melindungi kelestarian perairan dan sumber air minum. Hasil penelitian menunjukkan dengan penambahan 20% (volume) biodisel ke dalam bahan bakar disel bisa mengurangi partikel emisi gas buang sebanyak 30%, sedangkan pemakaian 100% biodisel menurunkan partikel emisi gas buang sebanyak 59% (Usta et al., 2005). Kelebihan–kelebihan yang dimiliki oleh biodiesel ini karena sifat dari biodisel yang dapat teroksigenasi relatif sempurna atau terbakar habis, non-toksik, dan dapat terurai secara alami (Van Gerpen, 2005) sehingga gas buang yang ditimbulkan aman bagi lingkungan.
Pemicu utama global warming adalah meningkatnya emisi karbon, akibat penggunaan energi fosil (bahan bakar minyak, batu bara dan sejenisnya yang tidak dapat diperbaharui). Intergovermental Panel and Climate Change (IPCC) menyatakan pada tahun 2005 terjadi peningkatan suhu rata-rata 0.6 – 0.7 sedangkan di Asia lebih tinggi yaitu sebesar 1.0. peningkatan suhu ini berakibat ketersediaanya air dinegeri-negeri tropis berkurang 10–30 persen (http:// www.andaka.com, februari 2008). Ini adalah kondisi yang sangat memprihatinkan jika penggunaan bahan bakar fosil tidak dihentikan, maka dari itu penggunaan biodisel perlu segera dilakukan.
vegetable yang lain. Hal ini membuka peluang pengembangan keuntungan ekonomi dari produk-produk ester asam lemak.
Produksi biodisel dari asam oleat disebut reaksi esterifikasi. Esterifikasi pada dasarnya adalah reaksi balik dari reaksi hidrolisa. Reaksi asam lemak dengan alkil alkohol membentuk ester dan air adalah sebagai berikut:
kJ/mol
Reaksi adalah reaksi endothermic (Bart et al., 1994). Proses ini berlangsung dengan katalis asam antara lain H2SO4, H3PO4, dan asam sulfonat. Untuk mengarahkan reaksi ke arah produk alkil ester, salah satu reaktan, biasanya alkohol diberikan dalam jumlah yang berlebihan dan air diambil selama reaksi. Umumnya pengambilan air dilakukan secara kimia, fisika dan pervorasi (Vieville et al., 1993).
Reactive Distillation Technology adalah salah satu metode baru yang kini sedang dikembangkan untuk memproduksi senyawa kimia ester. Pada dasarnya Reactive Distillation Technology adalah proses yang menggabungkan reaksi dan distilasi dalam satu unit proses. Hasil reaksi yang terbentuk dari dalam reaktor secara simultan diambil dengan cara distilasi. Aplikasi Reactive Distillation telah digunakan untuk produksi ester-ester seperti metil asetat, etil asetat dan butil asetat (Agreda et al. 1990, Zhicai et al., 1998). Aplikasi Reactive Distillation di bidang industri kimia adalah metil tertiar butil eter (MTBE) sebagai bahan aditif untuk menaikkan angka oktan (Zhang dan Datta, 1995).
DAFTAR PUSTAKA
Agarwal, A. K. (2007). “Biofuels (Alcohol and Biodiesel) Applications as Fuels
for Internal Combustions Engines”. Progress in Energy and Combustión Science. 33. 233-271.
Agreda, V. H. and Parin, L. R. (1990). “High Purity Methyl Acetat via Reactive
Distillation”. Chemical Engineering Progress. 86 (2). 40-46.
Altiokka, M. R. and Citak, A. (2003). “Kinetics Study of Esterifikasi of Acetic
Acid with Isobutanol in the Presence of Amberlite Catalyst”. Applied Catalysis A General. 230. 141-148.
Araujo, L. R. R., Scofielda, C. F., Pasturaa, N. M. R. and Gonzalez, W. A. (2006). “H3PO4/Al2O3 Catalysts: Characterization and Catalytic Evaluation of Oleic Acid Conversion to Biofuels and Biolubricant”.
Materials Research. 9. 181-184.
Bailey’s Industrial Oil and Fat Product. (1996).5th ed. Edited by Y.H. Hui,
Wiley-Interscience Publication, USA.
Bart, H. J., Reidetschlager, J., Schatka, K. and Lehmann, A. (1994). “Kinetics of
Esterification Levulinic Acid with n-Butanol by Homogeneous
Catalysis”. Industrial Engineering Chemical Research. 33. 21-25.
Bhatia, S., Mohamed, A. R., Ahmad, A. L., Chin, Y. (2006). “Production Of
Isopropyl Palmitate In A Catalytic Distillation Column: Comparison
Between Experimental and Simulation Studies”. Computers and Chemical Engineering. 31. 1187-1198.
Bock, H., Wozny, G and Gutsche, B. (1997). “Design and Control of a Reaction
Distillation Column Including the Recovery System”. Chemical Engineering and Processing. 36. 101-109.
Calvar, N., Gonzales, B., Dominguez, A. (2006). “Esterification Of Acetic Acid
With Ethanol: Reaction Kinetics and Operation In A Packed Bed
Reactive Distillation Column”. Chemical Engineering Process. xxx-xxx. 1-7.
Chung, K. H., Chang, D. R. and Park, G. B. (2008). “Removal of Free Fatty Acid
in Waste Frying Oil by Esterification With Methanol on Zeolite
Catalysts”. Bioresource Technology. 99. 7438-7443.
Cordeiro, C. S., Arizaga, G. G. C., Ramos, L. P. and Wypych, F. (2008). “A new
zinc hydroxide nitrate heterogeneous catalyst for the esterification of
free fatty acids and the transesterification of vegetable oils”. Catalysis communication. 9. 2140-2143.
Darnoko, D and Cheryan, M. (2000). “Continuous Production of Palm Methyl
Esters”. Journal of American Oil Chemical Society. 77. 1269-1272. Dhanuka, V. R., Malse, V. C. and Chandalia, S. B. (1977). “Kinetics of the Liquid
Phase Esterification of Carboxylic Acids with Alcohols in the Presence
of Acid Catalyst: Re-Interpretation of Published Data”. Chemical Engineering Science. 32. 551-556.
Doherty, M. F. and Buzard, G. (1998). “Reactive Distillation by Design”
Chemical Engineering Research and Design,70,448-452.
Fogler, S. H. (1999). “Elements of Chemical Engineering”. 3rd ed. Prentice Hall.
New Jersey.
Gerpen, V. J. (2005). “ Biodiesel Processing and Production”. Fuel Processing
Technology. 86. 1097-1107.
Goddard, R., Bosley, J. and Al-Duri, B. (2000). “Esterification of Oleoic Acid and
Ethanol in Plug Flow reactor under Supercritical Conditions:
Investigation of Kinetics”. Journal of Supercritical Fluids. 18. 121-130. Goto, S., Tagawa, T. and Yusoff, A. (1991). “Kinetics of the Esterification of
Palmitic Acid with Isobutyl Alcohol”. International Journal of Chemical Kinetics. 23. 17-26.
Hanika, J., Smejkal, Q. and Kolena, J. (2001). “2-Methylpropylacetat Synthesis
via Catalytic Distillation”. Catalysis Today. 66. 219-223.
Harmsen, G. J. (2007). “Reactive Distillation: The Front-Runner Of Industrial
Process Intensification A Full Review Of Commercial Applications,
39 Hartmut, G. S. and Bessling, B. (2003). “Reactive and Catalitic Distillation From
An Industrial Prespective”. Chemical Engineering Process. 42. 145-155. He, B. B., Singh, A. P., Thompson, J. C. (2006). “A Novel Continuous-Flow
Reactor Using Reactive Distillation For Biodiesel Production”.
American Society of Agricultural and Biological Engineers. 49. 107-112. Kirbaslar, I.., Baykal, Z. B. and Dramur, U. (2001). “Esterification of Acetic Acid
with Ethanol Catalysed by an Acidic Ion-Exchange Resin”. Turkey Journal Engineering Environmental Science. 25. 569-577.
Lange, J and Otten, V. (2006). “Dehydration Of Phenyl-Ethanol To Styrene:
Zeolite Catalyst Under Reactive Distillation”. Journal of Catalyst. 238. 6-12.
Kang, Y. W and Lee, Y. Y. (1992). “Phase and Reaction Equilibria of Acetic
Acid-Ethyl Alcohol-Water-Ethyl Acetat Mixture”. Journal Chemical Engineering Japan. 25. 91-105.
Kusmiyati. (1999). “ Kinetika Pembuatan Metil Ester Pengganti Minyak Disel
Dengan Proses Metanolisis Tekanan Lebih Dari 1 atm”. Laporan Tesis
Program Pasca Sarjana Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta
Lacaze-Dufaru, C. and Mouloungui, Z. (2000). “Catalyzed or Uncatalyzed
Esterification Reaction of Oleic Acid with 2-ethyl Hexanol”. Applied Catalysis A: General. 204. 223-227.
Lee, M., Chiu, J. and Lin, H. (2002). “Kinetics of Catalytic Esterification of
Propionic Acid and n-Butanol over Amberlyst 35”. Industrial
Engineering Chemical Research. 41. 2882-2887.
Lilja, J., Murzin, D., Salmi, T., Aumo, J., Arvela, P. M. and Sundell, M. (2002).
“Esterification of Different Acids over Heterogeneous and
Homogeneneous Catalyst and Correlation with the Taft Equation”.
Journal of Molecular Catalysis A:Chemical. 182. 555-563.
Marchetti, J. M. and Errazu, A. F. (2008). “Comparison of Different
Heterogeneous Catalyst and Different Alcohols for The Esterification
Omota, F., Dimian, A. C., Alfred Bliek, (2003). ”Fatty Acid Esterification By
Reactive Distillation. Part 1: Equilibrium-Based Design”. Chemical Engineering Science. 58. 3159-3174.
Omota, F., Dimian, A. C and Bliek, A. (2003). “Fatty Acid Esterification By
Reactive Distillation: Part2: Part-Kinetics-Based Design For Sulphated
Zirconia Catalyst”, Chemical Engineering Science. 58. 3175-3185. Saha, B., Chopade, S. P. and Mahajani S. M. (2000). “Recovery of Dilute Acetic
Acid through Esterification in a Reactive Distillation Column”. Catalysis today. 60. 147-157.
Seo, Y and Hong, W. H. (2000). “Kinetics of Esterification of Lactat Acid and
Methanol in the Presence of Cation Exchange Resin using a
Pseudo-Homogeneous Model”. Journal Chemical Engineering Japan. 33(1). 128-133.
Svandova, Z., Kotora, M., Markos, J. And Jelemensky, L. (2006). Dynamic
behaviour of a CSTR with reactive distillation. Chemical Engineering Journal. 119. 113-120.
Sven Steinigeweg and Gmehling, J. (2002). “n-Butyl Acetate Synthesis via Reactive Distillation: Thermodynamic Aspects, Reaction Kinetics,
Pilot-Plant Experiments and Simulation Studies”. Industrial Engineering Chemical. 41. 5483-5490.
Unnithan, U. R and Tiwari, K. K. (1987). ”Kinetics of Esterification of Oleic Acid
and Mixtures of Fatty Acids with Methanol using Sulfuric Acid and
p-Toluene sulfonic Acid as Catalyst”. Indian Journal of Technology. 25. 477-479.
Usta, N., Ozturk, E., Can, O., Conkur, E. S., Nas, S., Con, A. H., Can, N and
Topcu, M. (2005). “Combustion of Biodiesel Fuel Product from
Hazelnut Soapstock/ Waste Sunflower Oil Mixture in a Diesel Engine.
Energy Conversion and Management. 46. 741-755.
Vieville, C, Moulooungui, Z. and Gaset, A. (1993). “Esterification of Oleic Acid
by Methanol Catalyzed by p-Toluenesulfonic Acid and the
Cation-excange Resin K2411 and K1481 I Supercritical Carbon Dioxide”.
41 Yadav, G. D. and Mehta, P. H. (1996). “Heterogeneous Catalysis in Esterification
Reactions: Preparation of Phenethyl Acetat and Cyclohexyl Acetat by
using a Variety of Soled Acidic Catalysts”. Industrial Engineering
Chemical Ressearch. 33. 2198-2208.
Zang, J. C., Juan, J. C. and Yarmo, M. A. (2008). “Study of catalysts comprising
zirconium sulfate supported on a mesoporous molecular sieve HMS for
esterification of fatty acids under solvent-free condition” Journal of applied catalysis. 347. 133-141.
Zhang, T. and Datta, R. (1995). “Integral Analysis of Methyl Tert-butyl Ether
Synthesis Kinetics”. Industrial Engineering Chemical Ressearch. 34.
730-740.
Zhicai, Y., Xianbao, C. and Jing, G. (1998). “Esterification-Distillation of Butanol
and Acetic Acid”. Chemical Engineering Science. 53. 2081-2088.
http://www.chemeng.ui.ac.id/~wulan/Materi/port/BAHAN%20CAIR.PDF
(http://www.geocities.com/markal_bppt/publish/plckl/plsuar.pdf
http:// www.andaka.com, februari 2008
http://dtwh2.esdm.go.id/dw2007/ (2008)
http://cetak.kompas.com/read/xml/2008/05/06/00300425/presiden.harga.bbm.aka
n.naik. 6 Mei 2008
LAPORAN PENELITIAN
FUNDAMENTAL
PENGEMBANGAN REAKSI ESTERIFIKASI ASAM OLEAT
DAN METANOL DENGAN METODE REAKTIF DISTILASI
Oleh:
Kusmiyati, ST, MT, PhD
DIBIAYAI OLEH DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI, DEPARTEMEN
PENDIDIKAN NASIONAL
DENGAN SURAT PERJANJIAN NO: 188/SP2H/PP/DP2M/III/2008
DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
FAKULTAS TEKNIK/ JURUSAN TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
RINGKASAN
Semakin menurunnya cadangan minyak bumi yang bersumber dari fosil berakibat terjadinya krisis energi. Hal ini membuka peluang sumber daya nabati untuk digunakan sebagai energi alternatif untuk mensubtitusi bahan bakar minyak (BBM).. Pemanfaat sumber daya hayati sebagai sumber energi baru terbarukan (EBT) untuk mensubtitusi BBM akan memberikan keuntungan dalam aspek-aspek ketahanan energi, lingkungan, dan daerah diantaranya akan memberikan nilai tambah pada sumber daya hayati dan mengurangi emisi gas buang hasil pembakaran bahan bakar. Salah satu energi baru terbarukan yang dikembangkan di Indonesia adalah Biodiesel. Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif pengganti petroleum diesel (solar) yang dibuat dengan cara mereaksikan minyak dengan alkohol dengan bantuan katalis asam maupun basa. Kendala yang dihadapi dengan penggunaan katalisator basa tersebut adalah terjadinya reaksi antara asam lemak yang terkandung dalam minyak nabati sehingga terbentuk reaksi penyabunan yang akan mengurangi kadar biodisel dan menyulitkan pemisahan produk biodisel. Cara lain dalam produksi biodisel adalah dengan esterifikasi asam lemak yang terkandung dalam minyak nabati diantaranya asam oleat dan metanol dengan katalisator asam.
Pada penelitian ini pembuatan biodiesel dilakukan dengan reaktif distilasi menggunakan bahan baku asam oleat dengan menggunakan metanol. Reactive Distillation (RD) Technology merupakan salah satu metode yang baru dalam proses kimia dan sekarang sedang dikembangkan untuk memproduksi biodiesel. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan perancangan Reactive Distillation technology dalam produksi ester asam oleat dan metanol dengan katalisator homogen secara experimental. Variable proses yang dipelajari antara lain jenis katalis, temperatur, rasio asam oleat:metanol, konsentrasi katalis dan waktu reaksi terhadap konversi asam oleat.
iv PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas segala limpahan rahmat dan hidayahNya
sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian yang berjudul
“Pengembangan Reaksi Esterifikasi Asam Oleat dan Metanol Dengan Metode Reaktif Distilasi”.
Penulis menyadari dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan
laporan ini penulis tidak dapat bekerja sendiri tanpa bantuan dari berbagai pihak.
Oleh karena itu pada laporan ini penulis menyampaikan terimakasih kepada:
1. Prof. Dr. Markhamah, M.Hum selaku Ketua Lembaga Penelitian dan
Pengabdian Masyarakat Universitas Muhammadiyah Surakarta
2. Ir. H. Sri widodo, MT selaku Dekan Fakultas Teknik UMS
3. Ir. H. Haryanto, AR. MS selaku ketua Jurusan Teknik Kimia UMS
4. Ketua laboratorium Jurusan Teknik Kimia UMS
5. Ketua dan Teknisi Laboratorium Minyak Bumi Teknik Kimia UGM
6. Para mahasiswa Jurusan Teknik Kimia UMS (Kurniawan, Janatin, Endah
dan Karlina) yang telah membantu pelaksanaan penelitian ini
Tak ada gading yang tak retak, penyusun menyadari bahwa laporan penelitian ini mungkin terdapat kekurangan. Oleh sebab itu segala saran dan kritik
yang bersifat membangun diharapkan demi kesempurnaan penelitian ini.
Penyusun berharap semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi penulis
sendiri maupun bagi perkembangan dunia Ilmu dan Teknologi.
Surakarta, September 2008
Penulis,
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL i
HALAMAN PENGESAHAN ii
RINGKASAN DAN SUMARRY iii
KATA PENGANTAR iv
DAFTAR ISI v
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
BAB I. PENDAHULUAN 1
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1. Biodiesel 4
2.2. Bahan bakar disel 5
2.3. Katalis dan proses esterifikasi secara konvensional 8
2.4. Esterifikasi dalam reaktif distilasi 13
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 17
3.1. Tujuan 17
3.2. Manfaat Penelitian 17
BAB IV. METODE PENELITIAN 19
4.1. Bahan 19
4.2. Alat 20
4.3. Prosedur percobaan 22
4.4. Analisa produk 23
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN 26
BAB VI. KESIMPULAN dan SARAN 35
DAFTAR PUSATAKA 37
LAMPIRAN
1. Proposal tahun kedua
vi 3. Artikel ilmiah di seminar nasional Seminar Rekayasa Kimia
dan Proses UNDIP (SRKP UNDIP) tanggal 13-14 Agustus
2008
4. Draft abstraksi seminar internasional (Sriwijaya
International Seminar on Energy Science and Technology
2008 (SISEST-2008))
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Spesifikasi biodisel 7
Tabel 2.2 Reaksi esterifikasi menggunakan katalis homogen 9
Tabel 2.3 Relative aktivitas pada esterifikasi dengan berbagai macam katalis
10
Tabel 2.4 Esterifikasi dengan katalis heterogen 11
Tabel 2.5 Hubungan antara katalisator dengan konversi 12
Tabel 2.6 Esterifikasi menggunakan reaktif distilasi 15
Tabel 4.7 Sifat Kimia dan Fisika asam lemak minyak sawit 19
Tabel 4.8 Bahan-bahan kimia yang diperlukan 20
Tabel 5.9 Pengaruh jenis katalis terhadap yield dan konversi
biodiesel. Suhu reaksi 170 °C, rasio asam
oleat:metanol =1:8, berat katalis 1% dan waktu
reaksi selama 90 menit
27
Tabel 5.10 Perubahan konversi asam oleat dengan semakin
lama waktu reaksi , berat katalis H2SO4 1%, rasio
asam oleat:metanol =1:8, T=180 °C
28
Tabel 5.11 Pengaruh temperatur reaksi terhadap konversi
dengan berat katalis H2SO4 1%, ratio metanol/asam
oleat 8:1
29
Tabel 5.12 Pengaruh rasio asam oleat : metanol terhadap
konversi. Suhu reaksi reaksi 150 °C, berat
katalisator H2SO4 1%.
30
Tabel 5.13 Pengaruh berat katalisator H2SO4 (W=% berat
terhadap berat asam oleat) terhadap konversi, suhu
reaksi 130 °C, rasio metanol:asam oleat =6:1
31
Tabel 5.14 Perbandingan Biodiesel Hasil Penelitian Dengan
Minyak Solar Standar Internasional
viii DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 4.1 Skema alat penelitian batch reactif distilasi 21 Gambar 4.2 Foto alat penelitian batch reaktif distilasi 21 Gambar 4.3 Diagram alir pembuatan biodiesel dari asam oleat
dengan reaktif distilasi
22
Gambar 5.4 Pengaruh jenis katalis terhadap yield dan konversi
biodiesel. Suhu reaksi 170 °C, rasio asam
oleat:metanol =1:8, berat katalis 1% dan waktu
reaksi selama 90 menit
27
Gambar 5.5 Perubahan konversi asam oleat dengan semakin
lama waktu reaksi , berat katalis H2SO4 1%, rasio
asam oleat:metanol = 1:8, T = 180 °C
28
Gambar 5.6 Pengaruh temperatur reaksi terhadap konversi
dengan berat katalis H2SO4 1%, ratio metanol/asam
oleat 8:1
29
Gambar 5.7 Pengaruh rasio asam oleat : metanol terhadap
konversi. Suhu reaksi reaksi 150 °C, berat
katalisator H2SO4 1%
30
Gambar 5.8 Pengaruh berat katalisator H2SO4 (W=% berat
terhadap berat asam oleat) terhadap konversi, suhu
reaksi 130 °C, rasio metanol:asam oleat = 8:1
DAFTARLAMPIRAN
1. Proposal tahun kedua
2. Artikel ilmiah di Jurnal Nasional Teknik Kimia “Reaktor”
3. Artikel ilmiah di seminar nasional Seminar Rekayasa Kimia dan Proses
UNDIP (SRKP UNDIP) tanggal 13-14 Agustus 2008
4. Draft abstraksi seminar internasional (Sriwijaya International Seminar on
Energy Science and Technology 2008 (SISEST-2008))
