KINETIKA REAKSI DAN OPTIMASI PEMBENTUKAN BIODIESEL DARI CRUDE FISH OIL.

(1)

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

(2)

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

(3)

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

(4)

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

(5)

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 =

(6)

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

(7)

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

(8)

viii

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan ... 46

V.2. Saran ... 47

DAFTAR PUSTAKA

APPENDIX

(9)

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

(10)

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

(11)

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

(12)

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

(13)

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

(14)

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

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

(15)

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,

(16)

L aporan Penelit ian 6

-K inet ika Reaksi dan Opt imasi

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

(17)

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.

(18)

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

(19)

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

(20)

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

(21)

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

(22)

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

(23)

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:

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

(24)

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 :

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

(25)

dengan 60 menit/ 1 jam (Freedman dkk, 1984), sehingga apabila digunakan

NaOH dan NaOCH3 sebagai katalis, maka reaksinya dapat ditulis sebagai

berikut :

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

(26)

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

(27)

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.

(28)

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

(29)

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

(30)

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

(31)

2.3.2 Menentukan Orde Reaksi

Reaksi yang digukan adalah :

Reaksi Transesterifikasi :

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.

(32)

Jika CB sangat besar, maka CB dianggap konstan

(33)

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

(34)

mendekati persamaan reaksi orde satu atau disebut juga reaksi orde satu

semu.

Karena pada setiap saat t, jumlah A yang bereaksi harus sama dengan

jumlah B yang direaksikan, maka :

(35)

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

(36)

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

(37)

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

(38)

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

(39)

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%.

(40)

Penentuan kadar FFA bahan

Penentuan kadar Air

Degumming

Transesterifikasi

Pemurnian Biodiesel