SKRIPSI
KINERJA REAKTOR KOLOM GELEMBUNG TIPE KONTINYU UNTUK PRODUKSI BIODIESEL SECARA NON-KATALITIK
Oleh: ROSITA RIRIS P.
F14103021
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
KINERJA REAKTOR KOLOM GELEMBUNG TIPE KONTINYU UNTUK PRODUKSI BIODIESEL SECARA NON-KATALITIK
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
ROSITA RIRIS P. F14103021
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
Rosita Riris Puspitosari. F14103021. Kinerja Reaktor Kolom Gelembung Tipe Kontinyu untuk Produksi Biodiesel Secara Non-Katalitik. Dibawah bimbingan Prof.Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M. Agr dan Ir. Joelianingsih, M.T
RINGKASAN
Minyak bumi merupakan sumber energi yang banyak digunakan. Eksploitasi yang berlebihan menyebabkan cadangan minyak bumi yang ada tidak lagi dapat mencukupi kebutuhan. Salah satu solusi adalah pemakaian sumber energi terbarukan. Salah satu sumber energi terbarukan adalah biodiesel. Biodiesel dibuat dengan mereaksikan minyak atau lemak dengan alkhohol sehingga dihasilkan alkil ester dan gliserol. Alkil ester inilah yang disebut dengan biodiesel. Beberapa faktor yang mempengaruhi kualitas biodiesel adalah laju aliran methanol yang digunakan dan suhu reaktor.
Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis pengaruh laju aliran methanol dan suhu reaktor terhadap kinerja reaktor kolom gelembung tipe kontinyu untuk produksi biodiesel dari minyak sawit secara non-katalitik. Kinerja reaktor dinilai dari keberhasilan proses reaksi yang dapat dilihat dari nilai yield, kadar alkil ester (metil ester) dalam produk serta terbentuknya gliserol bebas. Laju aliran methanol yang digunakan 1.5 ml/menit, 2.5 ml/menit, 3 ml/menit dan 4 ml/menit. Suhu reaktor yang digunakan 250°C, 270°C, dan 290°C.
Biodiesel dibuat dalam reaktor kolom gelembung sistem kontinyu dan tanpa katalis. Kapasitas reaktor sebesar 250 ml. Karena tanpa katalis, proses dilakukan pada suhu tinggi. Tekanan yang digunakan adalah tekanan ruang. Sebelum bereaksi dengan minyak, methanol diuapkan terlebih dahulu. Di dalam reaktor, methanol dalam fase uap super panas melewati perforated plate sehingga terbentuk gelembung-gelembung. Gelembung-gelembung methanol bertemu dengan minyak yang juga berada pada suhu tinggi. Semakin banyak kontak antara gelembung methanol dengan minyak maka semakin besar peluang terjadi reaksi dan semakin banyak produk terbentuk. Kelebihan proses ini adalah proses terjadi terus-menerus selama ada methanol dan minyak yang diumpankan, proses dilakukan pada tekanan ruang sehingga cukup aman. Kekurangannya adalah perlu suhu tinggi dan untuk dicapai reaksi sempurna perlu waktu lama, tergantung suhu reaksi yang digunakan.
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
KINERJA REAKTOR KOLOM GELEMBUNG TIPE KONTINYU UNTUK PRODUKSI BIODIESEL SECARA NON-KATALITIK
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
ROSITA RIRIS P. F14103021
Dilahirkan pada tanggal 13 Agustus 1985 Di Surakarta
Tanggal lulus :
Menyetujui Bogor, September 2007
Pembimbing Akademik I Pembimbing Akademik II
Prof.Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr. Ir. Joelianingsih, M.T NIP. 131667791
Mengetahui,
Ketua Departemen Teknik Pertanian
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Surakarta, 13 Agustus 1985 sebagai anak pertama dari pasangan Subandi dan M.B. Suminah. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SD Negeri Pajang 1 Surakarta pada tahun 1997. Penulis lalu melanjutkan pendidikan menengah di SLTP Negeri 9 Surakarta dan tamat pada tahun 2000. Setelah itu, penulis melanjutkan pendidikan di SMU Negeri 1 Surakarta.
Pada tahun 2003, penulis melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) diterima di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Selama menjadi mahasiswa di Institut Pertanian Bogor, penulis aktif dalam Tim Pendamping Mahasiswa Katolik IPB mulai 2004-sekarang, Koor Mahasiswa Katolik mulai 2003-sekarang. Selain itu, penulis menjadi Asisten Dosen Mata Kuliah Matematika Tenik pada tahun 2006.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah Bapa Yang Maha Kuasa atas segala kasih dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Semua tidak akan terjadi tanpa kehendakNya. Judul skripsi ini adalah ” Kinerja Reaktor Kolom Gelembung Tipe Kontinyu untuk Produksi Biodiesel Secara Non-Katalitik”.
Penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari sumbangan berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya serta penghargaan yang tulus kepada :
1. Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr sebagai dosen Pembimbing Akademik atas bimbingan, bantuan, saran maupun kritik selama pendidikan di IPB terutama dalam menyelesaikan tugas akhir.
2. Ir. Joelianingsih, M.T sebagai dosen Pembimbing II atas bimbingan, bantuan, saran, dan kritik selama penelitian dan penyelesaian tugas akhir.
3. Ir. Sri Endah Agustina, M.S atas kesediaannya sebagai dosen penguji serta masukan, saran dan kritik yang diberikan untuk perbaikan skripsi.
4. Bapak, ibu, Rini, Sari atas kasih, bantuan, dan dukungannya selama ini.
5. Mas Andi atas kasih, bantuan, kesabaran, dukungan serta semangat yang diberikan kepada penulis.
6. Teman-teman satu tim dalam penelitian (Munif dan Ikhwan) atas bantuan dan kerjasamanya selama pelaksanaan penelitian.
7. Semua dosen lab EEP atas saran yang diberikan saat memulai penelitian. 8. Pak Harto, Mas Firman dan Mas Darma atas bantuannya selama persiapan
penelitian dan selama penelitian.
9. Kiki, Elly, Suli, Amna, Khafid, Dede, Dodo, Yaka, Abon, Diah, Ajo serta teman-teman lain di Lab EEP atas kerja sama, bantuan, dukungan dan semangat yang diberikan.
10.Cecen, Nirwan, Deta, Yusuf, Yandra dan teman-teman TEP 40 atas bantuan, dukungan dan kebersamaan selama ini.
12.Mas Bayu, Pak Sony, Mas Nuruddin, Bang Omil, Pak Yogi, Pak Rizal dan semua mahasiswa bimbingan Pak Arman atas bantuan, saran dan kritik yang diberikan.
13.Ana, Sula, Tya, Lusi, Adi, Nomo, Rika dan teman-teman Kemaki 40 lainnya atas kasih, dukungan, kebersamaan dan saran yang diberikan.
14.Teman-teman Pendamping atas kasih, kebersamaan dan dukungannya. 15.Teman-teman Koor Mahasiswa Katolik IPB atas kasih dan kebersamaannya 16.Teman-teman Persekutuan Fateta atas doa dan kasihnya
17.Semua pihak atas doa, dukungan dan bantuan yang diberikan kepada penulis Penulis menyadari dalam penyusunan tugas akhir ini masih terdapat kekurangan, untuk itu penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya. Saran dan kritik dari pembaca sangat penulis harapkan sebagai masukan yang sangat berharga untuk perbaikan di masa mendatang. Penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya
Bogor, September 2007
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI... viii
DAFTAR TABEL... x
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR LAMPIRAN... xii
I. PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Tujuan... 2
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 3
A. Definisi Biodiesel... 3
B. Teknologi Produksi Biodiesel ... 5
C. Laju reaksi ... 8
D. Minyak Sawit ... 9
III. METODOLOGI ... 11
A. Waktu dan Tempat Penelitian ... 11
B. Alat ... 11
D. Parameter Penelitian... 15
E. Metode Penelitian ... 15
F. Pengambilan data... 16
G. Pengolahan data ... 17
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 19
A. Proses pembuatan biodiesel ... 19
B. Pengaruh laju aliran methanol terhadap kinerja reaktor berdasarkan massa produk ... 20
C. Pengaruh laju aliran methanol terhadap kinerja reaktor berdasarkan kadar ME dan gliserol bebas... 23
D. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan massa produk ... 24
E. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan kadar ME. 26 F. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan komposisi produk ... 27
G. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan yield... 29
H. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan
dihasilkannya gliserol bebas ... 30
V. KESIMPULAN DAN SARAN... 31
A. Kesimpulan ... 31
B. Saran... 31
DAFTAR PUSTAKA ... 32
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Sifat fisik dan kimia dari fraksi stearin sawit dan minyak sawit ... 10
Tabel 2. Komposisi asam lemak dari fraksi stearin sawit dan minyak sawit... 10
Tabel 3. Karakteristik minyak sawit yang digunakan... 14
Tabel 4. Berat molekul ME, TG, DG, dan MG... 17
SKRIPSI
KINERJA REAKTOR KOLOM GELEMBUNG TIPE KONTINYU UNTUK PRODUKSI BIODIESEL SECARA NON-KATALITIK
Oleh: ROSITA RIRIS P.
F14103021
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
KINERJA REAKTOR KOLOM GELEMBUNG TIPE KONTINYU UNTUK PRODUKSI BIODIESEL SECARA NON-KATALITIK
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
ROSITA RIRIS P. F14103021
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
Rosita Riris Puspitosari. F14103021. Kinerja Reaktor Kolom Gelembung Tipe Kontinyu untuk Produksi Biodiesel Secara Non-Katalitik. Dibawah bimbingan Prof.Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M. Agr dan Ir. Joelianingsih, M.T
RINGKASAN
Minyak bumi merupakan sumber energi yang banyak digunakan. Eksploitasi yang berlebihan menyebabkan cadangan minyak bumi yang ada tidak lagi dapat mencukupi kebutuhan. Salah satu solusi adalah pemakaian sumber energi terbarukan. Salah satu sumber energi terbarukan adalah biodiesel. Biodiesel dibuat dengan mereaksikan minyak atau lemak dengan alkhohol sehingga dihasilkan alkil ester dan gliserol. Alkil ester inilah yang disebut dengan biodiesel. Beberapa faktor yang mempengaruhi kualitas biodiesel adalah laju aliran methanol yang digunakan dan suhu reaktor.
Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis pengaruh laju aliran methanol dan suhu reaktor terhadap kinerja reaktor kolom gelembung tipe kontinyu untuk produksi biodiesel dari minyak sawit secara non-katalitik. Kinerja reaktor dinilai dari keberhasilan proses reaksi yang dapat dilihat dari nilai yield, kadar alkil ester (metil ester) dalam produk serta terbentuknya gliserol bebas. Laju aliran methanol yang digunakan 1.5 ml/menit, 2.5 ml/menit, 3 ml/menit dan 4 ml/menit. Suhu reaktor yang digunakan 250°C, 270°C, dan 290°C.
Biodiesel dibuat dalam reaktor kolom gelembung sistem kontinyu dan tanpa katalis. Kapasitas reaktor sebesar 250 ml. Karena tanpa katalis, proses dilakukan pada suhu tinggi. Tekanan yang digunakan adalah tekanan ruang. Sebelum bereaksi dengan minyak, methanol diuapkan terlebih dahulu. Di dalam reaktor, methanol dalam fase uap super panas melewati perforated plate sehingga terbentuk gelembung-gelembung. Gelembung-gelembung methanol bertemu dengan minyak yang juga berada pada suhu tinggi. Semakin banyak kontak antara gelembung methanol dengan minyak maka semakin besar peluang terjadi reaksi dan semakin banyak produk terbentuk. Kelebihan proses ini adalah proses terjadi terus-menerus selama ada methanol dan minyak yang diumpankan, proses dilakukan pada tekanan ruang sehingga cukup aman. Kekurangannya adalah perlu suhu tinggi dan untuk dicapai reaksi sempurna perlu waktu lama, tergantung suhu reaksi yang digunakan.
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
KINERJA REAKTOR KOLOM GELEMBUNG TIPE KONTINYU UNTUK PRODUKSI BIODIESEL SECARA NON-KATALITIK
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
ROSITA RIRIS P. F14103021
Dilahirkan pada tanggal 13 Agustus 1985 Di Surakarta
Tanggal lulus :
Menyetujui Bogor, September 2007
Pembimbing Akademik I Pembimbing Akademik II
Prof.Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr. Ir. Joelianingsih, M.T NIP. 131667791
Mengetahui,
Ketua Departemen Teknik Pertanian
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Surakarta, 13 Agustus 1985 sebagai anak pertama dari pasangan Subandi dan M.B. Suminah. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SD Negeri Pajang 1 Surakarta pada tahun 1997. Penulis lalu melanjutkan pendidikan menengah di SLTP Negeri 9 Surakarta dan tamat pada tahun 2000. Setelah itu, penulis melanjutkan pendidikan di SMU Negeri 1 Surakarta.
Pada tahun 2003, penulis melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) diterima di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Selama menjadi mahasiswa di Institut Pertanian Bogor, penulis aktif dalam Tim Pendamping Mahasiswa Katolik IPB mulai 2004-sekarang, Koor Mahasiswa Katolik mulai 2003-sekarang. Selain itu, penulis menjadi Asisten Dosen Mata Kuliah Matematika Tenik pada tahun 2006.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah Bapa Yang Maha Kuasa atas segala kasih dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Semua tidak akan terjadi tanpa kehendakNya. Judul skripsi ini adalah ” Kinerja Reaktor Kolom Gelembung Tipe Kontinyu untuk Produksi Biodiesel Secara Non-Katalitik”.
Penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari sumbangan berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya serta penghargaan yang tulus kepada :
1. Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr sebagai dosen Pembimbing Akademik atas bimbingan, bantuan, saran maupun kritik selama pendidikan di IPB terutama dalam menyelesaikan tugas akhir.
2. Ir. Joelianingsih, M.T sebagai dosen Pembimbing II atas bimbingan, bantuan, saran, dan kritik selama penelitian dan penyelesaian tugas akhir.
3. Ir. Sri Endah Agustina, M.S atas kesediaannya sebagai dosen penguji serta masukan, saran dan kritik yang diberikan untuk perbaikan skripsi.
4. Bapak, ibu, Rini, Sari atas kasih, bantuan, dan dukungannya selama ini.
5. Mas Andi atas kasih, bantuan, kesabaran, dukungan serta semangat yang diberikan kepada penulis.
6. Teman-teman satu tim dalam penelitian (Munif dan Ikhwan) atas bantuan dan kerjasamanya selama pelaksanaan penelitian.
7. Semua dosen lab EEP atas saran yang diberikan saat memulai penelitian. 8. Pak Harto, Mas Firman dan Mas Darma atas bantuannya selama persiapan
penelitian dan selama penelitian.
9. Kiki, Elly, Suli, Amna, Khafid, Dede, Dodo, Yaka, Abon, Diah, Ajo serta teman-teman lain di Lab EEP atas kerja sama, bantuan, dukungan dan semangat yang diberikan.
10.Cecen, Nirwan, Deta, Yusuf, Yandra dan teman-teman TEP 40 atas bantuan, dukungan dan kebersamaan selama ini.
12.Mas Bayu, Pak Sony, Mas Nuruddin, Bang Omil, Pak Yogi, Pak Rizal dan semua mahasiswa bimbingan Pak Arman atas bantuan, saran dan kritik yang diberikan.
13.Ana, Sula, Tya, Lusi, Adi, Nomo, Rika dan teman-teman Kemaki 40 lainnya atas kasih, dukungan, kebersamaan dan saran yang diberikan.
14.Teman-teman Pendamping atas kasih, kebersamaan dan dukungannya. 15.Teman-teman Koor Mahasiswa Katolik IPB atas kasih dan kebersamaannya 16.Teman-teman Persekutuan Fateta atas doa dan kasihnya
17.Semua pihak atas doa, dukungan dan bantuan yang diberikan kepada penulis Penulis menyadari dalam penyusunan tugas akhir ini masih terdapat kekurangan, untuk itu penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya. Saran dan kritik dari pembaca sangat penulis harapkan sebagai masukan yang sangat berharga untuk perbaikan di masa mendatang. Penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya
Bogor, September 2007
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI... viii
DAFTAR TABEL... x
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR LAMPIRAN... xii
I. PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Tujuan... 2
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 3
A. Definisi Biodiesel... 3
B. Teknologi Produksi Biodiesel ... 5
C. Laju reaksi ... 8
D. Minyak Sawit ... 9
III. METODOLOGI ... 11
A. Waktu dan Tempat Penelitian ... 11
B. Alat ... 11
D. Parameter Penelitian... 15
E. Metode Penelitian ... 15
F. Pengambilan data... 16
G. Pengolahan data ... 17
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 19
A. Proses pembuatan biodiesel ... 19
B. Pengaruh laju aliran methanol terhadap kinerja reaktor berdasarkan massa produk ... 20
C. Pengaruh laju aliran methanol terhadap kinerja reaktor berdasarkan kadar ME dan gliserol bebas... 23
D. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan massa produk ... 24
E. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan kadar ME. 26 F. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan komposisi produk ... 27
G. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan yield... 29
H. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan
dihasilkannya gliserol bebas ... 30
V. KESIMPULAN DAN SARAN... 31
A. Kesimpulan ... 31
B. Saran... 31
DAFTAR PUSTAKA ... 32
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Sifat fisik dan kimia dari fraksi stearin sawit dan minyak sawit ... 10
Tabel 2. Komposisi asam lemak dari fraksi stearin sawit dan minyak sawit... 10
Tabel 3. Karakteristik minyak sawit yang digunakan... 14
Tabel 4. Berat molekul ME, TG, DG, dan MG... 17
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Reaktor kolom gelembung tampak atas ... 12
Gambar 2. Tabung bagian dalam reaktor dengan perforated plate bawah ... 12
Gambar 3. Pengaruh laju aliran methanol terhadap massa produk sebelum methanol diuapkan pada suhu reaksi 290°C ... 21
Gambar 4. Pengaruh laju aliran methanol terhadap massa produk pada suhu reaksi 290°C ... 22
Gambar 5. Pengaruh laju aliran methanol terhadap kadar ME pada suhu reaksi 290°C ... 23
Gambar 6. Produk yang mengandung gliserol bebas... 24
Gambar 7. Pengaruh suhu reaktor terhadap massa produk pada laju aliran methanol 3 ml/menit ... 25
Gambar 8. Pengaruh suhu reaktor terhadap terhadap kadar ME pada laju aliran methanol 3 ml/menit ... 26
Gambar 9. Komposisi produk yang dihasilkan pada suhu reaksi 290°C ... 27
Gambar 10. Komposisi produk yang dihasilkan pada suhu reaksi 270°C ... 28
Gambar 11. Komposisi produk yang dihasilkan pada suhu reaksi 250°C ... 28
Gambar 12. Pengaruh suhu terhadap nilai yield pada laju aliran methanol 3 ml/menit ... 29
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Sifat fisik dan kimia dari methanol... 33 Lampiran 2. Spesifikasi Biodiesel sesuai SNI 04-7182-2006... 34 Lampiran 3. Prosedur pengoperasian reaktor dan bagan reaktor ... 35 Lampiran 4. Kurva kalibrasi ... 39 Lampiran 5. Gambar produk yang dihasilkan pada berbagai laju aliran metanol 40 Lampiran 6. Gambar produk yang dihasilkan pada berbagai suhu reaktor... 41 Lampiran 7. Data percobaan pada berbagai laju aliran methanol... 42 Lampiran 8. Data percobaan pada berbagai suhu reaktor ... 44 Lampiran 9. Perbandingan antara minyak sawit dan biodiesel dari minyak sawit 45
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Minyak bumi merupakan salah satu sumber energi yang banyak digunakan. Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak bumi di dunia. Eksploitasi yang berlebihan menyebabkan cadangan minyak bumi yang dimiliki diperkirakan tidak lagi dapat mencukupi kebutuhan. Beberapa solusi untuk mengatasinya yaitu penghematan energi, penggunaan sumber energi baru, dan pemakaian sumber energi terbarukan.
Beberapa contoh sumber energi terbarukan yaitu air, angin, surya, dan biomassa. Indonesia merupakan negara agraris sehingga mempunyai banyak sekali biomassa. Biomassa tersebut bisa dikonversi menjadi sumber energi melalui beberapa cara diantaranya densifikasi, gasifikasi, pembakaran, dan ekstraksi. Contoh hasil konversi biomassa melalui ekstraksi adalah minyak tumbuhan. Minyak ini selanjutnya dapat dijadikan bahan baku biodiesel, yang merupakan salah satu sumber energi terbarukan.
Biodiesel dibuat dengan mereaksikan minyak atau lemak dengan alkohol sehingga akan dihasilkan alkil ester dan gliserol. Alkil ester inilah yang disebut dengan biodiesel. Bahan baku biodiesel berasal dari minyak nabati atau minyak hewani. Minyak jelantah juga dapat digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Proses pereaksian tersebut terjadi dalam reaktor. Biodiesel yang dihasilkan dapat digunakan sebagai penganti solar.
Proses pembuatan biodiesel dapat berlangsung secara katalitik maupun non-katalitik. Katalis yang bisa digunakan dalam pembuatan biodiesel bisa berupa asam, basa, maupun enzim. Proses katalitik mempunyai beberapa kelebihan yaitu reaksi dapat terjadi pada suhu rendah dan tekananan 1 atm serta waktu reaksi lebih pendek sedangkan kekurangannya yaitu biaya mahal dan rantai proses pemurnian lebih panjang karena harus memisahkan katalis dari produk hasil. Proses non-katalitik mempunyai kelebihan yaitu rantai proses lebih pendek karena tidak perlu adanya pemisahan katalis dari produk hasil dan lebih murah karena biaya untuk katalis ditiadakan, sedangkan kekurangannya yaitu reaksi harus dilakukan pada tekanan tinggi dan atau suhu tinggi, perlu methanol lebih banyak dan waktu reaksi
yang lebih lama. Pada reaksi tanpa katalis, alkohol diuapkan sampai mencapai suhu super panas bahkan ada proses dimana alkhohol diuapkan sampai suhu kritisnya, selain itu suhu dalam reaktor juga dibuat tinggi. Teknologi produksi biodiesel tanpa katalis cocok untuk diterapkan di Indonesia karena katalis yang selama ini digunakan masih diimpor dari negara lain.
Reaktor biodiesel, berdasarkan prosesnya, dapat dibagi menjadi dua yaitu tipe batch dan tipe kontinyu. Proses dengan reaktor tipe kontinyu lebih efisien dari segi tenaga kerja dan energi serta lebih cocok untuk skala produksi besar dibandingkan dengan tipe batch. Pada penelitan ini proses produksi biodiesel akan dilakukan secara kontinyu. Reaktor yang digunakan adalah reaktor kolom gelembung.
Kinerja reaktor berpengaruh terhadap kualitas biodiesel yang dihasilkan. Biodiesel yang dihasilkan harus memenuhi standar yang telah ditetapkan. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kualitas biodiesel yang dihasilkan yaitu suhu pemanasan methanol, suhu reaktor, dan laju aliran methanol. Dalam penelitian ini akan dianalisis pengaruh dari suhu reaktor terhadap kinerja reaktor kolom gelembung tipe kontinyu secara non-katalitik untuk produksi biodiesel
B. Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah menganalisis pengaruh laju aliran methanol dan suhu reaktor terhadap kinerja reaktor kolom gelembung tipe kontinyu untuk produksi biodiesel dengan bahan baku minyak sawit secara non-katalitik. Kinerja reaktor dinilai dari keberhasilan proses reaksi yang dapat dilihat dari nilai yield, kadar alkil ester (metil ester) dalam produk serta terbentuknya gliserol bebas.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Definisi Biodiesel
Biodiesel didefinisikan sebagai monoalkil ester dari asam-asam lemak rantai panjang yang terkandung dalam minyak nabati atau lemak hewani untuk digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel (Krawczyk, 1996 dalam Joelianingsih et al, 2006). Reaksi antara trigliserida dalam minyak atau lemak akan menghasilkan gliserol bebas dan ester asam lemak (Duffy, 1852 dalam Mittelbach, Remschmidt, 2004), ester asam lemak inilah yang disebut dengan biodiesel.
Minyak nabati yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel antara lain minyak sawit (Elaeis Guinensis), minyak rapeseed (Brassica Napus), minyak kedelai (Glycine Max), minyak biji bunga matahari (Helianthus Annuus), minyak kelapa (Cocos Nucifera), minyak jagung (Zea Mays), minyak dari biji kapas (Gossypium Hirsutum), minyak almond (Prunus Dulcis), minyak hazelnut (Corylus Avellana), minyak kacang (Arachis Hypogaeae), minyak
safflower (Carthamus Tinctorius), minyak biji gandum (Triticum Aestivum), minyak jarak (Jathropa Curcas), minyak castor(Ricinus Communis). Sedangkan lemak hewan yang bisa digunakan berupa beef tallow, minyak ikan, lard, lemak unggas (Mittelbach, Remschmidt, 2004). Minyak bekas pakai atau jelantah juga dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel.
Bodiesel terdiri dari metil ester asam lemak yang diproduksi melalui reaksi transesterifikasi dari trigliserida minyak dengan alkohol rantai pendek (Diasakou et al., 1998). Biodiesel dapat dihasilkan melalui reaksi transesterifikasi trigliserida dan atau reaksi esterifikasi asam lemak bebas tergantung dari kualitas minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku (Joelianingsih et al, 2006). Transesterifikasi merupakan reaksi pertukaran gugus ester dengan gugus ester yang lain dalam posisi trans. Transesterifikasi juga dapat terjadi antara gugus ester dengan asam (acidolysis) dan antara gugus ester dengan alkohol (alchoholysis) (Ghazali, 1996). Dalam proses pembuatan biodiesel reaksi transesterifikasi terjadi antara trigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewani dengan alkohol rantai pendek seperti methanol atau ethanol. Alkohol yang berupa methanol akan
menggantikan asam lemak dari trigliserida minyak membentuk metil ester, hasil dari reaksi ini adalah Fatty Acid Metil Ester (FAME) dan gliserol. FAME inilah yang akhirnya disebut sebagai biodiesel. Pertukaran ester dapat terjadi dengan atau tanpa katalis, tergantung suhu. Pada suhu 250 ºC atau lebih reaksi dapat terjadi tanpa katalis (Caning, 1985 dalam Rahayu, 1996).
Transesterifikasi membutuhkan kondisi yang bebas air karena adanya air dapat menyebabkan reaksi berubah menjadi hidrolisis (Caning, 1985 dalam Rahayu, 1996). Reaksi transesterifikasi dalam pembentukan biodiesel dengan pereaksi methanol adalah sebagai berikut:
CH2-O-OCR O CH2-OH
| || | CH-O-OCR + 3 CH3OH Æ 3 CH3-O-C-R + HC-OH
| | CH2-O-OCR CH2-OH
Trigliserida Methanol FAME Gliserol Esterifikasi adalah proses pereaksian asam lemak bebas (FFA) dengan alkohol rantai pendek (ethanol atau methanol) menghasilkan FAME dan air (Joelianingsih et al, 2006). Reaksi ini biasanya menggunakan katalis asam seperti asam sulfat (H2SO4) atau asam fosfat (H2PO4). Reaksi esterifikasi adalah sebagai berikut:
O O || ||
R-C-O-H + CH3OH Æ R-C-O-CH3 + H2O
FFA Methanol Metil ester Air
Methanol banyak dipakai dalam proses pembuatan biodiesel karena lebih murah dibandingkan alkohol yang lain (Knothe, 2004) dan lebih reaktif dibandingkan alkohol dengan rantai lebih panjang lainnya (Lang et al, 2001 dalam Mittelbach, 2004). Methanol absolut lebih mudah diperoleh daripada alkohol lainnya sehingga dapat megurangi terjadinya hidrolisis dan pembentukan sabun akibat adanya air (Mittelbach dan Remschmidt, 2004). Methanol merupakan alkohol dengan satu atom C. Rumus kimia dari methanol yaitu CH3OH. Sifat fisik
dan kimia dari methanol dapat dilihat pada Lampiran 1.
Produksi biodiesel yang terus meningkat mengharuskan negara-negara untuk membuat standar kualitas biodiesel beserta metode pengujiannya. Negara-negara yang telah memiliki standar kualitas biodiesel diantaranta Amerika Serikat (ASTM D65751), negara-negara Eropa (EN 14214), Australia, Brasil (ANP 255), Afrika Selatan, dan Indonesia. Standar yang digunakan di Indonesia (SNI 04-7182-2006) dapat dilihat pada Lampiran 2.
B. Teknologi Produksi Biodiesel
Biodiesel dapat diproduksi dengan bantuan katalis atau secara katalitik dan tanpa bantuan katalis atau secara non-katalitik. Katalis yang bisa digunakan dalam reaksi dapat digolongkan ke dalam tiga jenis yaitu katalis enzim, katalis asam, dan katalis basa. Contoh dari katalis basa yang biasa digunakan adalah natrium hidroksida (NaOH) atau kalium hidroksida (KOH), contoh katalis asam adalah asam sulfat (H2SO4) atau asam fosfat (H2PO4), contoh katalis enzim adalah lipase.
Jenis katalis yang digunakan tergantung dari kandungan FFA (Free Fatty Acid)
dalam minyak/lemak. Katalis basa biasa digunakan untuk minyak/lemak dengan kandungan FFA kurang dari 4%, sedangkan katalis asam untuk minyak/lemak dengan kandungan FFA lebih dari 5% (Joelianingsih et al, 2006).
Dalam proses pembuatan biodiesel dengan katalis, alkohol dengan jumlah atom karbon lebih banyak membutuhkan suhu yang lebih tinggi agar dapat dicapai konversi optimum (Freedman et al, 1984 dalam Knothe, 2004). Molar rasio antara minyak dengan methanol tergantung dari katalis yang digunakan. Stokiometri reaksi menunjukkan jumlah metanol yang dibutuhkan tiga mol per satu mol trigliserida, agar reaksi dapat bergeser ke kanan maka digunakan methanol yang berlebih.
Proses pembuatan biodiesel dengan katalis dimulai dengan reaksi transesterifikasi, pengembalian methanol yang tidak bereaksi, pemurnian metil ester dari katalis, pemisahan gliserol yang merupakan produk samping. Pemurnian menggunakan air dengan cara pencucian berulang, sehingga proses ini lebih boros air. Air sisa pencucian tersebut merupakan limbah yang berbahaya bagi lingkungan. Reaksi pembuatan biodiesel dengan katalis mempunyai kelebihan reaksi dapat berjalan lebih cepat sedangkan kekurangannya adalah diperlukannya
proses yang panjang untuk memurnikan produk dan perlu pengadukan yang kuat dalam reaksi karena methanol susah larut dalam minyak (Kusdiana, Saka, 2001). Alternatif penyelesaian masalah tersebut adalah dengan membuat biodiesel tanpa katalis.
Proses pembuatan biodiesel tanpa katalis mempunyai kelebihan diantaranya tidak perlu dilakukan penghilangan FFA dengan refining atau pra esterifikasi, reaksi esterifikasi dan transesterifikasi dapat berlangsung dalam satu reaktor sehingga minyak dengan kadar FFA tinggi dapat langsung digunakan, kondisi proses pemisahan dan pemurnian produk lebih sederhana dan ramah lingkungan (Joelianingsih et al, 2006). Kelemahan dari proses ini adalah penggunaan methanol yang berlebihan dengan suhu dan tekanan yang lebih tinggi dari reaksi berkatalis.
Beberapa penelitian dilakukan untuk mengembangkan proses pembuatan biodiesel secara non-katalitik. Salah satunya adalah pembuatan biodiesel dalam methanol yang berkondisi superkritis. Methanol dalam kondisi superkritis diharapkan dapat mengatasi masalah campuran dua fase antara minyak dan methanol sehingga terbentuk satu fase karena menurunnya nilai konstanta dielektrik dari methanol pada kondisi superkritik (Deslandes et al 1998 dalam Kusdiana, Saka, 2001). Titik kritis methanol pada suhu 239°C, tekanan 8.09 MPa. Kusdiana dan Saka melakukan pembuatan biodiesel dengan bahan baku minyak
rapeseed dimana methanol berada dalam kondisi superkritis, hasil terbaik diperoleh dalam kondisi produksi biodiesel pada suhu reaksi 350°C dan molar ratio methanol terhadap minyak 42 (Kusdiana, Saka, 2001). Penelitian lain tentang pembuatan biodiesel secara non-katalitik dengan methanol superkritis juga dilakukan oleh Diasakou et al (1998), Demirbas (2001), Dasari et al (2003), Warabi et al (2004), Han et al (2005).
Pembuatan biodiesel dalam kondisi methanol superkritis dilakukan pada suhu dan tekanan tinggi. Penggunaan reaktor bertekanan tinggi selain membutuhkan biaya investasi dan produksi yang tinggi juga beresiko membahayakan keamanan dan keselamatan karena lebih mudah meledak (Joelianingsih et al, 2006), sehingga dibutuhkan alternatif lain dalam pembuatan biodiesel. Alternatif lain tersebut adalah penggunaan reaktor kolom gelembung.
Reaktor kolom gelembung digunakan untuk reaksi antara gas-liquid. Kelebihan dari reaktor tipe ini adalah konstruksi sederhana, biaya operasi murah, effisiensi energi tinggi, pindah panas dan pindah massa terjadi dengan baik (Mouza et al., 2004). Reaktor kolom gelembung biasa digunakan untuk oksidasi, hidrogenasi, ozonolysis, alkilasi, pengapungan kolom, pengolahan air (Yang et al., 2001; Wu et al., 2002 dalam Zhao et al, 2004).
Beberapa penelitian tentang pembuatan biodiesel secara non-katalitik menggunakan reaktor kolom gelembung adalah Yamazaki et al dan Joelianingsih et al (2006). Yamazaki et al mempelajari proses pembuatan biodiesel dalam reaktor kolom gelembung berpengaduk dengan bahan baku minyak bunga matahari. Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa semakin besar laju aliran methanol dan volume awal minyak, serta makin kecil kecepatan pengadukan akan memperbesar laju aliran massa ME pada produk gas keluar reaktor (Joelianingsih et al, 2006). Joelianingsih et al (2006) mempelajari kinetika reaksi pembuatan biodiesel dari minyak sawit secara non-katalitik dalam reaktor kolom gelembung. Reaksi dilakukan pada suhu 250-290°C pada tekanan atmospheric. Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa nilai dari konstanta reaksi, konversi dari reaksi, dan
yield ME cenderung bertambah dengan naiknya suhu reaksi. Kandungan ME dalam produk cenderung berkurang dengan naiknya suhu reaksi (Joelianingsih et al, 2007).
Dalam reaksi pembuatan biodiesel dengan reaktor kolom gelembung, bidang antar muka antara gelembung methanol dan minyak di sekitarnya sangat berpengaruh terhadap laju reaksi. Semakin besar bidang antar muka dan semakin lama waktu tinggal gelembung methanol dalam fasa cair (minyak), akan memperbesar laju reaksi (Yamazaki et al, dalam Joelianingsih 2006). Laju reaksi dikendalikan oleh perpindahan massa di bidang antar muka (Joelianingsih et al, 2006). Hal ini dapat diperbaiki dengan memperbesar luas antar muka minyak dan methanol dengan cara memperbanyak jumlah gelembung dan memperkecil diameter gelembung. Semakin luas bidang antar muka maka perpindahan massa semakin baik sehingga waktu reaksi lebih pendek.
Reaksi pembuatan biodiesel dengan methanol superkritis membutuhkan waktu yang sangat singkat, sekitar empat menit, lebih singkat dari proses dengan
katalis, sekitar satu jam. Reaksi pembuatan biodiesel dengan reaktor kolom gelembung membutuhkan waktu yang jauh lebih lama dari metode-metode lainnya. kelemahan lain dari pembuatan biodiesel dengan reaktor kolom gelembung adalah kandungan ME dalam produk sekitar 90%, yang berarti masih dibawah standar Indonesia maupun Eropa sebesar 96.5% (Joelianingsih et al, 2006).
C. Laju reaksi
Laju atau kecepatan reaksi adalah perubahan konsentrasi pereaksi ataupun produk dalam suatu satuan waktu (Keenan et al, 1984). Laju suatu reaksi dapat dinyatakan sebagai laju berkurangnya konsentrasi suatu pereaksi atau laju bertambahnya konsentrasi produk. Laju reaksi dapat diukur dengan menganalisis banyaknya produk yang terbentuk atau banyaknya pereaksi yang tersisa per tahapan waktu. Besarnya laju reaksi dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu sifat dasar pereaksi, suhu, ada tidaknya katalis, energi aktivasi dan konsentrasi pereaksi.
Energi aktivasi merupakan energi kinetik minimum yang harus dimiliki molekul untuk mengatasi tolakan antara awan-awan elektron ketika beradu (Wade, 1991). Energi aktivasi tergantung pada kondisi reaksi, terutama suhu reaksi. Hubungan antara energi aktivasi dengan suhu dinyatakan dalam persamaan Arrhennius sebagai berikut:
k = RT Ea Ae
−
...(1) dimana:
k = konstanta laju reaksi A = faktor preeksponensial Ea = energi aktivasi
R = konstanta gas (8.314 J/mol K) T = suhu absolut (K)
Penambahan katalis akan menurunkan energi aktivasi (Wade, 1991).
Persamaan reaksi tidak dapat menentukan pengaruh dari perubahan konsentrasi pereaksi terhadap laju reaksi sehingga perlu dilakukan percobaan. Percobaan tersebut akan menghasilkan suatu persamaan yang menghubungkan
antara laju reaksi dengan konsentrasi pereaksi, persamaan tersebut disebut dengan persamaan laju reaksi. Contoh persamaan laju reaksi, laju = k[A][B], dengan k sebagai tetapan laju reaksi, besarnya nilai k sebanding dengan kecepatan reaksi.
Suatu reaksi kimia selain mempunyai laju reaksi juga mempunyai orde reaksi. Orde reaksi menyatakan jumlah semua eksponen dari konsentrasi dalam persamaan laju (Keenan et al, 1984). Jika laju suatu reaksi kimia berbanding lurus dengan pangkat satu konsentrasi dari hanya satu pereaksi maka reaksi tersebut dikatakan sebagai reaksi orde satu. Jika laju reaksi berbanding lurus dengan pangkat dua suatu pereaksi atau berbanding lurus dengan pangkat satu konsentrasi dari dua pereaksi maka reaksi tersebut mempunyai orde dua. Orde reaksi ditentukan berdasarkan data percobaan dengan menghitung tetapan laju reaksi, grafik, atau menentukan waktu paruh reaksi.
Beberapa reaksi terjadi melalui beberapa tahapan dan dalam tiap tahapan akan terbentuk produk antara. Pada reaksi yang terdiri dari beberapa tahapan, setiap tahapan mempunyai laju tersendiri (Wade, 1991). Reaksi pembuatan biodiesel terdiri dari tiga tahapan yang akan menghasilkan produk antara digliseida (DG) dan monogliserida (MG) yaitu sebagai berikut:
TG + ROH ↔ DG + R1CO2R
DG + ROH ↔ MG + R2CO2R
MG + ROH ↔ GL + R3CO2R
D. Minyak Sawit
Minyak merupakan salah satu bagian dari lipid. Lipid adalah senyawa organik yang terdapat di alam serta tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik non polar seperti hidrokarbon atau dietil eter (Fessenden et al, 2004). Lemak dan minyak merupakan trigliserida/triasilgliserol yaitu triester dari gliserol. Trigliserida disebut lemak jika berada dalam wujud padat pada suhu kamar dan disebut dengan minyak jika berada dalam wujud cair pada suhu kamar (Carey, 2003). Asam karboksilat yang diperoleh dari hidrolisis suatu lemak atau minyak, yang biasa disebut asam lemak, umumnya mempunyai rantai hidrokarbon panjang dan tak bercabang. Lemak dan minyak seringkali diberi nama sebagai derivat asam-asam lemak ini atau diberi nama dengan cara yang biasa dipakai
untuk penamaan suatu ester. Rantai hidrokarbon dalam suatu asam lemak dapat bersifat jenuh atau mengandung ikatan-ikatan rangkap (Fessenden et al, 2004).
[image:32.595.108.519.345.476.2]Buah kelapa sawit dapat menghasilkan dua macam minyak yaitu minyak inti sawit (Palm Kernel Oil/PKO) yang diperoleh dari inti kelapa sawit dan minyak kelapa sawit kasar (Crude Palm Oil/CPO) yang diperoleh dari bagian mesokarp kelapa sawit (Ketaren, 1986). Minyak sawit dapat dipisahkan menjadi dua fraksi yaitu fraksi padat yang disebut dengan stearin sawit dan fraksi cair yang disebut olein sawit (Mittelbach dan Remschmidt, 2004). Sifat fisik dan kimia serta komposisi asam lemak dari fraksi stearin sawit dan minyak sawit tercantum dalam Tabel 1. Komposisi asam lemak dari fraksi stearin sawit dan minyak sawit tercantum dalam Tabel 2.
Tabel 1. Sifat fisik dan kimia dari fraksi stearin sawit dan minyak sawit
Sifat Minyak sawit Stearin sawit
Bilangan iod 48-56 26.2-36.1
Bilangan penyabunan 190-202 193-206 Kandungan pengotor 0.4-0.5 0.4-0.5 Fraksi tak tersabunkan 0.2-0.5 0.1-1
[image:32.595.108.518.515.709.2]Titik leleh 30.5-37 43.1-55.6
Tabel 2. Komposisi asam lemak dari fraksi stearin sawit dan minyak sawit
Komposisi asam lemak (%) Minyak sawit Stearin sawit
Laurat (C12) 0.1-0.5 0.1-0.6
Miristat (C14) 0.4-0.8 0.7-1.8
Palmitat (C16) 46.6-53.4 45.3-74.8
Stearat (C18) 2.4-4.9 4.7-5.3
Oleat (C18:1) 38.2-42.6 29.5-43.2
Linoleat (C18:2) 6.7-11.8 6.5-8.6
Linolenat (C18:3) 0.1-0.3 0.1-.2
Arakhidonat (C20) 0.2-0.4 0.3-0.4
III. METODOLOGI
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan pada minggu ke III April sampai dengan minggu ke IV Juni 2007, bertempat di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian Leuwikoppo, dan Laboratorium Kimia Pangan Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Institut Pertanian Bogor.
B. Alat
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian adalah: 1. Reaktor biodiesel tipe kontinyu
Reaktor yang digunakan terdiri dari: a. Pompa methanol
Pompa methanol berfungsi untuk memompakan methanol sesuai laju aliran yang diinginkan. Besarnya laju aliran diatur dari bukaan stroke. b. Pompa minyak
Pompa minyak berfungsi untuk memompakan minyak sesuai dengan laju aliran yang diinginkan. Besarnya laju aliran diatur dari bukaan stroke. c. Pemanas methanol
Pemanas methanol berfungsi untuk memanaskan methanol sebelum methanol memasuki reaktor Pemanas methanol terdiri dari dua bagian yaitu evaporator dan superheater. Masing-masing bagian dilengkapi dengan dua buah pemanas elektrik. Besarnya suhu diatur melalui regulator pemanas dengan cara mengatur tegangan.
d. Reaktor
Reaktor yang digunakan merupakan reaktor jenis kolom gelembung. Reaktor mempunyai kapasitas 250 ml. Reaktor dilengkapi dengan pemanas listrik dan oil leveller untuk mengontrol volume dalam reaktor agar selalu tetap. Reaktor tidak hanya berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi tetapi juga sebagai separator. Seperti halnya pemanas methanol, besarnya suhu diatur melalui regulator pemanas dengan cara mengatur tegangan.
Reaktor berbentuk silinder dengan cekungan di bagian bawahnya. Volume reaktor sebesar 266.093 cm3 atau 0.266 liter. Reaktor tampak atas dapat dilihat pada Gambar 1. Bagian dalam reaktor terdapat inner tube yang mempunyai perforated plate baik di bagian atas maupun bagian bawah. Diameter perforated plate sebesar 4.3 cm, tinggi tabung bagian dalam sebesar 9 cm. Perforated plate bagian atas mempunyai 30 lubang berdiameter 4 mm, sedangkan perforated plate bagian bawah terdiri dari 31 lubang berdiameter 4 mm. Bagian dalam reaktor dengan perforated plate bawah dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 1. Reaktor kolom gelembung tampak atas
Gambar 2. Tabung bagian dalam reaktor dengan perforated plate bawah
e. Kondensor
Kondensor berfungsi sebagai penukar panas. Fluida penukar panas yang digunakan adalah air. Kondensor yang digunakan, berdasarkan alirannya, termasuk kondensor aliran berlawanan. Dengan adanya kondensor, produk yang keluar dari reaktor dalam bentuk gas, berubah menjadi cair.
[image:34.595.151.375.463.620.2]f. Penampung produk
Penampung produk berfungsi untuk menampung produk keluar reaktor yang dihasilkan setelah didinginkan oleh kondensor. Penampung produk terbuat dari gelas.
g. Katub-katub
Katub-katub berfungsi untuk membuka atau menutup jalan bagi methanol atau minyak yang mengalir, dan mengatur besar-kecilnya aliran.
h. Pipa-pipa
Pipa-pipa berfungsi sebagai tempat mengalirnya methanol, minyak, dan nitrogen
i. Kontrol suhu
Kontrol suhu berfungsi mengontrol suhu agar stabil sesuai suhu yang telah diset.
Bagan dari reaktor yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada Lampiran 3.
2. Timbangan digital
Timbangan digital digunakan untuk mengukur massa produk keluar reaktor yang masih mengandung sisa methanol dan massa produk. Massa produk keluar reaktor terdiri dari massa ME, TG, DG, MG, dan methanol. Massa produk yang dimaksudkan adalah massa produk keluar reaktor setelah metanol diuapkan yaitu terdiri dari massa ME, TG, DG, MG.
3. Gelas ukur
Gelas ukur berfungsi untuk mengetahui volume minyak yang digunakan atau ditambahkan
4. Botol sampel
Botol sampel berfungsi untuk menampung produk keluar reaktor dan produk. 5. Rotari evaporator
Rotari evaporator berfungsi untuk memisahkan sisa methanol dari produk keluar reaktor dengan cara menguapkan methanol.
C. Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian adalah:
1. Minyak sawit murni
[image:36.595.131.505.331.506.2]Minyak sawit murni yang digunakan dari Spectrum Chemical MFG.Corp.,Gardena, New Brunswick. Minyak sawit tersebut mempunyai karakteristik yang tercantum dalam Tabel 3. Alasan pemakaian minyak sawit jenis tersebut di atas adalah agar bahan baku yang digunakan seragam. Minyak sawit tersebut telah dibersihkan dari adanya bahan-bahan lain seperti belerang dan fosfor. Adanya bahan-bahan tersebut dalam bahan baku akan mempengaruhi hasil reaksi. Agar faktor yang akan mempengaruhi kualitas produk yang dihasilkan hanya laju aliran methanol dan suhu reaktor saja sesuai dengan tujuan penelitian maka dipilih bahan yang bebas dari adanya bahan-bahan lain.
Tabel 3. Karakteristik minyak sawit yang digunakan
Parameter Nilai
Nilai iodine 50-55
Kadar FFA sebagai oleic acid 0.1 %w/w
Kadar myristic acid 0.5-5.9 %w/w
Kadar palmitic acid 32-47 %w/w
Kadar stearic acid 2-8 %w/w
Kadar oleic acid 34-44 %w/w
Kadar linoleic acid 7-12 %w/w
2. Methanol
Methanol yang digunakan adalah methanol pro analys dari Merck, memiliki kemurnian ≥ 99.9%. Methanol akan dimurnikan terlebih dahulu di kolom dehidrasi sebelum dialirkan, sehingga kualitas methanol yang bereaksi menjadi seragam.
3. Nitrogen
Nitrogen digunakan untuk mencegah masuknya minyak ke dalam pipa-pipa methanol maupun kedalam pemanas methanol.
D. Parameter Penelitian
Kinerja reaktor dilihat dari keberhasilan reaksi. Parameter yang dijadikan acuan untuk menentukan keberhasilan reaksi adalah kadar metil ester dalam produk, adanya gliserol bebas dan yield. Parameter-parameter lain dalam SNI biodiesel (SNI 04-7182-2006) tidak diamati karena nilai dari parameter-parameter tersebut dipengaruhi oleh bahan baku yang digunakan dan bukan dipengaruhi oleh kinerja reaktor.
E. Metode Penelitian
Penelitian yang dilakukan meliputi penelitian pendahuluan berupa kalibrasi pompa methanol dan minyak serta penentuan laju aliran methanol terbaik dan penelitian inti yang terdiri dari proses produksi biodiesel pada suhu reaksi yang berbeda, penguapan methanol dari produk keluar reaktor dan analisa kualitas produk yang dihasilkan.
1. Kalibrasi pompa
Kalibrasi pompa bertujuan mengetahui besarnya aliran methanol atau minyak pada tiap bukaan stroke. Methanol dialirkan pada tiap bukaan stroke dan diukur volume yang keluar dari pipa tiap dua menit. Besarnya bukaan stroke
dan besarnya methanol yang dialirkan tiap menit diplot dalam suatu kurva dan dicari persamaan regresinya. Persamaan inilah yang dijadikan dasar pada saat ingin menentukan besarnya bukaan stroke agar didapat laju aliran yang diinginkan. Kurva kalibrasi pompa dan persamaannya dapat dilihat pada Lampiran 4.
2. Penentuan laju aliran methanol terbaik
Penentuan laju aliran methanol terbaik bertujuan untuk mengetahui berapakah besarnya laju aliran methanol yang digunakan untuk divariasikan suhu reaktornya. Pada tahapan ini dilakukan pembuatan biodiesel pada tiga laju aliran yang berbeda yaitu 1.5 ml/menit, 2.5 ml/menit, 3 ml/menit, dan 4 ml/menit pada suhu reaksi 290°C. Massa produk yang dihasilkan dijadikan dasar untuk menentukan laju aliran methanol terbaik. Dari keempat laju aliran tersebut, massa produk terbesar diperoleh saat laju aliran yang digunakan 3
ml/menit, sehingga untuk perlakuan pada suhu berbeda digunakan laju aliran methanol 3 ml/menit.
3. Proses produksi biodiesel
Proses produksi biodiesel dilakukan pada tiga suhu reaktor yang berbeda yaitu 250°C, 270°C, dan 290°C. Proses dimulai dengan mengalirkan nitrogen, setelah itu mengisi reaktor dengan minyak sebanyak ± 200 ml. Setelah itu nyalakan pemanas, atur tegangan pemanas dan set suhu yang diinginkan. Setelah dicapai suhu yang diinginkan, hidupkan kondensor dan nyalakan pompa methanol dengan bukaan stroke sesuai laju aliran yang diinginkan dan hentikan aliran nitrogen. Setelah itu nyalakan pompa minyak dan atur bukaan strokenya sesuai laju lair yang diinginkan. Sampel yang dihasilkan akan ditampung dalam penampung produk. Prosedur pengoperasian alat terdapat dalam Lampiran 3.
4. Penguapan methanol
Penguapan methanol bertujuan untuk memisahkan methanol dari produk. Alat yang digunakan adalah rotari evaporator.
5. Analisa kualitas produk
Analisa kualitas produk meliputi kadar Metil Ester (ME), trigliserida (TG), digliserida (DG), dan monogliserida (MG) yang terkandung dalam produk. Analisa kadar ME, TG, DG, dan MG dilakukan menggunakan TLC/FID (Thin Layer Chromatography/Flame Ionization detector).
F. Pengambilan data
Pengambilan data yang dilakukan meliputi suhu pemanasan methanol, suhu reaktor, massa produk keluar reaktor, massa produk, dan volume minyak yang dikonsumsi. Pengukuran massa produk keluar reaktor, suhu, dan volume minyak terkonsumsi dilakukan setiap 30 menit selama lima jam.
Pengukuran massa produk keluar reaktor dilakukan dengan cara sampel yang berada dalam penampung dialirkan ke botol sampel dan ditimbang bersama dengan botol sampel, sebelumnya telah diukur massa dari botol sampel. Pengukuran massa produk dilakukan dengan cara menimbang sampel yang telah diuapkan methanolnya. Pengukuran volume minyak terkonsumsi dilakukan
dengan cara menghitung volume minyak yang ditambahkan setiap 30 menit, setelah produk keluar dari reaktor dialirkan ke botol sampel. Pengambilan data suhu pemanasan methanol dan suhu reaktor dilakukan tiap awal percobaan.
Produk kemudian dianalisa kadar ME, TG, DG, dan MG. Produk dianalisa dengan TLC/FID. Analisa produk tidak dilakukan sendiri oleh penulis.
G. Pengolahan data
Hasil analisa kandungan ME, TG, DG, dan MG dalam %w/w, yang menyatakan prosentase massa suatu bahan terhadap massa campuran. Massa ME, TG, DG, MG dapat dicari dengan persamaan:
B
ME m
x
m = ×
100 ...(2) dimana:
mME = massa ME dalam produk (gram)
x = kadar ME (%w/w) mB = massa produk (gram)
Mol ME, TG, DG, MG dapat dicari dengan persamaan:
ME ME ME
mr m
n = ...(3) dimana:
nME = mol ME (mol)
mME = massa ME dalam produk (gram)
mrME = berat molekul ME (gram/mol)
[image:39.595.113.330.599.718.2]Rata-rata berat molekul dari ME, TG, DG, dan MG dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Berat molekul ME, TG, DG, dan MG
Bahan Berat molekul (gram/mol)
ME 287 TG 858 DG 603 MG 348 Sumber : Joelianingsih et al, 2007
Mol campuran dalam produk dihitung dengan persamaan berikut:
MG DG TG ME
total n n n n
n = + + + ………...…………(4)
dimana:
ntotal = mol campuran (mol)
nME = mol ME (mol)
nTG = mol TG (mol)
nDG = mol DG (mol)
nMG = mol MG (mol)
Konsentrasi ME, TG, DG, dan MG dihitung dari persamaan berikut:
% 100 ) / (% = × total ME mol mol ME n n
C ………...(5)
dimana:
CME = konsentrasi ME (%mol/mol)
nME = mol ME (mol)
ntotal = konsentrasi campuran (mol)
Yield didefinisikan sebagai rasio antara massa ME hasil reaksi terhadap massa minyak yang terkonsumsi, dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:
% 100 (%)= × myk ME m m yield ………...……(8 ) dimana:
mME = massa ME dalam produk (gram)
mmyk = massa minyak terkonsumsi (gram)
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Proses pembuatan biodiesel
Penelitian ini menggunakan reaktor kolom gelembung sistem kontinyu untuk produksi biodiesel tanpa katalis. Minyak cenderung susah larut dengan methanol. Beberapa cara produksi biodiesel tanpa katalis adalah dengan melakukan reaksi pada tekanan dan atau suhu tinggi. Pada penelitian ini digunakan bantuan suhu tinggi, baik suhu methanol maupun suhu reaktor.
Methanol diuapkan pada suhu 200°C atau 250°C, dan disesuaikan dengan suhu reaktor. Bila suhu reaktor yang digunakan 270°C atau 290°C maka methanol dipanaskan pada suhu 250°C. Bila suhu reaktor yang digunakan 250°C maka methanol dipanaskan pada suhu 200°C. Titik didih methanol adalah 65°C pada tekanan 1 atm, sedangkan titik kritis methanol adalah 239°C pada tekanan 8.09 MPa (Kusdiana, Saka, 2001). Pada tekanan ruang, methanol akan berada dalam fase uap super panas pada suhu yang digunakan.
Dalam reaktor ini, methanol dalam bentuk gas akan melewati perforated plate sehingga akan terbentuk gelembung-gelembung. Gelembung-gelembung methanol akan bertemu dengan minyak di dalam reaktor yang juga berada dalam suhu tinggi. Kontak antara metanol dengan minyak umpan merupakan faktor penting terhadap terjadinya reaksi metanolisis di dalam reaktor kolom gelembung. Semakin banyak kontak terjadi maka semakin besar peluang terjadinya reaksi dan semakin banyak produk yang terbentuk.
Produk yang keluar dari reaktor masih mengandung methanol. Pemisahan sisa methanol dengan ME dilakukan dengan penguapan menggunakan alat rotari evaporator. Penguapan methanol dilakukan dalam kondisi vakum, kecepatan putaran sebesar 75 rpm dan pada suhu 65°C.
Tipe reaktor kolom gelembung yang digunakan dalam penelitian ini adalah kontinyu, dimana bahan-bahan yang direaksikan yaitu minyak dan methanol diumpankan terus-menerus. Besarnya minyak maupun methanol yang diumpankan dapat diatur melalui stroke dari pompa. Pipa untuk minyak terpisah dari pipa methanol, methanol dan minyak baru bertemu di reaktor. Minyak yang
digunakan dalam penelitian ini adalah Refined Bleached Deodorized Palm Oil
(RBDPO). Minyak ini memiliki karakteristik membeku pada suhu ruang, sehingga sebelum minyak dialirkan, minyak dipanaskan terlebih dahulu. Adakalanya minyak membeku di dalam pipa-pipa, hal ini menyebabkan aliran menjadi terhambat, dan untuk mengatasinya minyak tidak lagi dialirkan melalui pompa tetapi dituang setiap 30 menit setelah produk diambil.
Lama waktu yang dibutuhkan dari proses pengaliran nitrogen sampai dengan produk pertama terbentuk sekitar tiga jam. Lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapai reaksi yang stabil tergantung pada suhu reaktor yang digunakan. Reaksi yang stabil ditandai dengan massa produk yang konstan dan nilai yield
yang besar.
Proses pembuatan biodiesel dengan cara ini memiliki beberapa kelebihan yaitu proses terjadi terus-menerus selama masih ada methanol maupun minyak yang diumpankan dan proses dilakukan pada tekanan ruang sehingga lebih aman. Kekurangan dari proses ini adalah perlu suhu tinggi dan untuk dicapai reaksi yang stabil dibutuhkan waktu yang lama.
B. Pengaruh laju aliran methanol terhadap kinerja reaktor berdasarkan massa produk
Penelitian pendahuluan yang dilakukan adalah menentukan pengaruh laju aliran methanol terhadap kinerja reaktor. Pada tahapan ini, biodiesel diproduksi pada empat laju aliran methanol yaitu 1.5 ml/menit, 2.5 ml/menit, 3 ml/menit, dan 4 ml/menit dengan suhu reaksi 290°C. Suhu reaksi yang digunakan adalah 290°C, dengan asumsi bahwa diantara tiga variasi suhu yang digunakan, suhu tersebut adalah suhu tertinggi. Sesuai dengan persamaan Arhennius, semakin tinggi suhu semakin besar pula nilai konstanta laju reaksi sehingga produk yang terbentuk semakin besar. Setelah diperoleh laju aliran metanol yang terbaik, dilakukan variasi terhadap suhu.
Salah satu parameter yang dijadikan sebagai acuan untuk menentukan laju aliran methanol yang terbaik adalah dari massa, baik massa produk maupun massa produk yang belum diuapkan methanolnya (massa produk keluar reaktor). Pada Gambar 3 dapat dilihat massa produk sebelum methanol diuapkan yang diperoleh
setiap 30 menit untuk keempat laju aliran. Massa terbesar dihasilkan pada laju aliran 4 ml/menit. Massa yang dihasilkan untuk laju aliran 2.5 dan 3 ml/menit tidak terlalu berbeda jauh, sedangkan massa terkecil dihasilkan pada laju aliran 1.5 ml/menit. 20 40 60 80 100 120
0 60 120 180 240 300 360
waktu (menit) m ass a p ro d u k seb e lu m m et h a n o l d iu a p kan ( g ra m )
1.5 ml/mnt 2.5 ml/mnt 3 ml/mnt 4 ml/mnt
[image:43.595.114.504.170.480.2]Linear (4 ml/mnt) Linear (2.5 ml/mnt) Linear (3 ml/mnt) Linear (1.5 ml/mnt)
Gambar 3. Pengaruh laju aliran methanol terhadap massa produk sebelum methanol diuapkan pada suhu reaksi 290°C
Kecepatan pertambahan massa produk keluar reaktor dapat dilihat dari gradien atau kemiringan garis regresi linier pada tiap laju aliran. Pada Gambar 3 dapat dilihat bahwa kecepatan pertambahan massa produk keluar reaktor terbesar pada laju aliran methanol 4 ml/menit. Kecepatan pertambahan massa produk keluar reaktor terkecil pada laju aliran 1.5 ml/menit. Massa produk keluar reaktor yang besar tidak menjamin bahwa massa produk yang dihasilkan juga besar.
Pengaruh laju aliran methanol terhadap massa produk pada suhu reaksi 290°C dapat dilihat pada Gambar 4. Laju aliran yang menghasilkan massa produk terkecil hingga terbesar secara berturut-turut yaitu 1.5 ml/menit, 2.5 ml/menit, 4 ml/menit, dan 3 ml/menit. Gambar 3 menunjukkan bahwa laju aliran 4 ml/menit menghasilkan massa produk keluar reaktor terbesar, tetapi setelah diuapkan
methanolnya massa produk yang dihasilkan pada laju aliran 4 ml/menit lebih kecil daripada laju alir 3 ml/menit. Hal ini dapat disebabkan oleh jumlah metanol yang terlalu berlebihan sehingga tidak semua metanol bereaksi dengan minyak. Metanol yang berbentuk uap dan belum bereaksi terbawa bersama produk. Sedangkan pada laju aliran 1.5 ml/menit dihasilkan massa produk yang rendah, hal ini disebabkan jumlah metanol yang terlalu sedikit. Perbandingan molar antara methanol dan minyak yang digunakan pada reaksi non katalitik lebih besar daripada reaksi katalitik. Reaksi katalitik menggunakan molar ratio sebesar 6, reaksi non katalitik dengan metanol pada kondisi superkritik menggunakan molar ratio sebesar 24-42, dan reaksi dengan kolom gelembung ini menggunakan molar ratio sebesar 81-226.
0 2 4 6 8 10 12 14
0 60 120 180 240 300 360
waktu (menit) m a s s a pr oduk ( gr a m )
1.5 ml/mnt 2.5 ml/mnt 3 ml/mnt 4 ml/mnt
[image:44.595.114.507.315.620.2]Log. (3 ml/mnt) Log. (4 ml/mnt) Log. (2.5 ml/mnt) Log. (1.5 ml/mnt)
Gambar 4. Pengaruh laju aliran methanol terhadap massa produk pada suhu reaksi 290°C
Secara kuantitas, yang dapat dilihat dari massa produk yang dihasilkan, laju aliran yang terbaik adalah 3ml/menit. Massa produk yang dihasilkan pada laju aliran methanol 3 ml/menit terbesar diantara ketiga laju aliran lainnya. Dari hasil inilah, laju aliran yang divariasikan suhu reaksinya adalah 3 ml/menit.
C. Pengaruh laju aliran methanol terhadap kinerja reaktor berdasarkan kadar ME dan gliserol bebas
Kinerja reaktor dilihat dari keberhasilan proses reaksi. Salah satu parameter untuk menilai keberhasilan proses reaksi adalah dari kadar ME dari produki yang dihasilkan. Pada Gambar 5 dapat dilihat bahwa dengan laju aliran 2.5 ml/menit, kadar ME yang dihasilkan lebih besar tetapi waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kadar ME diatas 95% lebih lama. Sedangkan untuk laju aliran 3 ml/menit, kadar ME berada pada kisaran 95%, dan dibutuhkan waktu lebih singkat untuk mencapai prosentase tersebut. Grafik untuk laju aliran 1.5 ml/menit terpotong karena massa produk yang dihasilkan pada titik-titik tersebut terlalu kecil sehingga tidak bisa dianalisa kadar ME, TG, DG, dan MG.
60 70 80 90 100
0 60 120 180 240 300 360
waktu (menit)
kad
ar
m
et
il
est
e
r (
%
w
/w
)
[image:45.595.118.508.312.605.2]1.5 ml/mnt 2.5 ml/mnt 3 ml/mnt 4 ml/mnt
Gambar 5. Pengaruh laju aliran methanol terhadap kadar ME pada suhu reaksi 290°C
Setelah 5 jam reaksi, kadar ME yang dihasilkan pada laju aliran 1.5 ml/menit adalah 97.1%, pada laju aliran 2.5 ml/menit adalah 96.7%, pada laju aliran 3 ml/menit adalah 94.9%, dan pada laju aliran 4 ml/menit sebesar 92.7%. Laju aliran metanol yang menghasilkan kadar ME sesuai dengan SNI adalah pada 1.5 ml/menit dan 2.5 ml/menit.
Peningkatan laju aliran methanol menyebabkan penurunan kadar ME dalam produk. Semakin besar laju aliran methanol, semakin banyak pula methanol yang menguap. Karena methanol yang menguap lebih banyak, uap methanol tidak hanya membawa ME tetapi juga TG, DG, maupun MG. Semakin banyak TG, DG, dan MG yang terbawa bersama uap methanol akan menyebabkan kadar ME dalam produk menurun.
[image:46.595.114.404.370.573.2]Reaksi yang sempurna menghasilkan gliserol bebas. Diantara ketiga laju aliran methanol, gliserol bebas dihasilkan pada laju aliran 3 ml/menit dan 2.5 ml/menit. Gliserol dihasilkan setelah empat jam reaksi. Gambar produk yang mengandung gliserol dapat dilihat pada Gambar 6. Produk yang mengandung gliserol terdiri dari dua layer, layer atas adalah produk yang berupa TG, DG, MG, dan ME dan layer bawah berupa gliserol bebas. Secara kualitas, dilihat dari kadar ME dalam produk dan dihasilkannya gliserol bebas, laju aliran methanol yang terbaik adalah 2.5 ml/menit.
Gambar 6. Produk yang mengandung gliserol bebas
D. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan massa produk
Produk yang dimaksudkan adalah campuran antara ME, TG, DG, dan MG. Grafik pengaruh suhu terhadap massa produk pada laju aliran metanol 3 ml/menit dapat dilihat pada Gambar 7. Dalam Gambar tersebut dapat dilihat bahwa massa produk terbesar dihasilkan pada suhu reaksi 290°C. Massa produk terendah dihasilkan pada suhu reaksi 250°C. laju produksi menyatakan banyaknya produk
yang trbentuk tiap jam. Laju produksi pada suhu 290°C sebesar 28.33 gram produk/jam. Laju produksi pada suhu 270°C sebesar 10.42 gram produk/jam. Laju produksi pada suhu 250°C sebesar 1.93 gram produk/jam.
0 5 10 15
0 60 120 180 240 300 360
waktu (menit)
m
a
s
s
a
pr
oduk
(
gr
a
m
)
[image:47.595.115.507.147.448.2]250 270 290 Log. (290) Log. (270) Log. (250)
Gambar 7. Pengaruh suhu reaktor terhadap massa produk pada laju aliran methanol 3 ml/menit
Hal ini sesuai dengan persamaan Arhennius yang menyatakan hubungan suhu terhadap konstanta laju reaksi, dimana semakin tinggi suhu reaksi, semakin besar pula nilai konstanta laju reaksi. Nilai konstanta laju reaksi sebanding dengan kecepatan reaksi. Semakin cepat reaksi akan semakin banyak pula produk terbentuk selama waktu tertentu.
Sebelum methanol masuk reaktor, methanol telah terlebih dahulu dipanaskan hingga berubah ke dalam fase gas. Semakin tinggi suhu reaksi yang digunakan, semakin tinggi pula suhu pemanasan methanolnya. Energi panas yang ditambahkan pada suatu zat akan digunakan untuk mengalahkan gaya-gaya tarik yang mengikat partikel-partikel penyusun zat tersebut sehingga akan mempermudah partikel dalam zat tersebut berikatan dengan partikel-partikel zat lain dan membentuk zat baru.
E. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan kadar ME
Salah satu parameter dalam menilai kinerja reaktor adalah kadar ME yang dihasilkan. Pengaruh suhu reaktor terhadap kadar ME pada laju aliran metanol 3 ml/menit dapat dilihat pada Gambar 8. Dalam Gambar 8 dapat terlihat bahwa dengan suhu 290°C kadar ME diatas 95% lebih cepat tercapai. Sedangkan untuk kedua suhu lainnya dibutuhkan waktu yang lebih lama agar dicapai kadar ME diatas 95%. Semakin rendah suhu yang dipakai, semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kadar ME diatas 95%.
50 60 70 80 90 100
0 60 120 180 240 300 360
waktu (menit)
K
a
d
a
r M
E
(
%
w/
w)
[image:48.595.117.507.256.513.2]250 270 290
Gambar 8. Pengaruh suhu reaktor terhadap terhadap kadar ME pada laju aliran methanol 3 ml/menit
Setelah lima jam reaksi diperoleh kadar ME untuk suhu reaktor 250°C sebesar 97.7%, untuk suhu reaktor 270°C sebesar 96.5%, dan untuk suhu reaksi 290°C sebesar 94.9%. Kenaikan suhu reaktor menyebabkan penurunan kadar ME dalam produk. Hal ini dapat disebabkan oleh TG, DG, dan MG yang ikut menguap dan terbawa oleh uap methanol. Semakin banyak TG, DG, dan MG yang ikut menguap dan terbawa uap methanol, semakin rendah pula kadar ME dalam produk.
SNI menetapkan bahwa kadar ME dalam produk minimum 96.5%. Setelah lima jam reaksi, kadar ME terbesar dihasilkan pada suhu reaksi 250°C dan
terkecil pada suhu reaksi 290°C. Jika dibandingkan dengan standar yang ada (SNI 04-7182-2006), kadar ME yang dihasilkan pada suhu reaksi 290°C sedikit di bawah standar. Kadar ME yang dihasilkan pada suhu reaksi 270°C dan 250°C telah memenuhi standar SNI.
F. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan komposisi produk
Reaksi pembentukan biodiesel terdiri dari tiga tahapan reaksi, tiap tahapan reaksi menghasilkan ME. Pada tahap-tahap awal reaksi, reaksi belum terjadi secara sempurna, hal ini dapat dilihat dari masih adanya TG, DG, MG pada produk. Semakin lama, jumlah ME akan semakin besar dan jumlah TG, DG, dan MG akan semakin kecil.
Komposisi produk pada suhu reaksi 290°C dapat dilihat pada Gambar 9. Setelah bereaksi selama 30 menit, kadar TG dalam produk masih lebih tinggi daripada DG maupun MG. Hal ini menandakan bahwa reaksi belum terjadi secara sempurna, masih banyak yang berada pada tahap satu dan tahap dua. Semakin lama, kadar ME semakin besar dan kadar TG, DG, maupun MG semakin kecil.
0 20 40 60 80 100
0 60 120 180 240 300 360
waktu (menit)
k
o
m
p
o
s
is
i (
%
w
/w
)
[image:49.595.115.506.440.676.2]ME TG FFA DG MG
Gambar 9. Komposisi produk yang dihasilkan pada suhu reaksi 290°C
0 20 40 60 80 100
0 60 120 180 240 300 360
waktu (menit) k om pos is i ( % w /w )
[image:50.595.117.502.88.313.2]ME TG FFA DG MG
Gambar 10. Komposisi produk yang dihasilkan pada suhu reaksi 270°C
Komposisi produk yang dihasilkan pada suhu reaksi 270°C dapat dilihat pada Gambar 10. Setelah reaksi berlangsung selama 30 menit, bila dibandingkan dengan reaksi yang terjadi pada suhu 290°C, kadar TGnya lebih kecil. Kadar MG disepanjang reaksi cenderung sama dengan DG.
0 20 40 60 80 100
0 60 120 180 240 300 360
waktu (menit) ko m p osi s i ( % w /w )
ME TG FFA DG MG
Gambar 11. Komposisi produk yang dihasilkan pada suhu reaksi 250°C
Komposisi massa produk pada suhu 250°C dapat dilihat pada Gambar 11. Pada 30 menit setelah reaksi, kadar TG paling tinggi dibandingkan pada kedua
[image:50.595.119.504.427.666.2]suhu reaksi lainnya. Sepanjang reaksi terlihat kadar TG, DG, maupun MG yang lebih besar dari kedua suhu reaksi lainnya.
G. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan yield
Yield menyatakan perbandingan antara massa ME yang dihasilkan dengan massa minyak yang diumpankan. Reaksi yang baik adalah bila nilai yield
mendekati 100% karena berarti semua minyak yang diumpankan bereaksi dengan sempurna. Perbandingan nilai yield tiap satuan waktu pada tiga suhu reaksi dapat dilihat pada Gambar 12. Dari Gambar tersebut dapat dilihat bahwa nilai yield
[image:51.595.113.508.334.598.2]paling besar dihasilkan pada suhu reaksi 290°C. Yield yang paling rendah dihasilkan pada suhu reaksi 250°C. Nilai yield yang rendah menandakan bahwa reaksi berjalan lambat.
Gambar 12. Pengaruh suhu terhadap nilai yield pada laju aliran methanol 3 ml/menit
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa reaksi pada suhu 290°C membutuhkan waktu paling singkat untuk mencapai yield yang besar. Nilai yield
mengalami kenaikan dari awal reaksi. Setelah tiga setengah jam reaksi, diperoleh nilai yield sekitar 90%. Reaksi pada suhu 270°C membutuhkan waktu selama 150 menit untuk mencapai kenaikan yield. Sampai dengan lima jam reaksi nilai yield
yang dihasilkan berkisar pada 80%. Reaksi pada suhu 250°C paling lambat di antara yang lain. Nilai yield mulai mengalami kenaikan setelah empat jam reaksi. Sampai dengan lima jam reaksi, nilai yield yang dihasilkan berkisar pada 20%. Semakin tinggi suhu reaktor, semakin cepat pula reaktor menghasilkan nilai yield
yang besar.
H. Pengaruh suhu reaktor terhadap kinerja reaktor berdasarkan dihasilkannya gliserol bebas
Gliserol terbentuk bila reaksi telah sempurna sampai tahap akhir, karena pada tahap tiga yang merupakan tahap akhir, MG bereaksi dengan methanol dan membentuk ME dan gliserol. Pada suhu reaksi 290°C dihasilkan gliserol setelah reaksi berlangsung selama empat jam. Sedangkan pada suhu reaksi 270°C dan 250°C tidak dihasilkan gliserol sampai dengan lima jam reaksi. Massa gliserol yang dihasilkan pada menit ke 240-270 sebesar 1.38 gram dan massa gliserol yang dihasilkan pada menit 270-300 sebesar 1.36 gram.
Gliserol belum terbentuk sampai dengan lima jam reaksi pada suhu 270°C dan 250°C. Hal ini dapat disebabkan oleh laju reaksi yang lambat bila dibandingkan pada suhu reaksi 290°C.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Kesimpulan-kesimpulan yang didapatkan dari penelitian ini yaitu:
1. Dalam proses produksi biodiesel secara non-katalitik, laju aliran methanol dan suhu reaktor berpengaruh terhadap kinerja reaktor kolom gelembung yang digunakan.
2. Kinerja terbaik reaktor dicapai pada suhu reaktor 290°C, karena pada suhu tersebut dihasilkan produk dengan massa terbesar, dihasilkan gliserol dan nilai
yield lebih cepat meningkat. Laju produksi pada suhu 290°C sebesar 28.33 gram produk/jam.
3. Secara kuantitas, berdasarkan massa produk yang dihasilkan, kinerja terbaik reaktor dicapai pada laju aliran methanol 3 ml/menit. Akan tetapi secara kualitas, kinerja terbaik reaktor dicapai pada laju aliran methanol 2.5 ml/menit karena dihasilkan kadar ME sesuai SNI 04-7182-2006 dan gliserol bebas setelah empat jam reaksi.
B. Saran
Beberapa hal yang dapat dilakukan dalam mengembangkan penelitian ini adalah:
1. Perlu diberikan pemanas untuk minyak, baik untuk minyak yang akan dipompakan maupun di sepanjang pipa yang dilalui minyak agar minyak tidak membeku dan menghambat supply minyak ke reaktor
2. Perlu dilakukan penelitian pada laju alir 2.5-3 ml/menit dengan suhu reaksi pada kisara
