Pengaruh Kadar Kalium Abu Kulit Buah Kelapa dalam Mengkatalisis Reaksi Transesterifikasi Crude Palm Oil (CPO) Menjadi Metil Ester

(1)

PENG

KE

TRA

GARUH

ELAPA D

ANSEST

DE

UNIV

H KADA

DALAM

TERIFIK

MENJA

DONI

PARTE

FAKU

VERSITA

OK

AR KALI

M MENG

KASI

CR

ADI ME

SKRIP

Oleh

I HERMA

090405

EMEN TE

ULTAS

AS SUM

KTOBE

IUM AB

GKATAL

RUDE PA

TIL EST

PSI

h

ANTO SH

048

EKNIK

TEKNI

MATERA

R 2013

BU KULI

LISIS R

ALM OI

TER

HB

KIMIA

IK

A UTAR

IT BUA

REAKSI

IL

(CPO

A

RA

AH

(2)

(3)

Saya meny

ntuk meleng en Teknik a ketahui, sk

ah dipublik an di lingk

tau instans kan sebagaim

pernyataan a atau meru ngan aturan

NYATAA

ngan sesung

DAR KALI S REAKSI (CPO) M

gkapi seba Kimia Faku kripsi ini bu kasikan atau kungan Uni si manapun mana mesti n ini di buat

upakan has yang berlak

agian persy ultas Tekni ukan merup u yang pern

iversitas Su n, kecuali

hwa skripsi

KULIT BU STERIFIK METIL ES

aratan men ik Universit pakan tiruan nah dipakai umatera Ut bagian y

njadi Sarjan tas Sumater n atau dupli i untuk me tara maupu ang sumbe

ari terbukti a bersedia m ikasi dari sk endapatkan un di Pergu

er informa

bahwa ini b menerima s

(4)

Skripsi de

PENGA MENGK

dibuat unt Teknik K diujikan p memenuhi Teknik Un

Mengetahu Koordinato A.n. Sekret

Dr. Ir. Fatim NIP. 19640

tuk meleng Kimia Fakul

pada sidang i syarat/ sa niversitas Su

ui, or Skripsi

taris

gkapi persya ltas Teknik g sarjana p

aratan menj k Universit

pada tangg skripsi pad ara.

jadi Sarjana tas Sumater gal 23 Okto

a Departem

Dosen Pembim

Dr. Ir. Muh NIP. 19620

Dosen Penguj

r. Renita Man NIP. 1968121 819 198903

ji II

nurung, MT. 14 199702 2

APA DALA DE PALM

pada Depart Skripsi ini dan dinya k Kimia Fak

(5)

Puji dan engaruh Ka Transesterifi

an hasil pen epartemen T

i merupakan

enelitian in ifikasi sehin

an kulit bu Dengan ini untuk meng si transester

melakukan pkan terima

tonga, MT

ntuk memb skripsi ini d

menyadari b mengharapk kripsi ini m

ehadirat Tu dapat dise dar Kalium ikasi Crud

nelitian yang Teknik Kim n salah satu

ni diperoleh ngga dipero uah kelapa eri pengara dapat selesai

ahwa skrip kan saran d

emberikan m

PRAKA

uhan Yang elesaikan. T m Abu Kul

de Palm

g penulis la mia Fakulta u syarat untu

h kadar kali oleh yield

600 o_{C de}

ketahui dan on kalium ya

hingga pe ng sebesar-b sen pembim ahan, disku i dengan ba

psi ini masih

akukan di L as Teknik U uk mendapa

ium yang m optimum m engan kada

n ditentuka ang dapat d

enulisan sk besarnya ke mbing yang usi dan bim elapa dalam ) Menjadi aboratorium Universtas atkan gelar s

mampu men metil ester p ar kalium o

an tempera dimanfaatka

kripsi ini, epada Dr. I

telah berse mbingan se

sempurna,

atas rahmat n skripsi de m Mengkat i Metil E m Proses In Sumatera U sarjana tekn

ngkatalisis r pada tempe optimum se atur pemba an sebagai k

penulis ba

Ir. Muham

edia meluan erta perset

, oleh karen aan skrips u pengetahu

(6)

iv

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1. Kedua orang tua penulis, L. Sihombing dan L. br. Siburian yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

2. Seluruh keluarga penulis terutama adikku, Chaprin H Sihombing, Roberto H Sihombing dan Petrus Joy Sihombing yang telah memberikan doa kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

3. Bapak Dr.Ir. Muhammad Yusuf Ritonga, MT yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian hingga penulisan skripsi ini.

4. Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si sebagai dosen penguji I yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.

5. Ibu Ir. Renita Manurung, MT sebagai dosen penguji II yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.

6. Ibu Dr. Ir. Iriany, M.Si, selaku Koordinator penelitian Jurusan Teknik Kimia USU yang telah memberikan saran, motivasi dan semangat dalam menyelesaikan penelitian dan skripsi ini.

7. Allen R. Sihotang atas kerjasamanya selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

8. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia, khususnya semua stambuk 2009 yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.

9. Teman-teman Kelompok Kecil Doulos-Abigail (B’Hendro M, K’Rotua P, Daud P, Irekha P, Novalia S) dan adik-adik Kelompok Kecil BOC_ImagoDei (Dameriana M, Zaswin F,H., Salmon S, Maye C,S) yang memberikan doa, dukungan dan semangat kepada penulis.

(7)

Asal S swa yang di swa PPA ta el yang telah ammad Yus

gai Katalis Ester”, Jurn

RIWAYA

geri 1 Batan

geri 1 Batan iperoleh: ahun 2010, 2

anisasi: Pelayanan Kebaktian.

Pelayanan Kelompok K n Mahasisw

2012/2013 eaktor Fasa

h dipublikas suf Ritong

Pada Rea

nal Teknik K

AT HIDU

at, tanggal la orang tua t orang tua bolga Aek uli Selatan 3 Perk. Bata ngtoru tahun Filipi perio Filipi perio k Kimia ( Sekretaris Filipi perio

pi.

ndustri Kim 2013 modul m jurnal:

nfaatan Ab sterifikasi M

3).

NULIS

ni Hermanto 405048 angtoru, 23 ihombing d Br. Siburian

Kec. Batan

un 1997-200 06

09

s Sumatera U ode 2011/20 ode 2012/20 HIMATEK

Bidang ode 2013/20 mia Departe

l Pembuata

u Kulit Bu

ngtoru Kab

03

Utara 012 sebaga 013 sebaga K) FT USU

Sosial da 014 sebaga emen Tekni

(8)

vi

ABSTRAK

Transesterifikasi merupakan reaksi yang digunakan untuk memproduksi metil ester dimana reaksi ini melibatkan katalis dari abu kulit buah kelapa hasil pembakaran pada temperatur 550, 600, 650 o_{C selama 8 jam dan jumlah abu yang}

di gunakan sebesar 1% (b/b). Abu yang digunakan di larutkan dalam 75 ml metanol untuk mendapatkan senyawa kalium metoksida dan untuk mengetahui kadar logam kalium dianalisis dengan AAS (Atomic Absorption Spectrophotometer). Minyak sawit di lakukan proses degumming dengan

penambahan 0,6% (b/b) H3PO4 85% untuk menghilangkan getah kemudian di

esterifikasi dengan katalis 3,0% (b/b) H2SO4 98% untuk menurunkan FFA

menjadi <1%. Reaksi transesterifikasi dilakukan pada temperatur reaksi 65 o_C

selama 2 jam, rasio molar metanol:CPO adalah 6:1 (n/n) dan pengadukan tetap 500 rpm. Yield optimum metil ester yang dihasilkan adalah pada kadar kalium

8,378% hasil temperatur pembakaran kulit buah kelapa 600 o_{C sebesar 71,38%}

dan berdasarkan analisa GC (Gas Chromatography) diperoleh kemurnian metil

ester sebesar 92,99%, gliserol terikat 4,62%, gliserol bebas 2,39%.

(9)

ABSTRACT

Transesterification is the reaction to produce methyl esters with coconut shell burnt ash at temperature of 550, 600, 650 °C for 8 hours and uses 1% (w/w) of ash as the catalyst. Ash used was dissolved in 75 ml of methanol to obtain potassium methoxide compound and was analyzed by AAS (Atomic Absorption Spectrophotometer) to determine potassium content. Palm oil was involved in the

processing stage of degumming with the addition of 0,6% (w/w) H3PO4 85% to

remove gum then followed by an esterification reaction using 3,0% (w/w) H2SO4

98% as the catalyst to reduce FFA<1%. The temperature of transesterification reaction was at 65 °C for 2 hours, ratio of methanol:CPO 6:1 (n/n) and agitation speed of 500 rpm. The optimum yield of 71,38% methyl esters is obtained by 8,378% potassium shell burnt ash at temperature of 600 ° C, 1% (w/w) of ash and based on GC (Gas Chromatography) 92.99% of purity methyl ester, 4.62% of

total glycerin, 2.39% of free glycerin.

(10)

viii

DAFTAR ISI

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

DAFTAR ISI viii

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

DAFTAR SINGKATAN xiv

DAFTAR SIMBOL xv

DAFTAR LAMPIRAN xvi

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 3 1.3 TUJUAN PENELITIAN 3 1.4 MANFAAT PENELITIAN 3 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5 2.1 BAHAN BAKU CRUDE PALM OIL (CPO) 5

2.2 PROSES DEGUMMING 6

2.3 PROSES PEMBUATAN METIL ESTER 7 2.3.1 Proses Esterifikasi 7 2.3.2 Proses Transesterifikasi 9 2.4 PERBEDAAN SISTEM KATALIS YANG DIGUNAKAN 12

DALAM MEMPRODUKSI METIL ESTER

(11)

2.6 BEBERAPA APLIKASI FATTY ACID METHYL ESTER (FAME) 16 2.6.1 Monogliserida dan Digliserida 16

2.6.2 Sabun 17

2.6.3 Gliserol 17

2.7 ANALISA EKONOMI 17

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 21 3.1BAHAN DAN PERALATAN 21 3.1.1 Bahan Penelitian 21 3.1.2 Peralatan Penelitian dan Analisa 21 3.2 RANCANGAN PENELITIAN 21 3.3 PROSEDUR PENELITIAN 22 3.3.1 Tahap Preparasi Abu Kulit Buah Kelapa 22 3.3.2 Analisa Bahan Baku 22 3.3.2.1 Pre-treatment Bahan Baku CPO 22

3.3.2.2 Analisa Kadar FFA (Free Fatty Acid) 23

(12)

x

3.7 DIAGRAM BLOK PEMANFAATAN ABU KULIT BUAH 33 KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM PROSES

PEMBUATAN METIL ESTER

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 34 4.1 ANALISA BAHAN BAKU CPO (CRUDE PALM OIL) 34

4.1.1 Analisa Proses Degumming 35 4.1.2 Analisa Proses Esterifikasi 36 4.2 ANALISA KADAR KALIUM DARI ABU KULIT

BUAH KELAPA 37

4.3 ANALISA YIELD 40

4.4 KEMURNIAN METIL ESTER (%) 41 4.5 ANALISA DENSITAS 45 4.6 ANALISA VISKOSITAS KINEMATIK 46 4.7 ANALISA TITIK NYALA 47 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 48

5.1 KESIMPULAN 48

5.2 SARAN 49

(13)

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Reaksi Asam Lemak dengan Katalis Membentuk Sabun 7 Gambar 2.2 Reaksi Esterifikasi dari Asam Lemak menjadi Metil Ester 8 Gambar 2.3 Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida Menjadi Metil Ester 10 Gambar 2.4 Tahap Reaksi Transesterifikasi 10 Gambar 2.5 Reaksi Kalium Karbonat dalam Metanol 12 Gambar 2.6 Hasil Reaksi Transesterifikasi Yang Tidak Sempurna 16 Gambar 2.7 Reaksi Pembentukan Asam Lemak dari Etil Ester 17 Gambar 2.8 Reaksi Pembentukan Sabun 17 Gambar 3.1 Flowchart Tahap Preparasi Abu Kulit Buah Kelapa 27 Gambar 3.2 Flowchart Tahap Pretreatment CPO 27 Gambar 3.3 Flowchart Tahap Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas 28 Gambar 3.4 Flowchart Proses Esterifikasi 29 Gambar 3.5 Flowchart Proses Transesterifikasi 30 Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas 31 Gambar 3.7 Flowchart Analisis Viskositas 32 Gambar 3.8 Flowchart Analisis Titik Nyala 32 Gambar 3.9 Diagram Blok Pemanfaatan Abu Kulit Kelapa Sebagai Katalis

dalam Proses Pembuatan Metil Ester 33 Gambar 4.1 Kromatogram Komposisi Asam Lemak CPO 34 Gambar 4.2 Penurunan Kadar ALB Setelah Esterifikasi 37 Gambar 4.3 Pengaruh Temperatur Pembakaran Abu Kulit Buah Kelapa

terhadap Kadar Kalium 38 Gambar 4.4 Pengaruh Kadar Kalium terhadap Yield Metil Ester 40 Gambar 4.5 Pengaruh Kadar Kalium terhadap Kemurnian Metil Ester 42 Gambar 4.6 Pengaruh Kadar Kalium terhadap Gliserida pada Metil Ester 42 Gambar 4.7 Mekanisme Tahapan Reaksi Transterifikasi 43 Gambar 4.8 Pengaruh Kadar Kalium terhadap Gliserol Bebas

dari Metil Ester 44

(14)

xii

Gambar L4.3 Foto Hasil Esterifikasi 66 Gambar L4.4 Foto Hasil Transesterifikasi 66 Gambar L4.5 Foto Pencucian Metil Ester 67 Gambar L4.6 Foto Pengeringan Metil Ester 67 Gambar L4.5 Foto Hasil Metil Ester 68 Gambar L5.1 Kurva Kalibrasi Kalium 69 Gambar L5.2 Hasil Analisa AAS Kadar Kalium Abu Kulit Buah Kelapa 69 Gambar L5.3 Standar CPO (Crude Palm Oil) 70

Gambar L5.4 Komposisi CPO Hasil Analisa GC-MS 71 Gambar L5.5 Komposisi CPO Hasil Analisa GC-MS 72 Gambar L5.6 Hasil Analisa GC (Suhu Pembakaran 550o_{C, 1%)} ₇₃

Gambar L5.7 Hasil Analisa GC (Suhu Pembakaran 550o_{C, 1%)} ₇₄

Gambar L5.8 Hasil Analisa GC (Suhu Pembakaran 600o_{C, 1%)} ₇₅

Gambar L5.9 Hasil Analisa GC (Suhu Pembakaran 600o_{C, 1%)} ₇₆

Gambar L5.10 Hasil Analisa GC (Suhu Pembakaran 650o_{C, 1%)} ₇₇

(15)

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1.1 Data produksi CPO Indonesia 1 Tabel 2.1 Komposisi CPO 5 Tabel 2.2 Komposisi Trigliserida Asam Lemak pada Minyak Sawit 6 Tabel 2.3 Kandungan Minor (Komponen non-Trigliserida) Minyak Sawit 6 Tabel 2.4 Komposisi Posfolipid 7 Tabel 2.5 Sifat Fisik Hasil Esterifikasi CPO 9 Tabel 2.6 Jenis Katalis untuk Pembuatan Metil Ester 13 Tabel 2.7 Senyawa Utama Abu Kelapa (% berat) 15 Tabel 2.8 Hasil Uji Katalis Mineral Alami 15 Tabel 2.9 Rincian Biaya Pembuatan Metil Ester dengan Pemanfaatan

Katalis Abu Kulit Buah Kelapa 19 Tabel 3.1 Rancangan Penelitian 21 Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 35

Tabel 4.2 Kadar Asam Lemak Bebas (FFA) CPO 36 Tabel 4.3 Kandungan Kadar Kalium 38 Tabel 4.4 Yield Metil Ester 40

(16)

xiv

DAFTAR SINGKATAN

AAS Atomic Absorption Spechtrophotometer

ALB Asam Lemak Bebas BM Berat Molekul CPO Crude Palm Oil

FFA Free Fatty Acid

GC Gas Chromatography

GC-MS Gas Chromatography Mass Spechtrophometry

MPOB Malaysian Palm Oil Board

(17)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

T Suhu ºC

R Konstanta gas umum cal/gmol K E Tenaga aktivasi cal/gmol A Faktor tumbukan

K Konstanta kecepatan reaksi

N Normalitas N

V Jumlah Volume larutan NaOH terpakai

ml

M Berat molekul FFA CPO Gr/mol

W Berat Sampel gram

(18)

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 55

L1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU 55 MINYAK SAWIT MENTAH CPO HASIL ANALISA GC-MS

L1.2 KOMPOSISI ASAM LEMAK BAHAN BAKU 55 MINYAK SAWIT MENTAH CPO HASIL ANALISA GC-MS

L1.3 KADAR ASAM LEMAK BEBAS (FFA) CPO 56 L1.4 PERHITUNGAN KADAR KALIUM DENGAN 56

ALAT UJI AAS (ATOMIC ABSORPTION SPECTROPHOTOMETER)

LAMPIRAN 2 DATA PENELITIAN 57 L2. 1 DATA DENSITAS METIL ESTER 57 L2.2 DATA VISKOSITAS KINEMATIKA METIL ESTER 57 L2.3 DATA TITIK NYALA METIL ESTER 57 L2.4 DATA TITIK YIELD METIL ESTER 58

LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 59 L3.1 PERHITUNGAN KADAR KALIUM DENGAN UJI 59

ALAT AAS

L3.2 PERHITUNGAN KADAR FFA 60 L3.2.1 Perhitungan Kadar FFA Minyak Kelapa Sawit 60

Sebelum Esterifikasi Perhitungan FFA CPO setelah 1 hari L3.2.2 Perhitungan Kadar FFA Sesudah Esterifikasi 61

(19)

LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 65 L4.1 FOTO PEMBAKARAN ABU KULIT BUAH KELAPA 65 L4.2 FOTO PROSES ESTERIFIKASI DAN 65

TRANSESTERIFIKASI

L4.3 FOTO HASIL ESTERIFIKASI 66 L4.4 FOTO HASIL TRANSESTERIFIKASI 66 L4.5 FOTO PENCUCIAN METIL ESTER 67 L4.6 FOTO PENGERINGAN METIL ESTER 67 L4.7 FOTO HASIL METIL ESTER UNTUK 9 RUN 68 LAMPIRAN 5 HASIL ANALISA AAS KADAR KALIUM DAN GC 69

DARI METIL ESTER

L5.1 HASIL ANALISA AAS KADAR KALIUM ABU KULIT

BUAH KELAPA 69

L5.2 HASIL ANALISA GC-MS KOMPOSISI CPO 70 L5.3 HASIL ANALISA GC

(SUHU PEMBAKARAN 550O_{C, 1%)} ₇₃

L5.4 HASIL ANALISA GC

(SUHU PEMBAKARAN 600O_{C, 1%)} ₇₅

L5.5 HASIL ANALISA GC