PERANCANGAN PROSES
PRODUKSI BIODIESEL DARI MINYAK BIJI
NYAMPLUNG (Calophyllum inophyllum L.)
SAHIRMAN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi PerancanganProses Produksi Biodiesel dari Minyak Biji Nyamplung (Calophyllum inophyllum L.) adalah karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, Januari 2009
Sahirman
NIM F361040141
ABSTRACT
SAHIRMAN. Process Design of Biodiesel Production from Alexandrian Laurel Seed Oil (Calhyllum inophyllum L.). Supervised by ANI SURYANI, DJUMALI MANGUNWIDJAJA, R. SUDRADJAT and SUKARDI.
Biodiesel that can be used directly or mixed with diesel oil is a promising alternative diesel fuel obtained from vegetable oils, animal fats, or waste oils by transesterifying the oil or fat with an alcohol such as methanol. The aim of this research was to design a process of biodiesel production by esterification and transesterification of Alexandrian laurel seed oil. Results show that the best esterification process is obtained at the temperature of 58.1oC, stirring speed of 300 rpm, HCl catalyst of 5.9% from FFA content, and the methanol-FFA molar ratio of 22.2:1. Under this esterification condition, the resulted pseudo second-order kinetics are constant of reaction rate (k) = 0.1733 (liter/mol minutes), activation energy (Ea) = 5.202 kcal/mol (21.7 kJ/mol), and rate of esterification reaction (res) = 537.4 exp -2618/T[FFA]
t2. The best transesterification process is obtained at the temperature of
60oC, stirring speed of 400 rpm, NaOH catalyst of 1.1% from oil, and the methanol
– oil molar ratio of 6.3:1. Under this transesterification condition, the resulted second order kinetics are constant of reaction rate (k) = 0.025 liter / mol minutes, activation energy = 3.7352 kcal/mol (15.6 kJ/mol) and rate of transesterification reaction (rt)= 6.9 exp (-1879.8/T) ([TG]o – x) ([M]o-3x).
The results show that Alexandrian laurel seed biodiesel oil properties including flash point, water and sediment content, sulfur content, copper strip corrosion, cetane number, free glycerin content, total glycerin content, phosphorus content, 90% recovery distillation temperature (T90), iodine number, and ester of alkyl content satisfy the SNI 04-7182-2006 standards where are kinematics viscosity, cloud point, acid number, carbon residue, and sulfated ash content deviate slightly. The results of stationer performance test indicated that the consumptions of biodiesel-solar mixture from 0% to 30% biodiesel (liter/hour) are not different but the consumption level increase when biodiesel concentration is more than 30%. The test on the effects of biodiesel on engine performance indicated that the amount of deposit found in cylinder head and piston in 0-30% biodiesel mix is slightly different. Meanwhile, in 50% biodiesel mix, the amount of deposit is significantly high indicating an imperfect combustion. Financial analysis at the optimum production capacity of 93.46 kg biodiesel/hour, 16 percent of interest rate, and 10 years of project lifetime showed that biodiesel production is feasible with PBP of 4 years and 11 months; NPV of Rp366,166,219; IRR of 33.54%; net B/C ratio of 2.1; and ROI of 0.23.
RINGKASAN
SAHIRMAN. Perancangan Proses Produksi Biodiesel dari Minyak Biji Nyamplung (Calhyllum inophyllum L.). Dibimbing oleh ANI SURYANI, DJUMALI
MANGUNWIDJAJA, R. SUDRADJAT dan SUKARDI.
Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) bersama dengan Pokja Bahan Bakar Nabati (BBN) menargetkan produksi biodiesel Indonesia pada tahun 2005-2009 adalah 2 % dari solar (0,72 juta kl) dan pada tahun 2010-2015 sebesar 3 % dari solar (1,5 juta kl). Penggunaan minyak jarak pagar sebagai bahan baku biodiesel masih bermasalah karena rendahnya produktivitas tanaman jarak pagar sedangkan penggunaan minyak sawit sebagai bahan baku biodiesel bermasalah karena berkompetisi penggunaannya sebagai bahan pangan. Kondisi tersebut memacu pencarian bahan baku lain yang juga kompetitif, salah satunya adalah minyak biji nyamplung (Calophyllum inophyllum L.). Target
produksi biodiesel 0,72 juta kl diperkirakan dapat dipenuhi oleh produksi sekitar 352 ribu ha nyamplung, yang lebih rendah dari jarak pagar yaitu 480 ribu ha namun masih lebih tinggi dari kebutuhan areal kelapa sawit yaitu 160 ribu ha. Akan tetapi permasalahannya adalah apakah minyak biji nyamplung dapat diproses menjadi biodiesel yang dapat memenuhi standar dan bagaimana rancangan prosesnya yang sesuai?
Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan rancangan proses produksi biodiesel dari minyak biji nyamplung melalui reaksi esterifikasi dan transesterifikasi sehingga dapat menghasilkan produk yang mempunyai kelayakan teknis maupun finansial.
Perancangan proses terdiri atas: analisis peluang dan permasalahan; kreasi proses (sintesis proses) dan pengembangan proses. Analisis peluang dan permasalahan dilakukan melalui survei liteteratur. Kreasi proses pada dasarnya adalah sintesis proses yang dilakukan melalui pengumpulan data dasar dan percobaan laboratorium. Pengembangan proses adalah pembuatan rancangan rinci (detail desain) berdasarkan data sintesis proses melalui integrasi proses, simulasi
model, optimasi dan analisis kelayakan teknis dan finansial terhadap rancangan yang dikembangkan.
Sintesis proses yang dilakukan meliputi pemilihan jalur proses, optimasi kondisi proses, analisis pemodelan kinetika dan analisis produk. Pemilihan jalur proses didasarkan pada karakteristik bahan baku. Optimasi proses dilakukan untuk mendapatkan respon optimum menggunakan metode permukaan respon (Surface Respon Methode). Pengolahan data optimasi proses menggunakan program Minitab
14 dan SAS V6.12. Analisis pemodelan kinetika digunakan untuk menentukan waktu optimum dan nilai konversi produk yang digunakan untuk perancangan proses. Analisis produk biodiesel yang dihasilkan meliputi pengujian fisiko-kimia, kinerja biodiesel dan pengaruh biodiesel terhadap mesin dilakukan untuk menentukan kelayakan teknis dari biodiesel yang dihasilkan.
Integrasi proses dilakukan dengan mengkombinasikan seluruh tahapan proses sehingga dihasilkan diagram alir (flowsheet) yang utuh dilengkapi dengan
neraca massa dan energi. Hasil dari integrasi proses adalah diagram alir kualitatif dan kuantitatif. Selanjutnya dilakukan simulasi model proses dengan menggunakan program Hysis. Hasil simulasi model digunakan untuk menyusun PEFD dan optimasi kapasitas produksi untuk menentukan biaya produksi minimum. Pada kapasitas optimum proses dilakukan analisis kelayakan aspek finansial.
Penelitian ini menghasilkan rancangan proses produksi biodiesel dari minyak biji nyamplung yang terdiri atas proses degumming, esterifikasi dan transesterifikasi. Degumming dilakukan pada suhu 80 oC dengan asam fosfat konsentrasi 20% sebanyak 0,3% dari berat minyak dilanjutkan dengan pencucian dengan air hangat suhu 60oC dan pengeringan suhu 105 0C selama 120 menit dan pengeringan vakum suhu 80 oC tekanan 16 cm Hg. Esterifikasi pertama dilakukan
pada kecepatan pengadukan 300 rpm, suhu 58,1 oC, nisbah molar metanol terhadap ALB 22,2:1 dan katalis HCl 5,9% dari ALB. Tetapan laju reaksi esterifikasi (k) pseudo orde dua pada suhu 343 K, 333 K, 318 K dan 301 Kmasing-masing berturut-turut adalah 0,221 liter/ mol menit, 0,173 liter/ mol menit, 0,133 liter/ mol menit dan 0,076 liter/ mol menit, energi aktivasi (Ea) sebesar 5,202 kcal/mol (21,7 kJ/mol), dan laju reaksi esterifikasi (rEs)=537,4 exp - 2618/ T [ALB]t2. Esterifikasi kedua
dilakukan pada kecepatan pengadukan 300 rpm, suhu 60 oC, nisbah molar metanol terhadap ALB 40:1, katalis HCl 10% dari ALB. Transesterifikasi dilakukan pada suhu 60 oC, nisbah molar metanol terhadap minyak 6,3:1, katalis NaOH 1,1% dari berat minyak, kecepatan pengadukan 400 rpm dan waktu transesterifikasi 22 menit. Tetapan laju reaksi transesterifikasi (k) orde dua pada suhu 301 K, 318 K, 333K dan 341 K masing-masing berturut-turut adalah 0,014 (liter/mol menit), 0,018 (liter /mol menit), 0,025 (liter /mol menit) dan 0,029 (liter /mol menit), energi aktivasi (Ea) 3735,2 cal/ mol K dan laju reaksi transesterifikasi (rt)= 6,9 exp (-1879 ,8 /T) ([TG]o –
x) ([M]o-3x). Rancangan proses tersebut menghasilkan biodiesel sebesar 15,62% dari berat biji atau 83,4% dari berat minyak kasar.
Rancangan proses menghasilkan biodiesel yang telah memenuhi kelayakan teknis sesuai dengan SNI 04-7182-2006 meliputi massa jenis pada 40 oC, angka setana, titik nyala mangkok tertutup, korosi kepingan tembaga, air dan sedimen, suhu distilasi 90%, kandungan belerang, kandungan fosfor, gliserol total, gliserol bebas, ester alkil, dan angka iodium akan tetapi belum memenuhi terhadap parameter angka asam, viskositas pada 40 oC, abu tersulfatkan, titik kabut dan residu karbon. Pada kondisi demikian penggunaan biodiesel nyamplung hingga campuran 30% disarankan karena dari tes kinerja menunjukkan bahwa konsumsi tidak berbeda dengan solar, kinerja mesin tidak terganggu dan deposit pada kepala silinder dan piston tidak berbeda nyata dengan solar. Penggunaan campuran biodiesel ≥ 50% tidak bisa dilakukan karena konsumsi bahan bakar lebih besar, deposit pada kepala silinder dan piston sangat tebal dan kinerja mesin sudah terganggu.
Berdasarkan basis perhitungan produksi biodiesel sebesar 100 kg/jam, biaya produksi minimum diperoleh pada kapasitas produksi 386 ton biodiesel /tahun atau 93,46 kg per jam (1,31 ton/hari). Hasil analisis finansial pada kapasitas produksi optimum menunjukkan bahwa kondisi BEP diperoleh pada produksi biodiesel 70,8 ton/tahun atau setara dengan hasil penjualan produk biodiesel dan produk sampingnya sebesar Rp 541.860.269,6 per tahun. Produksi biodiesel pada kapasitas produksi 1,31 ton/hari adalah layak dengan Net B/C 2,1, PBP 4,9 tahun, ROI 0,226, IRR 33,54% dan NPV Rp 366.166.218,8. Analisis sensitivitas menunjukkan bahwa produksi biodiesel dari minyak biji nyamplung masih layak dengan kenaikan harga bahan baku 10%, atau kenaikan harga bahan kimia 10%, atau kenaikan bunga bank 10% namun tidak layak jika kenaikan tersebut terjadi bersama atau harga jual turun 5 %.
© Hak cipta milik IPB, tahun 2009
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa menyebutkan sumber,
a. pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah
b. pengutipan tidak merugikan kepentingan dengan wajar IPB.
2. Dilarang menggunakan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
PERANCANGAN PROSES
PRODUKSI BIODIESEL DARI MINYAK BIJI
NYAMPLUNG (Calophyllum inophyllum L.)
SAHIRMAN
Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
Judul Disertasi : Perancangan Proses Produksi Biodiesel dari Minyak Biji Nyamplung (Calophyllum inophyllum L.)
Nama : Sahirman
NIM : F361040141
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Ani Suryani, DEA Prof. Dr. Ir. Djumali Mangunwidjaja, DEA
Ketua Anggota
Dr. Ir. Sukardi, MM Prof. Riset Dr. Ir. R. Sudradjat, M.Sc. Anggota Anggota
Diketahui Ketua Program Studi
Tekonologi Industri Pertanian
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Irawadi Jamaran Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS.
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah dan karunia-Nya sehingga disertasi dengan judul “Perancangan Proses Produksi Biodiesel dari Minyak Biji Nyamplung (Calophyllum inophyllum L.) ini dapat diselesaikan.
Sholawat dan Salam, semoga Allah SWT curahkan kepada Nabi besar Muhammad SAW dan seluruh ummatnya. Amiin.
Ucapan terima kasih dan penghargaan yang tinggi penulis sampaikan kapada:
1. Ibu Dr. Ir. Ani Suryani, DEA, selaku ketua komisi pembimbing, Bapak Prof. Dr. Ir. Djumali Mangunwidjaja, DEA, Bapak Prof. Riset. Dr. Ir. H. R. Sudradjat, M.Sc. dan Bapak Dr. Ir. Sukardi, MM masing-masing selaku anggota komisi pembimbing atas bimbingan, arahan, saran, dan dorongan moral yang diberikan selama penelitian dan penulisan disertasi.
2. Dr. Ir. Sapta Raharja, DEA di Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian IPB selaku penguji dari luar komisi pembimbing yang telah banyak memberikan masukan pada saat ujian tertutup, Dr. Ir. Tatang Hernas Soerawidjaja dari Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Institut Teknologi Bandung (ITB) dan Dr. Ir. Dadan Kusdiana, M.Sc. dari Direktorat Energi Terbarukan dan Konversi Energi Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) atas masukan yang disampaikan pada saat ujian terbuka. 3. Dr. Ir. Sam Herodian dan Dr. Ir. Sugiyono, M.App.Sc. selaku Dekan dan Wakil
Dekan Fakultas Teknologi Pertanian IPB, Dr. Ir. Irawadi Jamaran selaku Ketua Program Studi Pascasarjana Teknologi Industri Pertanian dan Dr. Ir. Muhammad Romli selaku Kepala Departemen Teknologi Industri Pertanian yang telah memberikan fasilitas selama penulis mengikuti pendidikan S3.
4. Drs. Dedy H. Karwan, MM selaku Kepala Pengembangan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan (PPPPTK) Pertanian Cianjur yang telah memberikan kesempatan kepada penulis mengikuti pendidikan S3 di IPB
Bogor.
5. Dr. Ir. Maman Mansyur Idris, MS selaku Kepala Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Badan Penelitian dan Pengemngan Kehutanan, Kepala Laboratorium Kimia dan Energi Pusat Penelitian dan Pengembangan
Hasil Hutan Bogor, Kepala Laboratorium Pengujian Mutu VEDCA PPPPTK Pertanian Cianjur, dan Kepala Laboratorium Proses Lemigas Jakarta atas bantuannya dalam pelaksanaan penelitian ini.
Rasa hormat dan terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak dan almarhumah Ibu Padmosihono, Bapak dan Ibu Ishaq Hasbulloh atas doa, nasehat dan bimbingan yang diberikan kepada penulis. Penghargaan dan terima kasih yang mendalam penulis sampaikan kepada istri tercinta Dra. Sri Harini, MSi dan anak-anak tercinta Daffa Amarul Mufflih dan Almira Zada Nurulita atas segala pengertian, kesabaran dan dorongan yang diberikan selama penulis mengikuti pendidikan S3.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada rekan-rekan di Departemen Ilmu Dasar dan Laboratorium Pengujian atas semangat yang diberikan. Akhirnya kepada semua pihak yang telah membantu tetapi tidak dapat disebutkan satu persatu penulis mengucapkan terima kasih semoga Allah SWT memberikan balasan yang setimpal.
Penulis menyadari disertasi ini masih belum sempurna, namun demikian penulis mengharapkan semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2009
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sleman pada tanggal 17 April 1964 sebagai anak bungsu dari pasangan Padmosihono dan Almarhumah Ngatiyem. Pendidikan sarjana ditempuh di jurusan Pengolahan Hasil Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian UGM lulus pada tahun 1989. Pada tahun 1992 penulis diterima pada Program Studi Pascasarjana Teknologi Pasca Panen Universitas Brawijaya Malang dan menamatkannya pada tahun 1994. Penulis mendapatkan kesempatan untuk melanjutkan program doktor pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian Sekolah Pascasarjana IPB pada tahun 2004. Beasiswa pendidikan diperoleh dari Pusat Pengembangan Penataran Guru Pertanian Cianjur Departemen Pendidikan Nasional.
Penulis bekerja sebagai Widyaiswara Madya di Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan (PPPPTK) Pertanian Cianjur. Karya ilmiah berjudul Perbaikan kualitas minyak nabati sebagai bahan biodiesel melalui proses esterifikasi (studi kasus minyak nyamplung) dan Kinetika reaksi esterifikasi minyak biji nyamplung (Calophyllum inophyllum L.) untuk meningkatan
kualitas bahan baku biodiesel telah diterbitkan dalam jurnal, Pengujian sifat fisiko-kimia, kinerja dan pengaruh biodiesel terhadap mesin telah dipresentasikan pada seminar nasional dan diterbitkan dalam bentuk prosiding sedangkan dan Kinetika reaksi transesterifikasi minyak biji bintangur (Calophyllum inophyllum L.) pada
proses produksi biodiesel sudah dinyatakan diterima menunggu diterbitkan dalam jurnal nasional terakriditasi. Karya-karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari disertasi S3 penulis.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ...………...…... xiii
DAFTAR GAMBAR ………... xv
DAFTAR LAMPIRAN ………... xvii
I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ………...…………... 1
1.2 Tujuan Penelitian ……….…..……….….……... 4
1.3 Ruang Lingkup ………….……….……... 5
II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanaman Nyamplung (Calophyllum inophyllum L.) …………...……... 6
2.2 Biodiesel ... 11
2.3 Kualitas Biodiesel ………... 21
2.4 Pengujian Karakteristik Biodiesel ... 30
2.5 Pengujian Kinerja Biodiesel .……...……….………... 30
2.6 Perancangan Proses Produksi Biodiesel ....……...………... 32
III METODOLOGI 3.1 Kerangka Pemikiran …...………... 53
3.2 Waktu dan Tempat …..………..……...………….………... 55
3.3 Bahan dan Peralatan ………...………..………... 55
3.4 Metode Penelitian ………...………….………...….. 55
IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Peluang dan Permasalahan ... 78
4.1.1 Analisis Peluang ...……….…...…... 78
4.1.2 Analisis Permasalahan ... 78
4.2 Kreasi Proses ... 79
4.2.1 Pengepresan dan Degumming ……….……... 79
4.2.2 Karakterisasi Minyak Nyamplung ... 82
4.2.3 Pemilihan Proses ... 84
4.2.4 Optimasi Proses Esterifikasi ... 85
4.2.5 Analisis Model Kinetika Reaksi Esterifikasi ………... 97
4.2.6 Optimasi Proses Transesterifikasi ... 104
4.2.7 Analisis Model Kinetika Reaksi Transesterifikasi …………..…... 118
4.2.8 Analisis Kualitas Produk ……..………... 124
4.2.9 Analisis Keuntungan Kasar ……..……….... 143
4.3 Pengembangan Proses ... 143
4.3.1 Integrasi Proses ………... 143
4.3.2 Simulasi Model Proses ………... 151
4.3.3 Optimasi Produksi Biodiesel dari Minyak Biji Nyamplung ... 155
4.3.4. Analisis Kelayakan Teknis dan Finansial Produksi Biodiesel dari Minyak Biji Nyamplung... 160
V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ………..…………...………..….….... 167
5.2 Saran ………..………...….... 169
DAFTAR PUSTAKA ……….…... 170
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Kondisi lingkungan untuk pertumbuhan nyamplung ………. 7
2. Karakteristik fisiko-kimia minyak Calophyllum inophyllum L. ..... 10
3. Perbandingan sifat biodiesel dan petrodiesel ... 13
4. Perbedaan karakteristik emisi bahan bakar diesel dan biodiesel e-Oil ... 14
5. Pabrik Biodiesel di beberapa negara ... 14
6. Komposisi asam lemak beberapa jenis sumber minyak nabati ... 15
7. Sifat-sifat fisiko-kimia beberapa minyak yang digunakan sebagai bahan dasar biodiesel... 16
8. Ringkasan beberapa proses esterifikasi dengan katalis asam ... 20
9. Ringkasan beberapa proses transesterifikasi dengan katalis basa. ... 22
10. Standar kualitas bahan bakar biodiesel SNI 04-7182:2006…... 23
11. Standar Biodiesel menurut ASTM 6751-3 ………... 24
12. Sifat bahan bakar dilihat dari komposisi asam lemak ... 27
13. Sifat-sifat fisik biodiesel yang dapat digunakan untuk memprediksi angka setana... 27
14. Sifat fisik beberapa metil ester ... 28
15. Karakteristik metil ester minyak sawit dan campurannya... 31
16. Tetapan laju reaksi (k) hidrolisis trigliserida, digliserida monogliserida dan pada berbagai perbedaan suhu ... 44
17. Nilai tetapan laju transesterifikasi pada beberapa kondisi proses... 45
18. Faktor, kode dan taraf kode pada percobaan proses esterifikasi... 63
19. Nilai taraf kode dan nilai taraf aktual optimasi proses esterifikasi ... 64
20. Faktor, kode dan taraf kode pada percobaan proses transesterifikasi... 70
21. Nilai taraf kode dan nilai taraf aktual optimasi proses transesterifikasi ... 71
22. Komposisi inti nyamplung ………...………... 79
23. Sifat fisiko kimia minyak biji nyamplung dari Kebumen……...… 82
24. Karakteristik minyak nyamplung hasil degumming ... 83
25. Komposisi asam lemak minyak nyamplung dibandingkan minyak lain.... 84
26. Kadar ALB akhir esterifikasi rata-rata pada berbagai nisbah molar metanol terhadap ALB ………... 89
27. Hasil optimasi respon permukaan kadar ALB akhir esterifikasi ... 95
28. Data konversi (bagian) asam lemak bebas menjadi metil ester... 98
29. Kadar ALB minyak biji nyamplung akhir esterifikasi hasil percobaan selama 30 menit dibandingkan prediksi... 103
30. Rata-rata kadar ALB, viskositas, berat jenis dan rendemen biodiesel dari proses transesterifikasi pada berbagai suhu transesterifikasi ... 109
31. Rata-rata kadar ALB, viskositas, rendemen, dan kadar metil ester hasil percobaan dan perhitungan model pada optimasi proses transesterifikasi 111
32. Rendemen dan kadar ALB biodiesel rata-rata dari proses esterifikasi dan transesterifikasi yang dihitung berdasarkan minyak nyamplung kasar... 117
33. Konversi trigliserida menjadi metil ester selama proses transesterifikasi .. 119
34. Prediksi kadar metil ester minyak biji nyamplung setelah transesterifikasi dibandingkan dengan kadar metil ester hasil percobaan .. 123
35. Komposisi metil ester biodiesel dari minyak nyamplung hasil analisis GCMS... 125
36. Karakteristik biodiesel dari minyak nyamplung dibandingkan dengan standar ASTM D6751-3 ………... 126 37. Karakteristik biodiesel dari minyak nyamplung dibandingkan dengan
standar SNI 04-7182-2006 ... 127 38. Analisis sensitivitas produksi biodiesel dari minyak biji nyamplung ... 168
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Tanaman dan buah nyamplung……….……. 8 2. Diagram alir proses produksi biodiesel (Soedradjat et al. 2005) ... 17
3. Reaksi transesterifikasi (Ma et al. 1999 ;Van Gerpen et al. 2004)... 20
4. Model proses perancangan (Roy dan Cross 1983 diacu dalam Johnston
et al. 2000)………...……….. 34
5. Model proses perancangan interaktif (Sinnot 1999) ……….... 35 6. Perancangan proses melalui tahapan analisis sistem proses (Hartmann
dan Kaplick 1990) ………. 35 7. Tahap dalam perancangan proses kimia (Seider et al. 1999)... 37
8. Plot hubungan seper konsentrasi asam (1/C) dengan waktu selama
proses esterifikasi (Guner et al. 1996) ... 40
9. Kerangka pemikiran perancangan proses esterifikasi dan transesterifikasi produksi biodiesel dari minyak nyamplung... 54 10. Skema tahapan penelitian ……….. 56 11. Foto minyak biji nyamplung ………... 81 12. Kromatogram dari analisis GC minyak biji nyamplung (a standar
dan b minyak biji nyamplung) ... 84 13. Hasil proses esterifikasi minyak nyamplung dengan metanol
dan katalis asam klorida ……….... 86 14. Kadar ALB akhir esterifikasi pada berbagai suhu esterifikasi ... 86 15. Kadar ALB akhir esterifikasi rata-rata pada berbagai kecepatan
pengadukan ………... 87 16. Kadar ALB akhir esterifikasi rata-rata pada berbagai
konsentrasi katalis HCl ………... 90 17. Hubungan antara kadar ALB bahan baku dengan kadar ALB produk
esterifikasi pada suhu 60 oC, nisbah molar metanol terhadap ALB 20:1 dan katalis HCl 6 % dari ALB ... 92 18. Plot permukaan optimasi respon kadar ALB akhir esterifikasi
antara nisbah molar metanol, katalis dan suhu esterifikasi ………….. 95 19. Plot kontur optimasi respon kadar ALB akhir esterifikasi antara nisbah
molar metanol, katalis dan suhu esterifikasi ………... 96 20. Hubungan antara kadar ALB dengan waktu reaksi pada berbagai suhu
esterifikasi...…... 98 21. Hubungan antara waktu esterifikasi dengan 1/([ALB]t -1/([ALB]o ... 99
22. Grafik hubungan antara 1/([ALB]t -1/([ALB]o dengan waktu reaksi
untuk penentuan nilai k reaksi esterifikasi ... 99 23. Plot -ln k dengan 1/T pada proses esterifikasi minyak biji nyamplung
pada suhu 301 K, 318 K, 333 K dan 343 K... 100 24. Hasil proses transesterifikasi minyak nyamplung hasil esterifikasi
(a: sebelum pemisahan gliserol dan b: setelah pemisahan gliserol, pencucian dan pengeringan) ... 104 25. Rata-rata viskositas biodeiesl hasil proses transesterifikasi pada
berbagai nisbah molar metanol ... 106 26. Rata-rata viskositas biodiesel setelah proses transesterifikasi pada
27. Rata-rata viskositas biodiesel setelah proses transesterifikasi pada
berbagai konsentrasi katalis………... 108
28. Optimasi proses transesterifikasi berdasarkan respon kadar ALB, viskositas, rendemen dan metil ester ………...…… 112
29. Pengaruh kadar ALB awal terhadap rendemen biodiesel pada proses transesterifikasi ……….... 115
30. Kadar metil ester dari proses transesterifikasi pada berbagai suhu dan waktu .………... 119
31. Grafik hubungan 1/((3[T]o-[Mo]) ln([M]o[T]/[[M][To] dengan waktu.. 120
32. Hubungan antara –ln k dengan 1/T pada proses transesterifikasi minyak biji nyamplung ………... 121
33. Kromatogram analisis GCMS biodiesel dari minyak nyamplung …….... 125
34. Hasil pengukuran konsumsi biodiesel dari biji nyamplung dengan menggunakan generator 7,5 pK dan kecepatan putaran 700 rpm pada kondisi stasioner ………...………... 137
35. Pengaruh penggunaan beberapa campuran biodiesel nyamplung terhadap piston dan kepala silinder (a: awal, b: solar, c: 10% biodiesel, d: 30% biodiesel dan e: 50% biodiesel) ... 140
36. Diagram alir kualitatif produksi biodiesel dari minyak biji nyamplung.... 145
37. Diagram alir kualitatif yang dilengkapi pengaturan suhu dan tekanan ... 147
38. Diagram alir kuantitatif (neraca massa) produksi minyak biji nyamplung dengan basis perhitungan 1000 g biji nyamplung ... 148
39. Diagram alir kuantitatif (neraca massa) produksi biodiesel dari minyak biji nyamplung dengan basis perhitungan 1000 g minyak nyamplung... 149
40. Simulasi proses produksi biodiesel dari minyak biji nyamplung melalui esterifikasi dan transesterifikasi ... 155
41. Process Engineering Flow Diagram (PEFD) produksi biodiesel dari minyak biji nyamplung ... 156
42. Biaya variabel fungsi kapasitas produksi ... 158
43. Biaya tetap fungsi kapasitas produksi ... 158
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Prosedur analisis biji nyamplung, minyak biji nyamplung dan
biodiesel dari minyak biji nyamplung ... 180
2. Hasil Analisis ragam (ANOVA) dilanjutkan Uji Duncan terhadap kadar ALB akhir esterifikasi pada berbagai suhu esterifikasi ... 191
3. Hasil Analisis ragam dilanjutkan Uji Duncan terhadap kadar ALB akhir esterifikasi pada berbagai kecepatan pengadukan ... 191
4. Hasil Analisis ragam dilanjutkan Uji Duncan terhadap kadar ALB akhir esterifikasi pada berbagai nisbah molar metanol ... 192
5. Hasil Analisis ragam dilanjutkan Uji Duncan terhadap kadar ALB akhir esterifikasi pada berbagai konsentrasi katalis HCl ... 192
6. Hasil analisis respon regresi permukaan, plot residiual, dan optimasi input variabel pada proses esterifikasi ... 192
7. Penentuan tetapan laju reaksi esterifikasi ... 194
8. Perhitungan waktu tinggal esterifikasi ... 198
9. Hasil Analisis ragam dilanjutkan Uji Duncan terhadap kadar ALB dan viskositas biodiesel hasil transesterifikasi minyak nyamplung pada berbagai nisbah molar metanol ... 199
10. Hasil Analisis ragam dilanjutkan uji Duncan terhadap viskositas biodiesel hasil transesterifikasi minyak nyamplung pada berbagai kecepatan pengadukan ... 199
11. Hasil Analisis ragam dilanjutkan Uji Duncan terhadap viskositas biodiesel hasil proses transesterifikasi minyak nyamplung pada berbagai konsentrasi katalis ... 200
12. Hasil Analisis ragam dilanjutkan Uji Duncan terhadap viskositas biodiesel hasil proses transesterifikasi pada berbagai suhu... 200
13. Hasil analisis respon regresi permukaan, plot residiual dan optimasi input variabel proses transesterifikasi ………... 201
14. Penentuan laju reaksi transesterifikasi ... 205
15. Perhitungan waktu tinggal proses transesterifikasi ... 210
16. Hasil pengujian karakteristik biodiesel dari minyak biji nyamplung di Lemigas Jakarta dan Laboratorium Pengujian VEDCA ... 211
17. Data dasar untuk perancangan proses ... 213
18. Neraca masssa proses produksi biodiesel ………...……….. 215
19. Perhitungan energi proses produksi biodiesel ...………... 218
20. Perincian modal tetap produksi biodiesel dari minyak biji nyamplung dengan asumsi kapasitas peralatan 1,31 ton/hari ... 226
21. Ringkasan biaya operasional ………..………... 227
22. Kebutuhan modal kerja awal ... 228
23. Jadwal pembayaran kredit modal ………. 228
24. Proyeksi rugi laba ………. 229
25. Aliran kas ……….. 230
