OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MESOKARP
SAWIT DENGAN TEKNOLOGI
REACTIVE EXTRACTION
MENGGUNAKAN
RESPONE SURFACE
METHODOLOGY
(RSM)
SKRIPSI
OLEH :
ARYA JOSUA SIMANULLANG
110405129
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MESOKARP
SAWIT DENGAN TEKNOLOGI
REACTIVE EXTRACTION
MENGGUNAKAN
RESPONE SURFACE
METHODOLOGY
(RSM)
SKRIPSI
OLEH :
ARYA JOSUA SIMANULLANG
110405129
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MESOKARP SAWIT DENGAN TEKNOLOGI REACTIVE EXTRACTION MENGGUNAKAN
RESPONE SURFACE METHODOLOGY (RSM)
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku
Medan, 10 Agustus 2015
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MESOKARP SAWIT DENGAN TEKNOLOGI REACTIVE EXTRACTION MENGGUNAKAN
RESPONE SURFACE METHODOLOGY (RSM)
PRAKATA
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi
dengan judul “Optimasi Pembuatan Biodiesel Dari Mesokarp Sawit dengan
Teknologi Reactive Extraction Menggunakan Respone Surface Method (RSM)”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Melalui penelitian ini diperoleh hasil biodiesel dari mesokarp buah sawit dengan teknologi Reactive Extraction menggunakan katalis novozym 435i, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.
Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada Ibu Dr. Ir. Taslim, M.Si.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, 10 Agustus 2015 Penulis,
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :
1. Kedua orang tua penulis, Saman dan Nurhayati Manurung serta kakak dan abang tercinta Dame Elvi Susilawati Simanullang, Cryson Simanullang, Benardo Simanullang dan adikkku Ryzki Effendi Simanullang yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
2. Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ir. Tjahjono Herawan dan Ibu Meta Rivani, S.T. selaku pembimbing penelitian di Pusat Penelitian Kelapa Sawit Medan yang telah banyak memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan penelitian dan penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun, S.T., M.T. dan Bode Haryanto, ST, M.T., Ph.D. yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.
5. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T. selaku Koordinator Skripsi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik USU.
6. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
7. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Kimia USU. 8. Ibu Farida Hanum, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembimbing Akademik.
9. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis.
10.Pascalis Novalina Sitorus atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
11.Seluruh Pegawai di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) yang telah membantu dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Arya Josua Simanullang NIM : 110405129
Tempat, tanggal lahir : Rimbo Bujang, 7 Agustus 1993 Nama orang tua : Saman dan Nurhayati Manurung Alamat orang tua :
Jl. Kenanga Unit IX. Kec. Rimbo Ulu, Kab. Tebo, Jambi
Asal Sekolah:
SD Negeri 80/VII Tebo 1999-2005
SMP Negeri 3 Tebo tahun 2005 – 2008
SMA Negeri 2 Tebo tahun 2008 – 2011 Beasiswa yang diperoleh:
1. Beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) Tahun 2012 2. Beasiswa Tanoto Foundation 2013-2015
Pengalaman Kerja dan Organisasi:
1. Anggota K3M English Club Fakultas Teknik 2011-2013. 2. Anggota Tanoto Scholars Association Medan 2013-2015.
3. Pengurus Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 bidang Hubungan Keluar Instansi dan Alumni (HUMAS).
4. Ketua Umum Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015.
Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal:
ABSTRAK
Reactive Extraction digunakan untuk memproduksi biodiesel dari mesokarp sawit,
reactive extraction dapat mengurangi modal dan biaya produksi, waktu pemrosesan, dan jumlah pelarut yang diperlukan dibandingkan dengan metode konvensional. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan antara berbagai parameter dari proses ekstraksi reaktif untuk mendapatkan hasil yang optimum dari FAME. Optimasi menggunakan Response Surface Methodology (RSM). Response Surface Methodology adalah teknik statistik yang efektif untuk merancang percobaan, pemodelan dan menyelidiki proses yang kompleks untuk optimasi ekstraksi reaktif. Sebuah Central Composite Design (CCD) diadopsi untuk mempelajari pengaruh konsentrasi katalis (5-15%), rasio reaktan (50:1-70:1), dan suhu reaksi (50-70 ºC) untuk mengoptimalkan yield FAME. Berdasarkan model orde kedua, kondisi optimum untuk reaksi ini ditemukan konsentrasi katalis 11,4345% berat dari mesocarp, rasio reaktan 52,9731:1, dan suhu reaksi 63,1717 ºC. Model matematika (persamaan kuadrat polinomial) yang diperoleh telah cukup menggambarkan parameter eksperimental dipelajari dan memberikan prediksi statistik yang akurat dari hasil observasi yang diperoleh.
Kata kunci: dimetil karbonat, mesokarp sawit, optimasi, Reactive Extraction,
ABSTRACT
Reactive extraction used to produce biodiesel from palm mesocarp, reactive extraction can reduced the capital and production cost, processing time, and the amount of solvent required than conventional method. The purpose of this study is to determine the relationship between various parameters of the reactive extraction process to obtain optimum yield of FAME. Optimization was used Response surface methodology (RSM). Response surface methodology was an effective statistical technique to design the experiment, modelling and investigate complex process to optimization reactive extraction. A central composite design (CCD) was adopted to study effects concentration (5-15%), dimethyl carbonate (DMC) to oil molar ratio (50:1-70:1), and reaction temperature (50-70 oC) to optimize the yield of FAME. Based on second-order model, optimum condition for this reaction is found to be catalyst concentration 11,4345 wt.% of mesocarp, DMC to oil ratio of 52,9731:1, and reaction temperature 63,1717 oC. The mathematical model (a quadratic polynomial equation) has developed adequately describing ranges of the experimental parameters studied and provides a statistically accurate prediction of the optimum yield of FAME.
DAFTAR ISI
Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 20 3.2 BAHAN DAN PERALATAN 20 3.2.1 Bahan Penelitian 20 3.2.2 Peralatan Penelitian 20 3.3RANCANGAN PERCOBAAN 21 3.3.1 Rancangan Penelitian 21 3.3.2 Analisis Statistik 22 3.4 PROSEDUR PENELITIAN 23 3.4.1 Proses Transesterifikasi Enzimatis 23 3.4.2 Prosedur Analisis 23 3.4.2.1 Analisis Kadar Minyak Bahan Baku 24 3.4.2.1 Analisis Komponen Asam Lemak Dalam Bahan 24
Baku Mesokarp Buah Sawit
3.4.2.2 Analisis Kemurnian Biodiesel yang Dihasilkan 24 3.5 FLOWCHART PENELITIAN 24 3.5.1 Analisis Kadar Minyak Bahan Baku 25 3.5.2 Proses Ekstraksi Reaktif 26 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 26
4.1 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU MESOKARP BUAH SAWIT 27 4.2 OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MESOKARP 28
SAWIT DENGAN TEKNOLOGI REACTIVE EXTRACTION
4.2.1 Analisis Statistik 28 4.2.2 Proses Optimasi 31 4.3 PENGARUH VARIABEL BEBAS TERHADAP YIELD 32
(RESPON) BIODIESEL
4.4 VALIDASI NILAI PREDIKSI DENGAN OBSERVASI 38 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 40
5.1 KESIMPULAN 40
5.2 SARAN 40
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1.1 Grafik Produksi Minyak Kelapa Sawit Di Indonesia Pada 2
Tahun 2004-2013
Gambar 2.1 Bagian-bagian Mesokarp Buah Sawit 10 Gambar 2.2 Skema Reaksi Transesterifikasi Trigliserida dengan 17
Dimetil Karbonat
Gambar 3.1 Flowchart Analisis kadar Minyak Bahan Baku 25 Gambar 3.2 Flowchart Proses Tranesterifikasi Enzimatis 26 Gambar 4.1 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak 27
CPO
Gambar 4.2 Interaksi antara Rasio dan % Katalis dengan Yield Biodiesel 32 pada Suhu 60 ºC : a) Permukaan respon; (b) Plot Kontur
Gambar 4.3 Interaksi antara Raktan dan Suhu Raksi dengan Yield 35 Biodiesel pada Konsentrasi 10%: a) Permukaan respon;
(b) Plot Kontur
Gambar 4.4 Interaksi antara Suhu Reaksi dan Konsentrasi Katalis dengan 37 Yield Biodiesel pada Rasio Rektan 60:1: a) Permukaan respon; (b) Plot Kontur
Gambar 4.5 Hubungan Nilai Yield Observasi dengan Nilai Prediksi dari 38 Run 1 sampai 16
Gambar L4.1 (a) Mesokarp Setelah Diiris, (b) Mesokarp Setelah 50 Dihancurkan
Gambar L4.2 (a) Novozym 435 Sebelum Digunakan, (b) Novozym 435 50 Dibungkus, (c) Novozym 435 Setelah Digunakan
dalam Vial
Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO 54
(Crude Palm Oil)
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan Biodiesel 6
Dengan Pelarut Dimethyl Carbonate (DMC) dan Penggunaan Katalis Heterogen Novozym 435
Tabel 2.1 Karakteristik Biodiesel Berdasarkan SNI 04-7182-2006 9
Tabel 2.2 Jumlah Produksi Minyak Kelapa Sawit Di Indonesia pada Tahun 10 2004-2013
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 46
L1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA ASAM LEMAK 46 BAHAN BAKU CPO HASIL ANALISIS GCMS
L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU CPO 46 LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN 47 L2.1 DATA YIELD DAN KEMURNIAN YIELD BIODIESEL 47 LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 48
L3.1 PERHITUNGAN KADAR MINYAK MESOKARP 48 SAWIT
L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN DIMETIL KARBONAT 48 L3.3 PERHITUNGAN YIELD METIL ESTER 49 LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 50 L4.1 FOTO BAHAN BAKU MESOKARP SAWIT 50 L4.2 FOTO BAHAN BAKU ENZIM 50 L4.3 FOTO PROSES EKSTRAKSI CPO DARI MESOKARP 51
SAWIT
L4.4 FOTO PROSES EKSTRAKSI REAKTIF 51 L4.5 FOTO HASIL PROSES EKSTRAKSI REAKTIF 52 L4.6 FOTO PENYARINGAN HASIL PROSES 52 EKSTRAKSI REAKTIF L4.7 FOTO PROSES EVAPORASI 53 L4.8 FOTO PRODUK AKHIR BIODIESEL 53 LAMPIRAN 5 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU CPO DAN 54
BIODIESEL
DAFTAR SINGKATAN
ANOVA Analysis of Variance
ASTM American Society for Testing and Material (ASTM)
OECD Organization for Economic Co-operation and Development
BM Berat Molekul dkk dan kawan-kawan et al et alia
CCD Central Composite Design
CPO Crude Palm Oil
DMC Dimethyl Carbonate
FACG Fatty Acid Glycerol Carbonate
FFA Free Fatty Acid
GC Gas Chromatography
GC-MS Gas Chromatography Mass Spechtrophometry
PPKS Pusat Penelitian Kelapa Sawit
rpm Rotary per minute
RSM Respone Surface Methodology
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
m Berat Sampel gram
ρ Massa jenis kg/m3
X1 Rasio Reaktan -
X2 Konsentrasi Katalis %
X3 Temperatur ºC
Y Yield %
