PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-
DOPING
KE
DALAM KATALIS CaO TERHADAP REAKSI
TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT
SKRIPSI
Oleh
MUHAMMAD TARMIDZI
070405012
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-
DOPING
KE
DALAM KATALIS CaO TERHADAP REAKSI
TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT
SKRIPSI
Oleh
MUHAMMAD TARMIDZI
070405012
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE DALAM KATALIS
CaO TERHADAP REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT
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 dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, 12 September 2013
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE DALAM KATALIS
CaO TERHADAP REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 22 Agustus 2013 dan dinyatakan memenuhi syarat/ sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Medan, 12 September 2013 Mengetahui,
Koordinator Skripsi
Dr. Eng. Ir. Irvan, MSi NIP. 19680820 199501 1 001
Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, MT. NIP. 19681214 199702 2 002
Dosen Penguji I
Dr. Ir. Taslim, MSi.
NIP. 19650115 199003 1 002
Dosen Penguji II
PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT karena atas rahmad-Nya sehingga skripsi ini
dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh
Konsentrasi Li yang Di-Doping ke dalam Katalis CaO terhadap Reaksi
Transesterifikasi Minyak Sawit”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan
di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan, Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Melalui penelitian ini diperoleh konsentrasi katalis heterogen Li/CaO paling baik terhadap reaksi transesterifikasi CPO dengan kualitas rendah menjadi metil ester. Sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan, khususnya dalam rekayasa teknologi pembuatan metil ester yang menggunakan katalis heterogen.
Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:
1. Ibu Ir. Renita Manurung, MT. selaku Pembimbing 2. Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) selaku Fasilitator 3. Ibu Frisda Panjaitan, ST., MT. selaku Pembimbing di PPKS 4. Bapak Dr. Ir. Tjahjono Herawan selaku Pembimbing di PPKS
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, 12 September 2013
Penulis,
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :
1. Kedua orang tua penulis, H. Usman Effendy dan Hj. Parni.
2. Andre Yanda Putra, ST. atas kerjasamanya yang sangat baik selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Keluarga penulis.
4. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
6. Para pegawai dan teknisi Laboratorium Pangan Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan yang telah memberikan dorongan dan bantuan dalam pelaksanaan penelitian guna menyelesaikan penulisan skripsi ini.
7. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia, khususnya semua stambuk 2007 yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis, khususnya Bambang Wahyu Pramono, ST. yang telah memberi masukan dalam penulisan abstrak penelitian dalam Bahasa Inggris.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Muhammad Tarmidzi
NIM : 070405012
Tempat, tanggal lahir : Medan, 18 Agustus 1989 Nama orang tua : H. Usman Effendy USU, Covalen Study Group (CSG) periode 2009/2010 sebagai Sekretaris Umum
2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2010/2011 sebagai Ketua Bidang Kaderisasi dan Sekretaris Umum
3. Pengurus Komisariat Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim Indonesia (KAMMI) periode 2010/2011 sebagai Ketua Departemen Humas
4. Pengurus Komisariat Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim Indonesia (KAMMI) periode 2011/2012 sebagai Ketua Departemen Kaderisasi
5. Asisten Laboratorium Kimia Organik Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2008 – 2010 modul Hidrokarbon/ Aldehid-Keton, Isolasi Zat Warna, dan Flavonoid
Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal:
ABSTRAK
Pengembangan biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) semakin diminati karena ketersediaan bahan bakar berbasis minyak bumi yang semakin sedikit. Kelapa sawit merupakan tanaman perkebunan di Indonesia yang terbesar sehingga memiliki potensi untuk dapat digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Reaksi transesterifikasi merupakan tahap reaksi untuk menghasilkan biodiesel (metil ester). Namun, CPO mudah mengalami degradasi akibat hidrolisis, sehingga dapat meningkatkan nilai Asam Lemak Bebas (ALB) yang dapat menganggu reaksi transesterifikasi. Konsekuensinya, akan ada sabun sebagai produk samping. Untuk memaksimalkan produksi biodiesel dari minyak sawit yang memiliki kadar ALB tinggi (CPOlow grade), salah satunya dengan menggunakan katalis hasil pen-doping-an. Penelitian ini dilakukan untuk memberikan informasi mengenai pengaruh konsentrasi ion Li+ (dalam bentuk LiNO3) yang di-doping ke dalam kalsium oksida (CaO) terhadap reaksi transesterifikasi minyak sawit dengan kadar ALB yang tinggi menjadi metil ester, pada temperatur 120oC, rasio metanol:CPO = 12:1 (mol/mol), jumlah katalis 2,5 % (w/w) CPO, selama 3,5 jam dan menggunakan reaktor bertekanan. Variabel penelitian adalah konsentrasi Li yang di-doping ke dalam CaO, yaitu 0%, 1% dan 4% (w/w) CaO. Adapun parameter uji yang dilakukan adalah kandungan metil ester yang diperoleh dari hasil reaksi transesterifikasi dengan analisa Kromatografi Gas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ion Li+ yang di-doping ke dalam katalis CaO dapat meningkatkan reaksi pembentukan metil ester dari minyak sawit mentah (CPOlow grade) dengan kadar ALB > 3,5 %, dimana konsentrasi Li yang di-doping pada CaO paling baik adalah 1%, dengan hasil 90,88% metil ester.
ABSTRACT
The development of biodiesel which is derived from CPO shows a rising trend for petroleum-based energy reserves are running low. Oil palm is the largest plantation commodity in Indonesia, so, it has high potential as raw material of biodiesel. Transesterification is a reaction of producing biodiesel (methyl ester). Nevertheless, CPO is easy to be degraded by hydrolysis, so, it could increase the amount of Free Fatty Acid (FFA) content which hampers transesterification process. As a consequence, there is formation of soaps as side product. To maximize the production of biodiesel which is derived from palm oil that contains of large amount of FFA (CPOlow grade) one of the ways is by applying catalyst through doped-process. This research is held to give information about the effect of Li+ ion concentration (in LiNO3 form) which is doped to calcium oxide (CaO) to palm oil transesterification with the large amount of FFA to produce methyl ester, at temperature of 120oC, the ratio of methanol:CPO = 12:1 (mol/mol), catalyst amount 2,5% (w/w) CPO, for 3,5 hours and uses pressured reactor. The variable of research is Li concentration that is doped to CaO with concentration: 0%, 1% and 4% (w/w) CaO. The parameter test is methyl ester content that is derived from the result of transesterification with Gas Chromatography (GC) analysis. The research shows that Li+ ion that is doped to CaO catalyst could increase the reaction of methyl ester production which is derived from CPOlow grade with FFA> 3,5 %, in which the finest of Li concentration that is doped to CaO is 1%, with result of 90,88% methyl ester.
DAFTAR ISI
Hal
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
2.3.3 Teknik Pen-doping-an dengan Metode Impregnasi Basah 13 2.4POTENSI EKONOMI METIL ESTER DARI CPOLOW GRADE 17
3.1TEMPAT DAN WAKTU 22
3.2BAHAN DAN ALAT 22
3.2.1 Bahan Penelitian 22
3.2.2 Alat Penelitian 22
3.2.3 Gambar dan Spesifikasi Reaktor 22
3.3PROSEDUR PENELITIAN 24
3.3.1 Analisa Bahan Baku 24
3.3.1.1Analisa Kandungan Asam Lemak 24
3.3.1.2Analisa Kadar ALB 24
3.3.2 Preparasi Katalis (Li/CaO) 24
3.3.3 Transesterifikasi 25
3.3.4 Analisa Hasil 25
3.4FLOWCHART PENELITIAN 27
3.4.1 Analisa Kadar ALB 27
3.4.2 Preparasi Katalis (Li/CaO) 28
3.4.3 Transesterifikasi 29
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 30
4.1HASIL 30
4.1.1 Analisa Bahan Baku CPOlow grade 30
4.1.2 Hasil Transesterifikasi CPOlow grade 31
4.2PEMBAHASAN 32
4.2.1 Pengaruh Konsentrasi Ion Li yang di-doping ke Dalam CaO terhadap
Kandungan ME 33
4.2.2 Penentuan Penggunaan Doping Katalis yang Paling Baik 35
BAB V KESIMPULAN 38
5.1KESIMPULAN 38
5.2SARAN 38
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1 Reaksi transesterifikasi 6
Gambar 2.2 Mekanisme reaksi heterogen 8
Gambar 2.3 Mekanisme reaksi transesterifikasi basa heterogen dengan katalis 11 Gambar 2.4 Li teori versus Li aktual dari LiNO3 di-doping ke CaO 12
Gambar 2.5 Mekanisme impregnasi katalis 15
Gambar 2.6 Teknik pen-doping-an sol-gel katalis 16 Gambar 2.7 Simulasi bahan baku CPOlow grade terhadap nilai keuntungan 21 Gambar 3.1 Reaktor transesterifikasi bertekanan: (a) reaktor; (b) stirrer; (c)
rangkaian reaktor + strrier; dan (d) rangkaian lengkap reaktor 23
Gambar 3.2 Flowchart analisa kadar ALB 27
Gambar 3.3 Flowchart preparasi katalis (Li/CaO) 28
Gambar 3.4 Flowchart transesterifikasi 29
Gambar 4.1 Chromatogram analisis GC dari hasil transesterifikasi CPOlow grade dengan katalis Li/CaO dengan doping Li 1 % 32 Gambar 4.2 Pengaruh % doping Li tehadap pembentukan ME 33 Gambar 4.3 Komposisi gliserida pada berbagai konsentrasi doping Li 35 Gambar 4.4 Perbandingan komposisi gliserida pada berbagai konsentrasi
doping Li 36
Gambar L.1 Data chromatogram analisis GC dari hasil transesterifikasi
CPOlow grade dengan katalis Li/CaO dengan doping Li 1 % 43 Gambar L.2 Simulasi bahan baku CPOlow grade terhadap nilai keuntungan 51 Gambar L.3 Impregnasi basah untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a)
1% dan (b) 4% 52
Gambar L.4 Katalis pra-kalsinasi untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a)
1% dan (b) 4% 52
Gambar L.5 Katalis pasca kalsinasi untuk berbagai variasi pen-doping-an Li:
(a) 1% dan (b) 4% 53
Gambar L.6 Penghalusan dan pengayakan: (a) penghalusan; dan (b)
Gambar L.7 Reaktor transesterifikasi bertekanan: (a) reaktor; (b) stirrer; (c)
rangkaian reaktor + strrier; dan (d) rangkaian lengkap reaktor 54 Gambar L.8 Sentrifugasi ME + katalis Li/CaO 1%: (a) sebelum; dan (b)
sesudah 55
Gambar L.9 Sentrifugasi ME + katalis Li/CaO 4%: (a) sebelum; dan (b)
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 2.1 Komposisi asam lemak CPO 5
Tabel 2.2 Data produksi CPO domestik 17
Tabel 2.3 Data produksi, ekspor, dan konsumsi biodiesel (103 kiloliter) 17 Tabel 2.4 Perhitungan biaya listrik alat proses penelitian 19 Tabel 2.5 Perhitungan biaya bahan baku pada simulasi 20 Tabel 2.6 Perhitungan biaya listrik alat proses pada simulasi 20 Tabel 2.7 Perhitungan kajian ekonomi pada simulasi 20 Tabel 3.1 Variasi impregnasi pembuatan katalis Li/CaO 25 Tabel 4.1 Hasil analisa bahan baku CPOlow grade 30 Tabel 4.2 Komposisi asam lemak dari CPOlow grade 30
Tabel 4.3 Komposisi CPOlow grade 30
Tabel 4.4 Hasil pembentukan metil ester dan analisanya 31
Tabel 4.5 Tabel peak area 32
Tabel L.1 Bahan baku CPOlow grade 42
Tabel L.2 Komposisi asam lemak dari CPOlow grade 42
Tabel L.3 Komposisi CPOlow grade 42
DAFTAR LAMPIRAN
Hal
LAMPIRAN 1. DATA PERCOBAAN 42
L.1.1 Data Bahan Baku CPOlow grade 42
L.1.2 Data Hasil Transesterifikasi 42
L.1.3 Data Chromatogram Analisis GC dari Hasil Transesterifikasi CPOlow grade dengan Katalis Li/CaO Dengan Doping Li 1 % 43
L.1.4 Data Peak Area 44
LAMPIRAN 2. CONTOH PERHITUNGAN 45
L.2.1 Perhitungan Mol CH3OH 45
L.2.2 Perhitungan Massa CH3OH 45
L.2.3 Perhitungan Volume CH3OH 45
L.2.4 Perhitungan Jumlah Katalis yang Digunakan 45 L.2.5 Perhitungan Massa Li (dalam bentuk LiNO3) yang di-doping ke
dalam CaO 45
L.2.6 Perhitungan Konsentrasi Ion Li+ (dalam bentuk LiNO3) yang
di-doping ke dalam CaO 46
L.2.7 Perhitungan Potensi Ekonomi Produk 46
LAMPIRAN 3. FOTO PERCOBAAN 52
L.3.1 Impregnasi Basah 52
L.3.2 Pra-Kalsinasi 52
L.3.3 Pasca Kalsinasi 53
L.3.4 Penghalusan & Pengayakan 53
L.3.5 Reaktor 54
L.3.6 Sentrifugasi ME + Katalis Li/CaO 1% 55
DAFTAR SINGKATAN
ALB Asam Lemak Bebas
CPO Crude Palm Oil
FAME Fatty Acid Methyl Ester
FFA Free Fatty Acid
GC Gas Chromatography
ID Inside Diameter
