Proses Pembuatan Biodiesel dari Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) dan Dimethyl Carbonate dengan Reaktor Packed Bed Menggunakan Katalis Novozym® 435

(1)

PROSES PEMBUATAN BIODIESEL DARI

PALM

FATTY ACID DISTILLATE

DAN

DIMETHYL

CARBONATE

DENGAN REAKTOR

PACKED BED

MENGGUNAKAN

KATALIS NOVOZYM

®

435 SKRIPSI

Oleh

JOHAN SENJAYA

110405078

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(2)

PROSES PEMBUATAN BIODIESEL DARI

PALM

FATTY ACID DISTILLATE

DAN

DIMETHYL

CARBONATE

DENGAN REAKTOR

PACKED BED

MENGGUNAKAN

KATALIS NOVOZYM

®

435 SKRIPSI

Oleh

JOHAN SENJAYA

110405078

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(3)

(4)

(5)

iii

PRAKATA

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga

skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Proses

Pembuatan Biodiesel dari Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) dan Dimethyl Carbonate

dengan Reaktor Packed Bed Menggunakan Katalis Novozym® 435”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Laboratorium Oleokimia, Pusat Penelitian Kelapa

Sawit. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.

Melalui penelitian ini diperoleh hasil biodiesel dari produk samping pemurnian kelapa

sawit yaitu palm fatty acid distillate dengan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis

Novozym® 435, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat

bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan

penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si selaku dosen pembimbing yang telah banyak

memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan

penulisan skripsi ini.

2. Bapak Dr. Tjahjono Herawan dan Ibu Meta Rivani, S.T yang telah memberikan

bantuan dan arahan dalam pelaksanaan kegiatan penelitian ini.

3. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik

Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

4. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan

saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

5. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T selaku Dosen Penguji II yang telah

memberikan kritik dan saran yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

6. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia,

(6)

(7)

v

DEDIKASI

Skripsi ini saya persembahkan untuk :

Bapak & Ibu tercinta

Bapak Junaidi dan Ibu Hiu Kim Yet

Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan dan

mendidikku dengan penuh kasih sayang.

(8)

vi

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Johan Senjaya

NIM : 110405078

Tempat, tanggal lahir : Medan, 13 Juni 1993 Nama orang tua : Junaidi dan Hiu Kim Yet Alamat orang tua :

Jl. Metal No.59, Medan

Asal Sekolah:

 SD Hosana Medan tahun 1999-2005

 SMP Methodist-2 Medan tahun 2005-2008

 SMA Methodist-2 Medan tahun 2008-2011 Pengalaman Kerja dan Organisasi:

1. Guru les privat (Juli 2011 – sekarang)

2. Mahasiswa magang di Pabrik Gula Sei Semayang Binjai KM 12,5, Medan (Agustus – September 2014)

Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai:

(9)

vii

ABSTRAK

Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) adalah produk sampingan yang dihasilkan dalam proses pemurnian di kilang minyak sawit yang berpotensi menjadi bahan baku dalam proses pembuatan biodisel serta harganya jauh lebih murah dari pada virgin oil. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memanfaatkan PFAD dalam pembuatan biodiesel dengan menggunakan Dimethyl Carbonate (DMC) sebagai reaktan dan Novozym® 435 sebagai katalis. Pembuatan biodiesel ini dilakukan dengan dua cara yaitu secara batch dan kontinu. Untuk batch, PFAD, DMC serta katalis dimasukkan kedalam tabung carousel yang dilengkapi dengan termometer dan magnetic stirrer. Campuran tersebut dipanaskan selama 1 jam dengan suhu 60 oC. Selanjutnya biodiesel disaring dengan menggunakan syringe filter untuk memisahkan produk dengan katalis dan diikuti dengan evaporasi produk menggunakan rotary vacuum evaporator pada suhu 50 oC dan tekanan 225 mbar. Hasil terbaik yang didapat melalui proses batch adalah rasio molar (PFAD:DMC) 1:9 dicapai kemurnian biodiesel sebesar 95,87% dan dengan suhu sebesar 60 oC didapat kemurnian sebanyak 95,87%. Untuk kontinu, digunakan kondisi terbaik yang telah didapat dari proses batch. Pembuatan biodiesel secara kontinu dilakukan dengan cara katalis dimasukkan kedalam reaktor packed bed selanjutnya dengan menggunakan pompa peristaltik dialirkan dari arah gravitasi berupa PFAD dan DMC yang telah dipanaskan dengan suhu 60 oC terlebih dahulu menggunakan hot plate. Suhu didalam reaktor dijaga dengan menggunakan water bath sebesar 60 oC. Biodiesel yang didapat ditampung setiap 1 jam selama 100 jam dan dilakukan proses evaporasi untuk menghilangkan sisa DMC. Kemurnian yang didapat pada 100 jam sebesar 98,55%.

(10)

viii

ABSTRACT

Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) is a byproduct produced in the refining process in the palm oil that could potentially be a raw material in the manufacturing process of biodiesel and the price is much cheaper than virgin oil. The purpose of this study was to utilize PFAD in the manufacture of biodiesel by using Dimethyl Carbonate (DMC) as the reactant and Novozym® 435 as a catalyst. The production of biodiesel is done in two ways which are batch and continuous. For batch, PFAD, DMC and the catalyst was added to the tube carousel equipped with a thermometer and a magnetic stirrer. The mixture was heated for 1 hour at a temperature of 60 oC. Furthermore, biodiesel is filtered using a syringe filter to separate the product with the catalyst, followed by evaporation of the product using a rotary vacuum evaporator at a temperature of 50 ° C and a pressure of 225 mbar. The best results were obtained through a batch process is the molar ratio (PFAD: DMC) 1:9 achieved the purity of biodiesel amounted to 95.87% and with a temperature of 60 oC gained as much as 95.87% purity. The variale for continuous process was used the best conditions that have been obtained from batch processes. Manufacture biodiesel continuously carried out in a way catalyst packed bed reactor was added to further by using a peristaltic pump flowed from the direction of gravity in the form of PFAD and DMC that has been heated to a temperature of 60 oC in advance using a hot plate. The temperature inside the reactor is maintained by using a water bath at 60 °C. Biodiesel obtained accommodated every 1 hour for 100 hours and performed the process of evaporation to remove residual DMC. The purity of biodiesel that obtained at 100 hours was 98.55%.

(11)

ix

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI v

RIWAYAT HIDUP PENULIS vi

ABSTRAK vii

ABSTRACT viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR TABEL xvii

DAFTAR LAMPIRAN xix

DAFTAR SINGKATAN xxi

DAFTAR SIMBOL xxii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 5

1.2 PERUMUSAN MASALAH 5

1.3 TUJUAN PENELITIAN 5

1.4 MANFAAT PENELITIAN 5

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 BIODIESEL 7

2.2 BAHAN BAKU 10

2.2.1 Dimetyhl Carbonate (DMC) 10

2.2.2 Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) 10

2.2.3 Katalis Enzim 11

2.3 TRANSESTERIFIKASI ENZIMATIK 13

(12)

x

2.4.1 Reaktor Batch 15

2.4.2 Reaktor Packed Bed 16

2.5 ANALISIS EKONOMI 18

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 19

3.1 BAHAN PERCOBAAN 19

3.2 PERALATAN PERCOBAAN 19

3.3 PROSEDUR PERCOBAAN 20

3.3.1 Proses Esterifikasi Enzimatis Secara Batch 20

3.3.2 Proses Esterifikasi Enzimatis Secara Kontinu 20

3.4 FLOWCHART PERCOBAAN 21

3.4.1 Flowchart Proses Esterifikasi Enzimatis Secara Batch 21

3.4.2 Flowchart Proses Esterifikasi Enzimatis Secara Kontinu 22

3.5 PROSEDUR ANALISIS 22

3.5.1 Analisis Titik Nyala 22

3.5.2 Analisis Angka Asam 23

3.5.3 Analisis Bilangan Penyabunan 23

3.5.4 Analisis Kadar Air 24

3.5.5 Analisis Bilangan Peroksida 25

3.5.6 Analisis Densitas dan Viskositas Kinematik 26

3.5.7 Analisis Titik Keruh 26

3.5.8 Analisis Komposisi Biodiesel 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 28

4.1 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU 28

4.2 PROSES ESTERIFIKASI 30

4.2.1 Secara Batch 30

4.2.1.1 Pengaruh Rasio Molar terhadap Kandungan Ester 30

4.2.1.2 Pengaruh Suhu terhadap Kandungan Ester 31

4.2.2 Secara Kontinu 33

4.3 ANALISIS SIFAT FISIK BIODIESEL DARI PFAD 34

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 36

(13)

xi

5.2 SARAN 36

(14)

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Pasokan Energi Total Dunia dengan Bahan Bakar

padaTahun 2006 (Tidak Termasuk Listrik dan

Panas).Total: 11.741 Million Tonnes of Oil Equivalent

(mtoe)

2

Gambar 2.1 Palm Fatty Acid Distillate 11

Gambar 2.2 Novozym® 435 13

Gambar 2.3 Reaksi Esterifikasi Enzimatik 14

Gambar 2.4 Produksi Biodiesel dengan Proses Alkali 14

Gambar 2.5 Produksi Biodiesel dengan Proses Enzimatik 15

Gambar 2.6 Reaktor Batch 16

Gambar 2.7 Reaktor Packed Bed 16

Gambar 3.1 Flowchart Proses Esterifikasi Enzimatis Secara Batch 21

Gambar 3.2 Flowchart Proses Esterifikasi Enzimatis Secara Kontinu 22

Gambar 3.3 Alat Instrumen K16200 Pensky-Martens Closed Cup

Flash Tester

22

Gambar 3.4 Alat Instrumen METTLER TOLEDO DL 32 Karl Fischer

Coulometer

24

Gambar 3.5 Alat Instrumen Stabinger ViscometerTM: SVM 3000 26 Gambar 3.6 Alat Instrumen Shimadzu Gas Chromatography 27

Gambar 4.1 Hasil Analisis GC Komposisi Palm Fatty AcidDistillate

(PFAD)

28

Gambar 4.2 Hubungan antara Rasio Molar dengan Kandungan

Esterpada Waktu 60 menit, Jumlah Katalis 10 %berat,

Kecepatanpengadukan 300 rpm dan suhu 60 oC

31

Gambar 4.3 Hubungan antara Suhu dengan Kandungan Ester pada

RasioMolar PFAD:DMC 1:9, Waktu 60 menit, Jumlah

Katalis 10 %berat dan Kecepatan pengadukan 300 rpm

(15)

xiii

Gambar 4.4 Perubahan Kandungan Ester Selama 120 Menit

padaRasio Molar PFAD:DMC 1:9, Tinggi Bed 9 cm (3

gram) danSuhu 60 oC

33

Gambar 4.5 Perubahan Kandungan Ester Selama 100 Jam padaRasio

Molar PFAD:DMC 1:9, Tinggi Bed 9 cm (3 gram)

danSuhu 60 oC

34

Gambar C.1 Reaksi Esterifikasi Enzimatik 44

Gambar D.1 Hasil Analisis GC Komposisi Bahan Baku Palm Fatty

Acid Distillate (PFAD)

46

Gambar D.2 Hasil Analisis GC Komposisi Biodiesel pada Kondisi

Rasio Molar PFAD/DMC 1:6

47

48

49

50

51

(16)

(17)

(18)

xvi

Gambar D.45 Hasil Analisis GC Komposisi Biodiesel pada Waktu

88 Jam

90

92 Jam

91

96 Jam

92

100 Jam

93

Gambar E.1 Foto Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) 94

Gambar E.2 Foto Dimethyl Carbonate (DMC) 94

Gambar E.3 Foto Novozym® 435 94

Gambar E.4 Foto Pengujian Kadar Asam Lemak 95

Gambar E.5 Foto Rangkaian Alat Esterifikasi Secara Batch (Carousel) 95

Gambar E.6 Foto Penggunanan Syringe Filter 95

Gambar E.7 Foto Pemisahan Hasil Esterifikasi dengan Syringe Filter 96

Gambar E.8 Foto Evaporasi Hasil Esterifikasi dengan Rotary Vacuum

Evaporator

96

Gambar E.9 Foto Produk Akhir Biodiesel Secara Batch 96

Gambar E.10 Foto Rangkaian Alat Esterifikasi Secara Kontinu

(Reaktor Packed Bed)

97

Gambar E.11 Foto Packing 97

(19)

xvii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan

Biodiesel dengan Reaktor Packed Bed

4

Tabel 2.1 Perbandingan Kandungan Unsur Kimia Biodiesel dan Solar 8

Tabel 2.2 Standar Biodiesel Berdasarkan ASTM D 6751/09,EN

14214/03, dan Pr EN 14214/09

9

Tabel 2.3 Sifat-sifat Fisika dan Kimia DMC 10

Tabel 2.4 Komposisi Bahan Baku Biodiesel (%berat) 11

Tabel 2.5 Komposisi Asam Lemak pada PFAD 11

Tabel 2.6 Tingkat FFA yang Direkomenndasikan untuk Proses

Transesterifikasi Menggunakan Katalis Basa

12

Tabel 2.7 Perbandingan Antara Free Enzyme dan Immobilized

Enzyme

13

Tabel 3.1 Berat Sampel Untuk Analisis Angka Asam 23

Tabel 3.2 Berat Sampel Untuk Analisis Bilangan Penyabunan 24

Tabel 3.3 Berat Sampel Untuk Analisis Bilangan Peroksida 25

Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari Palm Fatty Acid Distillate

(PFAD)

29

Tabel 4.2 Komposisi Penyusun PFAD 29

Tabel 4.3 Hasil Penelitian Pembuatan Biodiesel dari PFAD

denganMenggunakan Novozym® 435 dengan Variasi Rasio Molar

30

Tabel 4.4 Hasil Penelitian Pembuatan Biodiesel dari PFAD

denganMenggunakan Novozym® 435 dengan Variasi Suhu

31

Tabel 4.5 Sifat Fisik Biodiesel dari PFAD Dibandingkan dengan

Standar Biodiesel di Eropa dan Amerika Serikat

35

Tabel A.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Palm Fatty Acid

Distillate (PFAD)

(20)

xviii

Tabel B.1 Hasil data Pengaruh Rasio Molar terhadap Kandungan

Ester

43

(21)

xix

LAMPIRAN B DATA PENELITIAN 43

LB.1 DATA PENGARUH RASIO MOLAR

TERHADAP KANDUNGAN ESTER

43

LB.2 DATA PENGARUH SUHU TERHADAP

KANDUNGAN ESTER

43

LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN 44

LC.1 PERHITUNGAN KADAR FFA PALM FATTY

ACID DISTILLATE (PFAD)

44

LC.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN DIMETHYL

CARBONATE (DMC)

44

LAMPIRAN D HASIL ANALISIS 46

LD.1 HASIL ANALISIS KOMPOSISI BAHAN

BAKU PALM FATTY ACID DISTILLATE

(PFAD)

46

LD.2 HASIL ANALISIS KOMPOSISI BIODIESEL 47

LD.2.1 Perbandingan Rasio Molar Secara Batch

dengan Waktu Reaksi 1 Jam, Kecepatan

Pengadukan 300 rpm, Jumlah Katalis 10

%berat dan Suhu 60 oC

47

LD.2.2 Perbandingan Suhu Secara Batch dengan

Waktu Reaksi 1 Jam, Kecepatan

Pengadukan 300 rpm, Jumlah Katalis

10% dan Rasio Molar (PFAD/DMC) 1:9

(22)

xx

LD.2.3 Perbandingan Waktu Secara Kontinu

dengan Suhu 60 oC, Jumlah Katalis 30% dan Rasio Molar (PFAD/DMC) 1:9

57

LAMPIRAN E DOKUMENTASI PENELITIAN 94

LE.1 FOTO BAHAN BAKU PENELITIAN 94

LE.2 FOTO PENGUJIAN KADAR ASAM LEMAK

BEBAS

95

LE.3 FOTO PROSES ESTERIFIKASI ENZIMATIS

SECARA BATCH

95

LE.4 FOTO PROSES ESTERIFIKASI ENZIMATIS

SECARA KONTINU

(23)

xxii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

N Normalitas larutan NaOH N

V Volume larutan NaOH terpakai ml

M Berat molekul asam lemak palm fatty

(24)

xxi

DAFTAR SINGKATAN

ASTM American Standard Testing Method

BM Berat Molekul

FAME Fatty Acid Methyl Ester

FFA Free Fatty Acid

GCMS Gas Chromatography Mass Spectrometry

rpm rotary per minute