1
BAB I
FAT SPLITTING
1.1 Definisi
Fat Splitting menurut bahasa berarti pemecahan lemak. Sedangkan secara definisi berarti proses pemecahan lemak atau minyak (Trigliserida) menjadi Fatty Acid (Asam lemak) serta gliserin sebagai produk samping, dengan menggunakan air (Proses hidrolisa) dan atau menggunakan enzim.
Secara tersirat dapat diketahui reaktan pada proses ini adalah minyak (crude palm oil, palm kernel oil, serta coconut oil) atau lemak yang sudah di kilang untuk pembersihan, dan yang akan dijelaskan secara mendalam pada bagian-bagian selanjutnya adalah menggunakan coconut oil dan crude palm oil (CPO) sebagai umpan reaksi.
Adapun kegunaan dari proses “pemecahan lemak” ini adalah untuk menghasilkan asam lemak dan gliserin sebagai produk samping. Sebagaimana kita ketahui bersama kedua produk ini memiliki nilai jual lebih bila dibandingkan umpan kita tadi. Adapun asam lemak dapat juga dikatakan basic oleochemical terpenting, pada industri oleochemical asam lemak digunakan sebagai materi awal untuk sabun, medium-chain trigliserida, polyol ester, alkanoamida, dan sebagainya.
2 a. Reaksi Serta Mekanisme
Gambar 1.1 Reaksi Hidrolisis Trigliserida
Fat splitting merupakan reaksi yang essensial yang berlangsung pada tahapan sebagai berikut :
Asam lemak radikal, berpindah tempat dari trigliserida satu kali dari tri ke di ke mono. Pemecahan yang tidak sempurna akan menghasilkan monogliserida, digliserida, dan memungkinkan juga masih berbentuk trigliserida. Semenjak proses inisiasi, reaksi berjalan lamban, terbatas oleh kelarutan air di dalam fasa minyak. Pada tahapan kedua, prosedur reaksi mulai bergerak cepat, karena peningkatan kelarutan air pada fasa minyak. Pada tahap akhir ditandai dengan dimishing rata-rata reaksi sebagai asam lemak dan gliserin sebagai produk kondiri equilibrium.
Pemecahan lemak merupakan reaksi yang reversibel, pada titik equilibrium nilai hidrolisis dan reesterifikasi adalah setimbang. Gliserin sebagai produk harus ditari keluar secara kontinu, sebagai usaha untuk menghindari terjadinya reesterifikasi yang berlebihan.
Meningkatkan suhu dan tekanan akan memepercepat reaksi karena akan meningkatkan kelarutan air di dalam fasa minyak, dan untuk meningkatkan energi aktifasi. Temperatur pada bagian partikel, akan menimbbulkan efek yang signifikan. Menaikkan suhu dan temperatur (misal dari 150 – 220 oC) akan meningkatkan kelarutan air 2 sampai 3 kali lipat. Presentasi asam mineral yang
3 kecil seperti asam sulfat atau oksida logam (seperti Zn dan Magnesium Clorida) meningkatkan reaksi pemecahan. Oksida logam ini merupakan katalis. Mereka juga membantu dalam pembentukan emulsi.
1.2 Macam - Macam Metode 1. Twitchell Process
Proses twitchell adalah proses yang mula-mula dikembangkan pada pemisahan lemak. Proses ini masih menggunakan cara yang sederhana, disebabkan murah serta kemudahan dari instalasi dan operasi. Tetapi proses ini membutuhkan energi yang besar dan kualitas produk yang rendah. Proses pemisahan menggunakan reagen Twitchell dan H2SO4 sebagai katalis dalam hidrolisis. Reagennya adalah campuran dari oleic atau asam lainnya dengan naptalen tersulfonasi.
Operasi terjadi dalam suatu wooden lead-lined, atau tong tahan asam.
Kandungan yang terdiri dari air yang jumlahnya ± ½ dari lemak, H2SO4
1-2 % dan reagen Twitchell 0,75-1,25 % dipanaskan sampai mendidih pada tekanan atmosfer selama 36-48 jam, menggunakan steam terbuka.
Proses biasanya diulangi dua sampai empat kali, fasa tiap tahap menghasilkan larutan gliserin dan air. Pada tahap akhir, air ditambahkan dan campuran dipanaskan kembali hingga mendidih guna mencuci asam yang tertinggal.
Pada periode reaksi yang panjang, steam yang dibutuhkan menjadi tinggi dan diskolorisasi asam lemak tidak merata sehingga pemakaian proses ini tidak menguntungkan.
4 Gambar 1.2. Proses Twitchell
2. Batch Autoclave Process
Proses ini adalah proses pemecahan lemak secara komersial tertua untuk memecahkan umpan lemak atau minyak kualitas baik menghasilkan zat . Proses ini lebih cepat dibandingkan dengan proses Twitchell, hanya butuh waktu selama 6-10 jam sampai selesai. Pemisahan menggunakan katalis zinc, Mg atau kalsium oksida. Dari semua katalis yang paling aktif adalah zinc. Sekitar 2-4 % katalis digunakan dan sejumlah dari serbuk zinc ditambahkan untuk meningkatkan warna dari asam lemak.
Autoclave merupakan silnder yang tinggi, dengan diameter 1220-1829 mm dan tinggi 6-12 m dibuat dari alloy yang tahan terhadap korosi (corrosion-resistant alloy) dan terlindungi secara penuh. Penginjeksian steam menyebabkan terjadinya pengadukan, meskipun pada beberapa kondisi digunakan mesin pengaduk.
Dalam operasi, autoclave diisi dengan lemak dan air yang jumlahnya (sekitar ± ½ dari lemak) dan katalis. Steam dihembuskan guna menggantikan udara terlarut dan autoclave ditutup. Steam yang digunakan untuk menaikkan tekanan sampai 1135 kPa dan diinjeksikan secara kontiniu, sementara sebagian kecil dilepaskan untuk menjaga agitasi dan tekanan operasi. Konversi dapat dicapai lebih dari 95%
setelah 6-10 jam.
Dilakukan 2 – 4 kali Lemak, air
H2SO4 1-2 %
Reagent Twitchell 0,75-1,25 %
Dipanaskan pada suhu 100-105 oC Tong tahan
Asam
(wooden lead-lined)
Gliserin + air
Dipanaskan lagi
Gliserin
5 Isi dari autoclave dipindahkan ke tangki, dimana terbentuk asam lemak dibagian atas dan gliserin pada bagian bawah. Asam lemak yang terbentuk ditambahkan asam mineral untuk memisahkan kandungan sabun dan selanjutnya dilakukan pencucian kembali guna memisahkan sisa asam mineral.
Gambar 1.3. Proses Autoclave Batch
3. Continous Process
Proses kontinyu merupakan proses pemisahan lemak dengan menggunakan suhu dan tekanan yang tinggi. Proses pemisahan asam lemak lebih dikenal dengan proses Coltage-Emery, merupakan metode yang paling efisien dalam hidrolisis lemak. Suhu dan tekanan tinggi dipergunakan untuk mempercepat waktu reaksi. Aliran counter current dipenuhkan oleh minyak dan air guna menghasilkan suatu derajat pemisahan yang maksimal tanpa memerlukan katalis.
Menara pemisah merupakan bagian utama dari proses ini. Kebanyakan dari menara pemisah mempunyai konfigurasi sama dan dioperasikan dengan cara yang sama. Tergantung dari kapasitas, menara bisa berkapasitas pad diameter 508-1220 mm dengan tinggi 18-25 m dan terbuat dari bahan tahan korosi seperti baja stainless 316 atau campuran logam yang dirancang untuk beroperasi pada tekanan sekitar 5000 kPa.
Fat, Water Catalyst : 2-4%
Zinc
Separation
Fatty acid
Gliserol 5-10 hari
Steam 150-175oC Copper/stainless
Steel autoclave
Fatty acid (wased)
impurities
6 Gambar 1.4. Single-stage countercurrent splitting
Gambar 1.4 menunjukkan suatu rancangan Single-stage Countercurrent splitting, lemak terdegradasi pada sebuah cincin sparge , sekitar 1 meter dari dasar dengan sebuah pompa bertekanan tinggi. Air terdapat pada bagian atas dengan perbandingan 40-50% dari berat lemak. Temperatur pemisahan yang tinggi (250 – 260oC) cukup menjamin penghancuran fase air pada minyak.
Volume kosong menara digunakan sebagai tempat reaksi. Lemak mentah lewat sebagai fase yang saling bersentuhan dari dasar atas menara, sementara cairan lebih berat mengalir turun sebagai fase terdispersi dalam bentuk campuran lemak dan asam. Derajat pemisahan dapat dicapai hingga 99%. Proses kontinyu countercurrent tekanan tinggi memecah lemak dan minyak dengan lebih efisien dari pada proses lain dengan lama reaksi 2 – 3 jam.
Konsumsi yang dibutuhkan untuk per ton umpan adalah : Steam (6000 kPa) 190 kg
Air pendingin (20oC) 3 m3
7
Energi elektrik 10 kWh
Air proses 0,6 m3
4. Enzymatic Process
Lemak dan minyak dapat dihidrolisis dengan enzim alami. Pemecahan lemak dengan enzim telah dilakukan melalui percobaan. Tetapi saat ini prosesnya tidak begitu dianggap penting karena biayanya yang mahal dan waktu reaksinya yang lama.Pemecahan lemak dan minyak secara enzimatis oleh lipase dari Candida Rugosa, Aspergillus niger, dan Rhizopus Arrhizus telah dipelajari pada range temperatur 26 – 46oC dengan waktu 48 – 72 jam dengan hasil pemecahan kira-kira 98 %.
Gambar 1.5. Reaksi enzimatis pada pemecahan trigliserida
Tabel 1.1 Perbandingan Beberapa Macam Proses
Twitchell Batch Autoclave Continuous Enzimatik Suhu (oC) 100 – 105 150 – 175 atau 240 250 26 – 46
Tekanan 5.2-10.0 atau 2.9-
3.1 Katalis Asam alkil, aril
sulfonat dan asam
Seng, kalsium, atau magnesium oksida 1-2%, atau tanpa
Optional Lipase dari candida rugosa,
8 sikloalifatik,
dipakai bersama-sama dengan asam sulfat sebanyak 0.7-1.25%
katalis aspergilus
niger
Dan rizopus arrhizus
Waktu (h) 12-48 5-10 atau 2-4 2-3 48-72
Metode operasi
Batch Batch Kontinyu
Perolehan 35-98%
larutan gliserol 5-15%
bergantung jumlah tahap dan jenis lemak
85-95%
larutan gliserol 10- 15% tergantung pada jumlah tahap dan jenis lemak
97-99%
larutan gliserol 10- 25% tergantung jenis lemak
98%
Keuntungan - suhu dan tekanan rendah - bisa untuk
skala lab - investasi awal
relatif ringan
- dapat diadaptasi untuk skala kecil - investasi awal
lebih murah daripada kontinu proses
- lebih cepat dari pada twitchell proses
- tidak butuh ruang luas - kualitas produk
seragam
- perolehan lebih tinggi
- konsentrasi lebih tinggi - biaya murah
untuk operasi - karena otomatis,
pengendalianny a mudah
Perolehan tinggi dan lebih ramah lingkungan hidup
Kelemahan - penanganan katalis butuh waktu lama
- Investasi awal agak tinggi - Penanganan
- investasi awal tinggi
- suhu dan
Waktu yang lama diikuti investasi
9 - stok bahan
baku kurang bagus, harus di rafinasi
- konsumsi steam tinggi - cenderung
bewarna gelap - lebih dari 1
tahap untuk perolehan tinggi - pengendalian
manual
- biaya tenaga kerja tinggi
katalis yang lama - Waktu reaksi
lebih lama dari pada kontinu proses
- Biaya tenaga kerja tinggi - Perlu lebih dari
satu tahap untuk hasil yang baik
tekanan tinggi - tingkat
penanganan yang dibutuhkan tinggi
biologi mahal
1.3. Uraian Proses Fat Splitting
Pada prinsipnya pembuatan pemisahan lemak ini terbagi menjadi beberapa tahap :
1. Tahap degumming 2. Tahap hidrolisa
3. Fraksinasi dan distilasi asam lemak 4. Tahap penguapan
10 Gambar 1.6. Blok diagram tahapan proses pemisahan lemak.
1.4. Fraksinasi dan Distilasi Asam Lemak
Zat asam yang mengandung lemak sangat sensitif jika dipanaskan, dioksidasi, dan dapat menimbulkan karat. Penyulingan dibawa ke ruang hampa dan menurunkan temperatur sehingga memperpendek waktu proses. Zat asam yang mengandung lemak kasar dikeringkan dengan melewati ruang hampa dan dimasukkan pada unit destilasi, direaksikan pada ruang hampa 1,2 kPa atau temperatur kira-kira 210oc.
Panas memudahkan pengurangan kotoran seperti halnya bau dan warna dari uap air yang meninggalkan sistem tersebut. Lemak yang disaring punya warna putih dan bebas dari ketidak murnian. Akhirnya terdiri dari beberapa kualitas produk akhir, yang dapat di daur ulang secara langsung dengan penyulingan kembali.
Menurut lurgi pemakaian lemak kasar per ton untuk 50 – 200 ton per hari.
Heating steam (5000 kPa) 370 kg Steam (300 – 1000 kPa) 150 kg Cooling water (20oC) 15 m3
Electrical energy 5 kWh
Export steam (300 kPa) 120 kg
11 Fraksi spesifik dengan kemurnian lebih dari 99 % diinginkan untuk produk tertentu. Untungnya, dalam pengembangan teknologi fraksionasi kini sudah dapat menghadapi tantangan ini. Kemurnian 99,5 % dapat dicapai untuk memisahkan C12 atau C14
Fraksionasi dapat memisahkan campuran zat asam yang mengandung lemak.
Detergen punya ikatan C12 – C18 yang terpisah dari keseluruhan oleh lapisan di atas C8 – C10. potongan tengah C12 – C14 dapat difraksionasi lebih lanjut dari C12 – C18 dengan memanfaatkan dua atau lebih kolom.
Keseluruhan proses fraksionasi dapat memberi perbandingan hasil akhir. Pada dasarnya masing-masing proses menggunakan suatu deaerator, sumber panas, kolom fraksionasi, sistem penguapan, dan sumber ruang hampa. Proses berbeda untuk tiap kolom. Dengan penguapan dan pemadatan dan pengaturan pipa untuk menimbulkan panas yang lebih baik, tetapi mereka dapat memberi hasil yang baik.
Sistem ruang hampa disajikan dengan bebas untuk masing-masing kolom dan pada umumya berisi suatu ruang hampa dan suatu ejektor uap air mencapai ruang hampa yang paling tinggi. Suatu sistem ruang hampa tidaklah direkomendasikan.
Karena dapat mempengaruhi langkah-langkah lain.
1.5. Uraian Produk Akhir Fat Splitting
Asam lemak merupakan salah satu bahan dasar oleokimia yang sangat penting dalam industri oleokimia selanjutnya. Asam lemak dapat diperoleh dari minyak nabati, seperti CPO, PKO, dan coconut oil. Sedang asam lemak itu sendiri merupakan asam karboksilat dengan jumlah atom karbon C6 – C24 dan dapat diperoleh dengan cara pemisahan minyak nabati
Kandungan asam lemak pada CPO, PKO, dan coconut oil dapat dilihat pada tabel berikut:
12 Tabel 1.2 Kandungan asam lemak pada CPO, PKO, dan coconut oil
Asam lemak Formula Coconut Oil (%)
Palm Kernel Oil (%) Caproic
Caprylic Capric Lauric Myristic Palmitic Stearic Oleic Linoleic
C6H12O2
C8H16O2
C10H20O2
C12H24O2
C14H28O2
C15H32O2
C18H36O2
C18H34O2
C18H32O2
0.2-0.8 6-9 6-10 46-50 17-19 8-10
2-3 5-7 1-2.5
0-1 3-5 3-5 44-51 15-17 7-10
2-3 12-19
1-2
Terjadi perbedaan disebabkan karena jumlah atom karbon, posisi rantai cabang, dan ikatan rangkap antara 2 atom karbon, maka dibedakan menjadi asam lemak jenuh dan tak jenuh. Kegunaan asam lemak antara lain; sabun, detergen, alkohol lemak, kosmetik, karet, plastik, crayon, cat, pengemulsi makanan, vernish, dan serta obat-obatan.
13 BAB II
KESIMPULAN
Proses Fat Splitting merupakan proses pemisahan minyak atau lemak.
Langkah fat splitting adalah reaksi hidrolisa dengan 4 metode yaitu twitchell, batch autoklav, kontinyu, dan enzime, yang masingn-masingnya memiliki kelebihan dan kekurangan. Pada kesempatan ini kami lebih memilih metode kontinu.
Adapun tahapan prosesnya adalah degumming, hidrolisa, dekanter, yang memisahkan gliserol-air (selanjutnya menuju evaporator untuk memisahkannya) serta trigliserida-asam lemak (selanjutnya ke unit fraksinator)
Hasil utama proses ini adalah asam lemak serta produk samping berupa gliserin
Proses Twitchell merupakan proses yang paling sederhana pada pemecahan lemak dan masih digunakan dalam skala kecil karena biayanya yang murah dan pengoperasian yang mudah. Namun, waktu reaksinya lama dan konsumsi energinya tinggi.
Proses Autoclave-Batch merupakan metode komersial paling tua yang digunakan untuk pemecahan lemak tingkat tinggi, waktu reaksinya lebih cepat daripada proses Twitchell. Namun, dibandingkan dengan proses Kontinyu lebih lambat.
Proses Kontinyu merupakan proses yang paling efisien dalam metoda hidrolisis lemak, menghasilkan konversi yang paling tinggi diantara semua proses fat splitting dengan waktu reaksi yang singkat.
Proses secara Enzimatis memanfaatkan enzim lipase dari mikroorganisme sebagai biokatalisator bagi reaksi penguraian minyak atau lemak (hidrolisis) menjadi gliserin asam-asam lemak murni tersebut, maka asam lemak hasil hidrolisis tersebut difraksinasi dengan cara destilasi
14
Pemilihan proses dipertimbangkan berdasarkan : konversi produk yang tinggi, waktu reaksi lebih singkat, dan biaya operasi yang lebih murah
Berdasarkan kriteria pemilihan proses di atas, maka proses kontinyu adalah proses yang paling baik untuk diterapkan dalam proses pemecahan lemak yang paling efektif dan efisien.
15 DAFTAR PUSTAKA
Y. H. Hui, 1996. Bailey’s Industrial Oil & Fat Products, Volume 5, New York;
Chichester; Brisbane; Toronto; Singapore: John Willey & Sons, Inc.
