Perhitungan Neraca Massa Pada Proses Pemurnian Crude Palm Kernel Oil(CPKO) Menjadi Refined Bleached Degummed Palm Kernel
Oil (RBDPKO) Pada Unit Refinery Di PT. Pacific Medan Industri
Maulidna1, Agustin Nurya Savitri2, Darry Christin Silowaty Purba3, Ratna Kristina Tarigan4, Eva Nopiyanti Pohan5
1, 2, 3, 4, 5Politeknik Teknologi Kimia Industri Medan
1maulidna@ptki.ac.id, 2agustin@ptki.ac.id, 3darrypurba41@ptki.ac.id, 4ratnakristina@ptki.ac.id
ABSTRAK
Refinery adalah proses pemurnian minyak untuk membuang pengotor yang tidak diinginkan sampai pada tingkat yang dapat diterima. Di unit refinery terdiri dari berbagai tahapan proses yaitu degumming, bleaching, filtrasi, dan deodorisasi. Baku minyak yang akan dimurnikan berupa Crude Palm Kernel Oil (CPKO) yang berasal dari proses ekstraksi mekanis, di mana hasil dari proses pemurnian CPKO yaitu berupa Refined Bleached Degummed Palm Kernel Oil (RBDPKO). Karya ilmiah ini bertujuan untuk mengevaluasi kesetimbangan massa bahan yang masuk dan keluar dari proses pemurnian CPKO guna mengetahui jumlah minyak yang hilang (oil losses) dan persentase yield value yang diperoleh serta membandingkan hasil perhitungan dengan standar pabrik yang telah ditetapkan. Metode perhitungan menggunakan metode neraca massa pada masing-masing tahapan proses. Karya ilmiah ini menunjukkan bahwa laju alir CPKO masuk sebesar 227,14 ton/hari, H3PO4 85% masuk sebesar 0,127 ton/hari, dan bleaching earth masuk sebesar 1,363 ton/hari. Sedangkan laju alir RBDPKO keluar sebesar 217,918 ton/hari, PKFAD keluar sebesar 8,45 ton/hari, spent earth keluar sebesar 1,902 ton/hari, dan uap air keluar sebesar 0,360 ton/hari. Jumlah minyak yang hilang (oil losses) sebesar 2,6158 ton/hari atau 1,19%. Hal ini melebihi standar pabrik dimana total losses minyak maksimal 0,44%. Jumlah minyak RBDPKO yang dihasilkan (yield value) sebesar 217,918 ton/hari dengan persentase sebesar 95,94%. Hal ini masih belum memenuhi target standar pabrik sebesar 97%.
Kata kunci : evaluasi, neraca massa, oil losses, yield value, refinery
PENDAHULUAN
Neraca massa adalah suatu perhitungan yang tepat dari semua bahan-bahan yang masuk, yang terakumulasi dan yang keluar pada suatu sistem dalam waktu tertentu. Pernyataan tersebut sesuai dengan hukum kekekalan massa yakni: suatua zat atau materi tak dapat diciptakan atau dimusnahkan (Himmelblau, 1996). Neraca massa pada proses pemurnian Crude Palm Kernel Oil (CPKO) merupakan perhitungan yang tepat dari semua bahan-bahan yang masuk, yang terakumulasi dan yang keluar pada masing-masing peralatan proses dalam waktu tertentu. Basis perhitungan neraca massa pada proses pemurnian CPKO ini ada tiga yaitu neraca massa keseluruhan (overall), neraca massa total dan neraca massa komponen.
Crude Palm Kernel Oil (CPKO) merupakan minyak inti sawit kasar yang diperoleh dengan cara ekstraksi inti buah sawit secara mekanis dan biasanya masih mengandung kotoran terlarut dan tidak terlarut dalam minyak. Pengotor ini harus dihilangkan karena dapat mempengaruhi kualitasnya. Pengotor yang dikenal dengan sebutan gum atau lendir ini terdiri dari fosfatida, protein, hidrokarbon, karbohidrat, air, logam berat, asam lemak bebas (FFA), tokoferol, pigmen dan senyawa pengotor lainnya. Adanya pengotor pada minyak akan berpengaruh terhadap penampilan fisik minyak, rasa, bau dan waktu simpan dari minyak. Keberadaan pengotor ini akan menyebabkan minyak menjadi rusak karena masa simpan minyak menjadi lebih pendek. (Zufarov dkk, 2008).
Refinery merupakan proses pemurnian atau penjernihan, dalam hal ini untuk memurnikan CPKO.
Pada proses refinery di PT. Pacific Medan Industri terdiri dari beberapa tahap yaitu tahap pengolahan awal, terdiri dari degumming, yaitu proses pemisahan getah (gum).
Proses degumming bertujuan untuk mengikat gum berupa fosfatida dan komponen logam dengan penambahan H3PO4 85% sehingga menghasilkan Degummed Palm Kernel Oil (DPKO). Pada proses
degumming, penambahan H3PO4 berlebih menyebabkan minyak ikut terhidrolisis dan tidak dapat di adsorp oleh bleaching earth lagi. Sehingga dapat menyebabkan kehilangan minyak (oli losses) lebih besar pada tahap selanjutnya.
Bleaching yaitu proses pemucatan yang dilakukan untuk menghilangkan impuritis-impuritis pada minyak inti sawit. Proses bleaching bertujuan untuk menghilangkan pigmen warna (karoten) dari CPKO dengan penambahan adsorben Bleaching Earth (BE). Untuk menghasilkan warna DBPKO yang lebih rendah, maka BE yang ditambahkan harus lebih banyak, namun hal itu akan mempengaruhi laju DBPKO yang diperoleh pada proses penyaringan di niagara filter menyebabkan banyak minyak yang terikut pada spent earth.
Tahap yang kedua adalah tahap penyaringan (filtration section), proses filtrasi bertujuan untuk menyaring bleaching earth yang telah bercampur dengan minyak umpan menggunakan Pressure Leaf Filter (PLF). Pada proses filtrasi, sebagian minyak akan ikut menempel di filter bersama spent earth.
Untuk mengurangi oil losses pada spent earth maka perlu dilakukan drying yang bertujuan untuk mengeringkan spent earth dan memisahkan minyak dari spent earth tersebut. Pada spent earth terdapat oil content (minyak yang terikut pada spent earth) yang akan dianalisa di laboratorium. Standar pabrik untuk oil content yaitu maksimal 23%. Pada tahap ini terjadi kehilangan minyak (oil losses) yang cukup besar. Standar pabrik untuk total oil losses pada proses refinery sebesar 0,44%. Keluaran dari filtrasi dinamakan Bleached Degummed Palm Kernel Oil (DBPKO) hasil filtrasi.
Tahap yang terakhir adalah tahap deodorisasi (deodoration section), yaitu tahap ini bertujuan untuk menghilangkan impuritis berupa bau dengan cara cara menguapkan komponen- komponen volatilnya berupa Free Fatty Acid (FFA) dengan prinsip distilasi berdasarkan perbedaan titik didihnya.
Hasil keluaran dari alat deodorizer berupa produk Refined Bleached Degummed Palm Kernel Oil (RBDPKO). Target ataupun standar pabrik untuk yield value minyak pada proses refinery sebesar 97%.
Perhitungan neraca massa digunakan untuk mendapatkan kesetimbangan massa input dan output dari proses pemurnian CPKO, agar diperoleh ketimbangan dalam melaksanakan kegiatan dalam proses produksi. Perhitungan kesetimbangan massa berdasarkan laju alir bahan dan produk yang dihasilkan pada masing-masing tahapan proses. Dalam hal ini akan dilakukan perhitungan neraca massa pada proses refinery CPKO berdasarkan laju massa komponen minyak, FFA dan air. Fokus kajian neraca massa pada ketiga komponen tersebut karena jumlah kompenen yang relatif lebih banyak dan ketersediaan data yang tersedia di pabrik. Perhitungan neraca massa dilakukan untuk mengetahui jumlah minyak yang terakumulasi di alat pada setiap tahapan proses pemurnian CPKO.
Perhitungan neraca massa diperlukan untuk mengetahui kesetimbangan antara umpan yang masuk dengan produk yang keluar pada masing – masing tahapan proses. Apabila laju umpan masuk sama dengan laju produk yang keluar maka dapat dikatakan proses telah berjalan dengan seimbangan (balance). Namun apabila sebaliknya, maka perlu dilakukan evaluasi lagi pada kinerja peralatan proses agar diperoleh hasil yang optimal dalam proses refinery di pabrik PT. Pacific Medan Industri . Pemakaian H3PO4 pada tangki degumming dan bleaching earth pada tangki bleacher serta pemisahan asam lemak rantai pendek pada alat deodorizer menjadi latar belakang masalah perhitungan komponen yang terbuang dari minyak.
METODE 1.1. Alat-alat
Alat-alat yang digunakan adalah alat-alat kaca, neraca analitik, hot plate, labu ekstraksi, Moisture Karl Fischer Reagent
1.2. Bahan-bahan
Crude Palm Kernel Oil (CPKO), Refined Bleached Degummed Palm Kernel Oil (RBDPKO), NaOH, Isopropil Alkohol , n-hexane , reagent fischer
2.3. Prosedur
1) Analisa FFA (Free Fatty Acid)
Analisa FFA dilakukan untuk mengetahui kadar asam lemak bebas yang terkandung didalam material maupun produk. Sampel RBDPKO ditimbang sebanyak 20 gram dan 2 sampai 3 gram untuk sampel CPKO dengan menggunakan erlenmeyer pada neraca digital, serta 0,3-0,5 gr untuk sampel PKFAD. Larutan IPA (Isopropil Alkohol) sebanyak 20 ml ditambahkan ke dalamnya, kemudian erlenmeyer yang berisi campuran sampel dan larutan IPA di atas diletakkan di atas hot plate dan didiamkan selama 5 menit. Setelah 5 menit, indikator PP ditambahkan sebanyak 3 sampai 4 tetes.
Kemudian sampel dititrasi dengan larutan NaOH 0.02 N untuk sampel CPKO, RBDPKO, sampai tercapai warna titik akhir titrasi yaitu warna merah muda, dan larutan NaOH 0.1 N untuk sampel PKFAD sampai tercapai warna titik akhir titrasi yaitu warna merah.
2) Analisa Moisture Karl Fischer Reagent
Analisa moisture dilakukan untuk mengetahui kandungan air yang sebenarnya pada sample lemak dan minyak dengan titrasi menggunakan reagent fischer yang mana memberikan reaksi menurut banyaknya air. Dengan prosedur sebagai berikut : tombol stop/power ditekan untuk menyalakan alat dan bila ingin mematikan alat ditekan tombol stop selama beberapa detik lalu ditekan off untuk memulai analisa. Tombol OK ditekan untuk konfirmasi. Tombol start ditekan hingga sampai muncul “conditiong OK” . Tombol start ditekan. Sampel diinjeksikan segera 1sampai 2 gram. Sample ditimbang pada neraca analitik. Tombol OK ditekan kemudian ditekan tombol numlock pada keyboard dan input berat sample yang diinjeksikan. Tombol numlock dan tombol enter ditekan. Tombol start ditekan untuk mulai melakukan titrasi. Hasil yang tertera di display alat dicatat.
3) Analisa Oil Content
Analisa oil content dilakukan untuk mengetahui minyak yang terkandung dalam spent earth pada kondisi tertentu yang dinyatakan sebagai persen berat dari spent earth. Sampel ditimbang sebanyak 20 gr ke dalam ekstraksi timbal. Labu ekstraksi yang telah dipanaskan sampai didapatkan berat yang konstan ditimbang. Larutan n-hexane dimasukkan 100 ml kedalam labu ekstraksi. Ekstraksi dengan 100 ml pelarut selama 6 jam. Ekstraksi timbel dipindahkan dari peralatan ekstraksi dan dikeringkan sampai residu yang tertinggal. Ekstrak dikeringkan pada tekanan atmosfer dan dipanaskan pada suhu 103+3 didalam oven selama 2 jam dan didinginkan dalam desikator selama 30 menit sampai didapat berat konstan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Refinery adalah proses pemurnian minyak untuk menghilangkan rasa, bau yang tidak enak, warna yang tidak menarik dan memperpanjang masa simpan minyak sebelum dikonsumsi atau digunakan sebagai bahan mentah dalam industri. Pemurnian minyak inti sawit (CPKO) merupakan proses membuang pengotor yang tidak diinginkan sampai pada tingkat yang dapat diterima. Hal ini berarti juga bahwa kerugian pada komponen yang diinginkan diusahakan tetap minimal.
Komponen penyusun Crude Palm Kernel Oil (CPKO) terdiri dari trigliserida dan nontrigliserida.
Komponen notrigliserida merupakan komponen yang menyebabkan rasa, aroma, dan warna yang kurang baik pada minyak inti sawit. Komponen notrigliserida ini adalah asam lemak bebas atau Free Fatty Acid (FFA), Air, karotenoid, tokoferol, tokotrienol, sterol, dan fosfatida dan berbagai komponen trace element yang lain yang jumlahnya mikro atau dalam jumlah sedikit.
Free Fatty Acid atau asam lemak bebas adalah suatu asam yang dibebaskan pada proses hidrolisa lemak/minyak oleh enzim. Asam lemak bebas dalam konsentrasi tinggi yang terikut dalam minyak sawit sangat merugikan. Tingginya asam lemak bebas mengakibatkan rendemen minyak turun. Air adalah komponen yang keberadaannya dalam minyak sangat tidak diinginkan karena akan menghidrolisis minyak dan akan menghasilkan asam-asam lemak bebas yang menyebabkan bau tengik pada minyak.
Perhitungan neraca massa pada proses refinery di PT. Pacific Medan Industri, berdasarkan pada laju alir bahan dan produk yang dihasilkan pada masing-masing tahapan proses pemurnian CPKO. Pada
proses refinery ini terdiri dari berbagai tahapan proses lagi yaitu degumming, bleaching, filtrasi, dan deodorisasi.
Pada proses degumming, umpan minyak CPKO sebanyak 227,14 ton/hari yang sebelumnya dialirkan dari tank farm melewati preheating masuk ke tangki degumming lalu ditambahakan H3PO4 85%
sebanyak 0,056%.
Dari hasil analisa laboratorim pada material CPKO diperoleh %FFA sebesar 2,80% dan %Air sebesar 0,189% sehingga kadar minyak dalam material sebesar 97,011%. Jumlah H3PO4 85% yang digunakan sebanyak 0,127 ton/hari. Hasil keluaran proses degumming berupa DPKO dengan laju 227,267 ton/hari. Kadar minyak setelah keluar dari proses degumming sebesar 96,96%, kadar FFA sebesar 2,798%, kadar air sebesar 0,197%, dan kadar H3PO4 sebesar 0,047%. Selanjutnya DPKO masuk ketahap bleaching.
Pada proses bleaching, umpan minyak DPKO sebanyak 227,267 ton/hari dengan kadar yang telah disebutkan diatas. Penambahan bleaching earth sebanyak 0,6% yaitu 1,363 ton/hari. Pada proses ini terjadi pemanasan pada temperatur 100-120 °C untuk menguapkan air yang terkandung dalam minyak dengan system vacum. Minyak keluaran dari proses bleaching disebut dengan DBPKO. Laju DBPKO tidak dapat diketahui karna laju uap air yang keluar tidak diukur lajunya oleh pihak pabrik. Jadi untuk menghitung kesetimbangan massa pada tahap ini maka dihitung terlebih dahulu kesetimbangan massa pada proses deodorisasi.
Pada tahap deodorisasi, Umpan BDPKO hasil filtrasi masuk lalu terjadi proses pemisahan berdasarkan perbedaan titik didih antara asam-asam lemak rantai pendek dengan minyak, dimana asam lemak akan menguap dan ditarik dengan sistem vacum daris setiap tray-tray pada alat deodorizer. Dari hasil analisa laboratorium pada produk RBDPKO diperoleh kadar FFA sebesar 0,055% dan kadar air sebesar 0,029%. Sehingga kadar minyak pada RBDPKO sebesar 99,916%. Laju RBDPKO keluar sebesar 217,918 ton/hari. Kadar FFA pada PKFAD sebesar 74,01% dan kadar air sebesar 0,121%, sehingga kadar minyak pada PKFAD sebesar 25,869%. Berdasarkan data pada tabel 4.4. yaitu %Oil content sebesar 22,66% maka dapat diketahui laju alir spent earth sebesar 1,902 ton/hari.
Laju PKFAD dapat diketahui dengan menghitung neraca komponen overall dari minyak sehingga diperoleh laju PKFAD yaitu 8,45 ton/hari. Kemudian dapat dihitung kesetimbangan massa pada alat deodorizer sehingga diperoleh laju BDPKO hasil filtrasi sebesar 226,368 ton/hari dengan kadar minyak sebesar 97,15%, kadar FFA sebesar 2,80%, dan kadar air 0,032%. Setelah diketahui laju BDPKO hasil filtrasi maka dapat dihitung kesetimbangan massa pada proses filtasi.
Pada proses filtrasi, laju DBPKO keluar sebesar 226,368 ton/hari, dengan laju spent earth sebesar 1,902 ton/hari. Laju H3PO4 85% dan BE yang masuk ke tangki bleacher sama dengan yang keluar pada filtrasi maka dapat dihitung kesetimbangan massa pada tahap ini sehingga diperoleh Laju DBPKO yang masuk ke filtrasi atau yang keluar dari tangki bleacher sebesar 228,27 ton/hari, dengan kadar minyak sebesar 96,53%, kadar FFA sebesar 2,78%, kadar air sebesar 0,032%, kadar H3PO4 sebesar 0,047%, dan kadar BE sebesar 0,597%. Kemudian setelah diketahui data keluaran proses bleaching maka dapat diketahui laju air yang menguap sebesar 0,360 ton/hari.
Dari perhitungan keseluruhan neraca massa pada proses refinery terdapat minyak yang hilang atau oil losses. Kehilangan minyak terdapat pada dua alat proses yaitu pada filtrasi dan deodorisasi.
Kehilangan minyak terbesar terdapat pada alat proses deodorisasi yaitu 2,186 ton/hari atau 1,19% dan diikuti pada alat proses filtasi sebesar 0,430 ton/hari. Persentasi total oil losses sebesar 1,19%. Kadar oil content atau minyak yang terikut pada spent earth sebesar 22,66% yaitu sesuai dengan standar pabrik maksimal 23%.
Jumlah minyak RBDPKO yang dihasilkan dari proses pemurnian CPKO sebesar 217,918 ton/hari, dengan yield value sebesar 95,94%. Hal ini masih belum memenuhi target standar pabrik sebesar 97%.
KESIMPULAN
1. Kesetimbangan massa pada masing-masing tahapan proses pemurnian CPKO adalah setimbang (balance).
a. Dimana pada proses degumming, laju CPKO masuk sebesar 227,14 ton/hari dan laju H3PO4 85%
masuk sebesar 0,127 ton/hari. Sedangkan laju DPKO keluar sebesar 227,267 ton/hari.
b. Pada proses bleaching, laju DPKO masuk sebesar 227,267 ton/hari dan laju bleaching earth masuk sebesar 1,363 ton/day. Sedangkan laju uap air keluar sebesar 0,360 ton/hari dan laju DBPKO keluar sebesar 228,27 ton/day.
c. Pada proses filtrasi, laju DPKO masuk sebesar 228,27 ton/hari. Sedangkan laju DBPKO hasil filtrasi keluar sebesar 226,368 ton/hari dan laju spent earth keluar sebesar 1,902 ton/hari.
d. Pada proses deodorisasi, laju alir DBPKO hasil filtrasi masuk sebesar 226,368 ton/hari.
Sedangkan laju PKFAD keluar sebesar 8,45 ton/hari dan laju RBDPKO keluar sebesar 217,918 ton/hari.
2. Jumlah minyak yang hilang (oil losses) pada saat proses pemurnian Crude Palm Kernel Oil (CPKO) sebesar 2,6158 ton/hari atau 1,19%.
3. Persentasi produk yang dihasilkan atau yield value pada proses pemurnian CPKO menjadi RBDPKO sebesar 95,94%.
4. Total oil losses pada proses pemurnian CPKO sebesar 1,19%, hal ini melebihi standar pabrik dimana total oil losses maksimal 0,44%. Jumlah minyak RBDPKO yang dihasilkan dari proses pemurnian CPKO sebesar 217,918 ton/hari, maka diperoleh yield value sebesar 95,94%. Hal ini masih belum memenuhi target standar pabrik sebesar 97%.
DAFTAR PUSTAKA
Emma, Zaidar. 2003.” Studi Minyak Sawit Mentah yang Terdapat pada Limbah Padat sebagai Akibat Proses Pemucatan”. Medan: Jurusan Kimia FMIPA USU.
Berger, K.G. and Noraini. 2005.”Formulation of Zero-Trans Fatty Acid Shortening and Margarine and Other Food Fats With Product of Palm Oil”. Journal of America oils chemist society.
Dijkstra, A. J. and Opstal, M.V., (1987), “Process for Producing Degummed Vegetable Oils and Gums of High Phospholipidic Acid Content”. U.S. Patent 4.698.185.
Djatmiko B, Wijaya P. 1985. Teknologi Minyak dan Lemak. Bogor: Agroindustri Press, Fateta, IPB.
Fauzi, Yan. 2012. Kelapa Sawit Budi Daya Pemanfaatan Hasil dan Limbah Analisis Usaha dan Pemasaran. Jakarta : Penebar Swadaya.
Hamilton, R.J., dan A. Bhatti, 1984. “Fats and Oil. Chemistry and Technology”.
Apl.Sci.Publ. Ltd. London.
Harold McGee. 2004. “On Food And Cooking: The Science and Lore of The Kitchen”. Scriber.
Herlinda, 2003. “Mempelajari Analisis Mutu Minyak Inti Sawit (PKO) dalam Proses Pengolahan Minyak Inti Sawit Di PT. Sinar Jaya Inti Mulya Kodya Metro”. Bandar Lampung: Fakultas Pertanian UNILA.
Hilditch, T. P dan P.N William. 1964. “The Chemical Constitution of Natural Fats”. Chapman and Hall.
London.
Himmelblau, David M. 1996. Basic Principles and Calculation in Chemical Engineering. New Jersey:
Prantice Hall, Inc.
http://tanimedia.blogspot.com/2013/01/morfologi-buah-kelapa-sawit.html, diakses 15 Mei 2018
Ketaren, S. 1986. Pengantar Teknologi Minyak Dan Lemak Pangan. Jakarta : Universitas Indonesia (UI Press).
Levenspiel, Octave. 1972. Chemical Reaction Engineering. New York: Departement Of Chemical Engineering Oregon State University.
Liang, T. 2009. “Seluk Beluk Kelapa Sawit, Produk dan Standarisasi”. Ketapang: PT. Harapan sawit Lestari.
Lubis, A.U. 2008. Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq.) di Indonesia. Medan: Pusat Penelitian Kelapa Sawit.
Madya, M.N.A. and Aziz, M.M.K. 2006.” Process Design in Degumming and Bleaching of Palm Oil, Centre of Lipids Engineering and Applied Research (CLEAR)”. Vote No.74198. Malaysia:
Universiti Teknologi Malaysia.
Mangoensoekarjo, S. 2003. Manajemen Agribisnis Kelapa Sawit. Yogyakarta: Gajah Mada University Press.
Muhilal. 1991. “Minyak Sawit Suatu Produk Nabati Untuk Penanggulangan Acherosclerosis dan Penundaan Proses Penuaan”. Jakarta: Prosiding Seminar 59 Nilai tambah Kelapa Sawit Untuk Meningkatkan Derajat Kesehatan.
Murhadi dan A.S. Zuidar. 2009. Penganekaragaman Bahan Tambahan Pangan (BTP) Berbasis Minyak Inti Sawit. Laporan Usul Penelitian HB Tahun ke II. Lembaga Penelitian Unila. Bandar Lampung.
Naibaho, M. Ponten.1996. Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit. Medan : Pusat Penelitian Kelapa Sawit.
Norrizah et al. 2014. “Physicochemical Properties Of Palm Oil And Palm Kernel Oil Blend Fractions After Interesterification”.Malaysia: Faculty Of Applied Science, University Teknologi MARA Selangor.
O’Brien RD. 2004. Fats and Oils: Formulating and Processing for Applications. Ed ke-2. Florida: CRC Press. hlm 76-86.
Pahan, I . 2006. Panduan Lengkap Kelapa Sawit. Jakarta : Penebar Swadaya.
