Oleh : Niar Kurnia Julianti Tantri Kusuma Wardani Pembimbing : Ir. Ignatius Gunardi, MT

Transkripsi

1 PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT RBD DENGAN MENGGUNAKAN KATALIS BERPROMOTOR GANDA BERPENYANGGA γ-alumina (CaO/MgO/γ-Al 2 O 3 ) DALAM REAKTOR FLUIDIZED BED Oleh : Niar Kurnia Julianti Tantri Kusuma Wardani Pembimbing : Ir. Ignatius Gunardi, MT FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

2 PENDAHULUAN

3 Latar Belakang PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT RBD DENGAN MENGGUNAKAN KATALIS BERPROMOTOR GANDA BERPENYANGGA γ- ALUMINA (CaO/MgO/γ-Al 2 O 3 ) DALAM REAKTOR FLUIDIZED BED

4 Latar Belakang P E N D A H U L U A N

5 Rumusan Masalah Bagaimana cara memproduksi biodiesel melalui reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit RBD dengan katalis (CaO/MgO /γ-al2o3). Bagaimana pengaruh massa katalis terhadap yield dan konversi yang dihasilkan dari reaksi transesterifikasi minyak sawit RBD dengan katalis (CaO/MgO/γ-Al2O3) pada reaktor fluidized bed. Bagaimana pengaruh laju alir reaktan dan suhu reaksi terhadap yield dan konversi yang dihasilkan dari reaksi transesterifikasi minyak sawit RBD dengan katalis (CaO/MgO/γ-Al2O3) pada reaktor fluidized bed. Bagaimana cara mendapatkan yield dan konversi terbaik melalui reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit RBD pada reaktor fluidized bed dengan katalis (CaO/MgO/γ-Al2O3).

6 Batasan Masalah Bahan baku pembuatan biodiesel yang digunakan adalah minyak kelapa sawit yang telah mengalami proses RDB (Refined, Bleached, dan Deodorized) dengan kadar FFA < 1%. Proses transesterifikasi minyak kelapa sawit dengan metanol menggunakan katalis padat (CaO/MgO/γ- Al2O3). Proses Transesterifikasi minyak kelapa sawit dilakukan dalam reaktor Fluidized Bed Continue.

7 Tujuan penelitian Untuk membuat biodiesel dengan bahan dasar minyak kelapa sawit RBD menggunakan katalis padat (CaO/MgO/γ-Al 2 O 3 ). Untuk mempelajari massa katalis terbaik yang berpengaruh terhadap yield dan konversi yang dihasilkan dari reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit RBD dengan metanol pada reaktor fluidized bed. Untuk mempelajari pengaruh laju alir reaktan dan suhu reaksi terhadap yield dan konversi yang dihasilkan dari reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit RBD dengan metanol pada reaktor fluidized bed. Untuk mendapatkan yield dan konversi terbaik dari kombinasi variabel penelitian.

8 Manfaat Penelitian Mendapatkan biodiesel dengan bahan dasar minyak sawit RBD menggunakan katalis padat (CaO/MgO/γ-Al2O3). Mengetahui pengaruh massa katalis terhadap yield yang dihasilkan dari reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit RBD dengan metanol pada reaktor fluidized bed. Mengetahui pengaruh laju alir reaktan dan suhu reaksi terhadap yield dan konversi yang dihasilkan dari reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit RBD dengan metanol pada reaktor fluidized bed. Mengetahui informasi tentang yield dan konversi terbaik dari kombinasi variabel penelitian.

9 TINJAUAN PUSTAKA

10 Fatty Acid Metil Ester (Biodiesel) o Biodiesel diproduksi melalui suatu proses transesterifikasi, dimana trigliserida direaksikan dengan alkohol dengan dibantu adanya katalis untuk memproduksi asam lemak alkil ester Ramah lingkungan Nontoxic Biodegradable Mereduksi emisi CO dan CO 2 Dapat digunakan langsung maupun dicampur dengan petroleum diesel KELEBIHAN BIODIESEL

11 Minyak Kelapa Sawit (Palm Oil) Buah sawit dilapisi jaringan kulit tipis dibagian terluar (eksokarp), serabut buah (mesokarp) yang mengandung minyak, cangkang keras (endokarp atau shell) dan kernel (inti sawit) yakni sumber minyak inti dan makanan ternak Minyak kelapa sawit tinggi serta penuh akan fatty acids. Dalam kurun waktu sekitar 15 tahun terakhir produksi minyak kelapa sawit meningkat hampir lima kali lipat, dari 4,8 juta ton minyak sawit mentah (CPO) pada 1996 menjadi 19,8 juta ton pada 2010 Asam Lemak Komposisi (wt%) Myristic 1,4 Palmitic 40,1 Stearic 5,5 Oleic 42,7 Linoleic 10,3 Sumber : Departemen Agribisnis,

12 Katalis Katalis Katalis homogen Katalis heterogen Enzim Katalis heterogen asam Katalis heterogen basa MgO/CaO/γ-Alumina Mengapa Katalis Heterogen Mudah dipisahkan dari produk Dapat diregenerasi Tidak menyebabkan korosi Umur katalis lebih lama Ramah lingkungan

13 Katalis Magnesium Oksida (MgO) MgO bekerja baik pada kondisi superkritis selama transesterifikasi pada suhu 300 o C dengan rasio molar antara metanol dengan minyak yaitu 39,6:1, dan dilaporkan yield FAME sebesar 91%. (Chouhan, 2011) Suhu aktivasi 600 C Katalis Kalsium Oksida (CaO) CaO adalah yang paling banyak digunakan sebagai katalis untuk proses transesterifikasi dan menghasilkan yield FAME yang cukup tinggi yaitu 98% pada saat pertama kali digunakan. (Chouhan, 2011) suhu aktivasi 700 C.(Zabeti, 2009)

14 Alumina Oksida (Al 2 O 3 ) Alumina oksida adalah oksida amfoter dari alumina dengan rumus kimia Al 2 O 3 berwujud kristal putih higroskopis, tidak larut dalam air. titik didih 2977 o C, titik lebur 2072 o C Luas Permukaan : m 2 /g Banyak digunakan sebagai penyangga katalis dalam proses pembuatan biodiesel (

15 Transesterifikasi Transesterifikasi adalah tahap konversi dari trigliserida menjadi alkil ester, melalui reaksi dengan alkohol dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol Detail mekanisme trigliserida alkohol Alkil ester gliserol

16 Fluidized Bed Reactor Product stream Feed Gelembung gas Partikel katalis Jenis reaktor kimia yang dapat digunakan untuk mereaksikan bahan dalam berbagai fasa. Reaktor jenis ini menggunakan fluida (cairan atau gas) yang dialirkan melalui katalis padatan (biasanya berbentuk butiranbutiran kecil) dengan kecepatan yang cukup sehingga katalis akan melayang-layang sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut dapat dianalogikan sebagai fluida juga. Proses ini, dinamakan fluidasi.

17 Penelitian Terdahulu No Peneliti Jurnal Hasil 1 Monica C.G. Albuquerque (2009) 2 Nyoman Puspa Asri, dkk (2010) Transesterification of ethyl butyrate with methanol using MgO/CaO catalysts Transesterifikasi minyak kelapa sawit menggunakan katalis CaO/ γ-al 2 O 3 3 Santi, dkk () Transesterifikasi minyak sawit menggunakan katalis promotor ganda berbasis y-alumina dalam reaktor kontinyu 4 Sunu R. Puspitaningati, dkk () 5 Ade Sonya Suryandari, dkk () Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Katalis Berpromotor Ganda Berpenyangga γ-alumina (CaO/KI/ γ-al2o3) Dalam Reaktor Fluidized Bed Pembuatan Biodiesel dari Minyak Biji Kapuk (Ceiba pentandra) melalui Proses Transesterifikasi dengan Katalis MgO/CaO Kondisi terbaik yaitu yield 80 % diperoleh Pada temperatur transesterifikasi 333 K, waktu reaksi 180 menit dan menghasilkan konversi sebesar 60% dengan perbandingan mol methanol:ethyl butyrate = 4:1 Kondisi terbaik yaitu yield 64,95 % Pada temperatur transesterifikasi 75 o C, waktu reaksi 7 jam dan jumlah katalis 6% berat Kondisi terbaik yaitu yield 84,84 % diperoleh pada temperatur transesterifikasi 225 C, laju alir umapan 6 ml/menit, massa katalis 16 gram, rasio molar 1:36 Kondisi terbaik yaitu yield 97,19 % diperoleh pada Pada temperatur transesterifikasi 225 o C dan laju alir umpan 6 ml/menit dengan menggunakan massa katalis 16 gram dan rasio molar 1 : 36 Kondisi terbaik yaitu 55,22% diperoleh pada temperatur transesterifikasi 70 o C, waktu reaksi 75 menit dan jumlah katalis 2% berat MgO.

18 METODOLOGI PENELITIAN

19 Metodologi Penelitian Bahan 1. Minyak Kelapa Sawit yang sudah melewati proses RBD (Refined, Bleaching and Deodorized) merk Bimoli. 2. Metanol 98% 3. Aquadest 4. MgO powder Merck 5. CaO powder Merck 6. γ-al2o3 Merck 7. Asam Asetat 98 % 8. Silica gel blue Peralatan 1. Peralatan untuk preparasi katalis 2. Peralatan untuk proses transesterifikasi dengan reaktor fluidized Bed

20 Diagram Alir Penelitian Preparasi Katalis Transesterifikasi Analisa

21 1. Peralatan Preparasi katalis Keterangan : 1. Kompresor 2. furnace 3. Panel kontrol suhu 4. reaktor 5. Katalis dalam crusible 6. Tube Gas Outlet 7. Erlenmeyer 8. Air

22 Proses Preparasi Katalis CaO/MgO/y Al 2 O 3 γ-al 2 O 3 MgO CaO Aquadest Diaduk 30 menit Asam Asetat, diaduk 5 menit Diaduk 3 jam Diaduk & dipanaskan 80 o C Katalis Dikalsinasi 700 o C, 5 jam Ukuran katalis Diseragamkan Dioven 110 o C 12 jam Pasta

23 2. Peralatan Transesterifikasi

24 Proses Transesterifikasi Memasang glass wool dan memasukkan katalis ke dalam reaktor Mengaduk Reaktan (Minyak + Metanol) Hingga homogen Mensetting suhu sesuai variabel Mensetting laju alir sesuai variabel Biodiesel Mencuci dan Memisahkan Produk Biodiesel Mengoven Produk 110 C Produk Biodiesel dan minyak sisa Peralatan Transesterifikasi

25 Analisa Katalis 1. Luas Permukaan (BET) 2. X-ray Diffraction Produk Biodiesel Kadar FAME dianalisa dengan Gas Chromatography (GC) Densitas Viskositas Flash point Pour point Uji Karakterisasi Biodiesel Terbaik

26 HASIL DAN PEMBAHASAN

27 Hasil GC-MS Bahan Baku Berdasarkan hasil analisa GCMS, komposisi asam lemak minyak kelapa sawit merk Bimoli didominasi oleh palmitic acid dan oleic acid masing-masing sebesar 38,201% dan 45,962%. BM : 850,32 gr/gmol (Santi, )

28 Hasil Analisa XRD Katalis Peak senyawa CaO : 32,4 O 37,6 O 54,2 O 64,6 O dan 67,9 O Peak senyawa MgO : 37,1 O 43 O dan 62,8 O Peak senyawa γ-al 2 O 3 : 31,9 O 37 O 39 O 45 O 50 O 56 O dan 60 O

29 Hasil Analisa BET Katalis Berdasarkan hasil analisa BET diperoleh luas permukaan katalis CaO/MgO/γ-Al 2 O 3 sebesar 42,342 m²/g. Sedangkan luas permukaan pure analytic grade (PA) γ-al 2 O 3 dari Merck adalah m 2 /g. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa promotor (CaO/MgO) menempel pada support (γ-al 2 O 3 ).

30 Pengaruh Massa Katalis Terhadap % Yield dan % Konversi Biodiesel Massa Katalis (gram) Kadar Biodiesel (%) Yield Biodiesel (%) Konversi Biodiesel (%) 4 4,07 3,961 3, ,29 8,050 8, ,69 15,228 15, ,25 23,772 23, ,98 29,572 29,483 Didapatkan Massa katalis terbaik Semakin banyak katalis yang digunakan dalam reaktor fluidized bed maka semakin banyak pula reaktan yang berkontak dengan katalis yang terfluidisasi didalam reaktor. Dengan demikian, reaktan yang terkonversi menjadi biodiesel semakin meningkat sehingga yield biodiesel yang dihasilkan semakin banyak pula Yield Biodiesel (%) Konversi Biodiesel (%) 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 29,572 23,772 15,228 8,050 3, Massa Katalis (gram) 29,483 23,700 15,182 8,026 3, Massa Katalis (gram)

31 Pengaruh Laju Alir Reaktan Terhadap % Yield dan % Konversi Biodiesel % Yield 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 - Suhu 125oC Suhu 150oC Suhu 175oC Suhu 200oC Suhu 225oC Cepatnya kontak antara minyak dan metanol serta katalis didalam reaktor fluidized bed, sehingga mengakibatkan turunnya fame yang dihasilkan. Laju Alir Reaktan (ml/menit) % Konversi 70,000 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 0,000 Suhu 125oC Suhu 150oC Suhu 175oC Suhu 200oC Suhu 225oC Laju Alir Reaktan (ml/menit) Semakin besar laju reaktan yang diberikan sehingga waktu reaksi semakin cepat maka semakin kecil % yield dan % konversi yang dihasilkan (G.B. Shinde,2011).

32 Pengaruh Temperatur Reaksi Terhadap % Yield dan %Konversi Biodiesel % Konversi % Yield 70,00 Laju Alir 4 ml/menit 60,00 Laju Alir 7 ml/menit 50,00 Laju Alir 10 ml/menit Laju Alir 13 ml/menit 40,00 Laju Alir 16 ml/menit 30,00 20,00 10, Suhu (o Celcius) 70,000 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 0, Suhu (o Celcius) Laju Alir 4 ml/menit Laju Alir 7 ml/menit Laju Alir 10 ml/menit Laju Alir 13 ml/menit Laju Alir 16 ml/menit % yield dan % konversi biodiesel naik seiring dengan naiknya suhu operasi transesterifikasi, karena secara kinetika, kecepatan reaksi akan naik seiring dengan kenaikan suhu operasi Pada suhu yang tinggi, tumbukan antar partikel reaktan menjadi besar sehingga mudah menghasilkan energi aktivasi yang dibutuhkan untuk reaksi. (Sivakumar, 2012) Semakin tinggi suhu reaksi transesterifikasi maka semakin besar yield & konversi yang dihasilkan (Vyas, 2011)

33 Karakteristik Produk Biodiesel Densitas dan Viskositas Produk Biodiesel Massa Katalis (gram ) Densitas (gr/ml) Viskositas (mm 2 /s) 4 0,854 5, ,851 4, ,868 5, ,877 5, ,883 5,126 ketika suhu meningkat, molekul pada zat cair akan bergerak cepat diakibatkan oleh tumbukan antar molekul, akibatnya molekul dalam zat cair akan meregang dan massa jenis juga viskositas akan semakin kecil Suhu ( o C) Laju Alir Reaktan (ml/menit) Densitas (gr/ml) Viskositas (mm 2 /s) 4 0,864 5, ,868 5, ,862 5, ,867 5, ,869 5, ,861 5, ,864 5, ,862 5, ,865 5, ,868 5, ,854 5, ,851 4, ,855 5, ,857 5, ,853 5, ,853 4, ,852 4, ,851 4, ,855 5, ,853 5, ,851 4, ,852 4, ,851 4, ,855 4, ,853 4,984

34 Karakteristik Produk Biodiesel Terbaik Flash Point dan Pour Point Produk Biodiesel Terbaik Parameter Standar SNI Biodiesel Minyak Sawit RBD Titik nyala 100 o C (minimum) 140 o C Pour point 18 o C (maksimum) 3 o C Densitas 0,85 0,89 g/ml 0,851 g/ml Viskositas 2,3-6 cst (mm 2 /s) 4,880 mm 2 /s

35 KESIMPULAN

36 Kesimpulan Biodiesel dapat diproduksi melalui reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit RBD dengan menggunakan katalis CaO/MgO/γ-Al 2 O 3 dalam reaktor fluidized bed. Massa katalis yang digunakan dalam penelitian 4, 7, 10, 13 dan 16 gram. Dimana, % yield dan % konversi terbaik sebesar 29,572 % dan 29,483 % diperoleh pada massa katalis 16 gram. Laju alir reaktan yang digunakan dalam penelitian 4, 7, 10, 13 dan 16 ml/menit. Dan Suhu yang digunakan dalam penelitian 125, 150, 175, 200 dan 225 o C. Dimana, % yield dan % konversi terbaik sebesar 64,17 % dan 63,975 % diperoleh pada suhu 225 o C dan laju alir reaktan 4 ml/menit. Yield biodiesel terbaik dari penelitian ini yaitu 64,17 % dan konversi terbaik sebesar 63,975 % pada suhu 225 o C dan laju alir umpan 4 ml/menit dengan menggunakan massa katalis 16 gram dan rasio molar 1 : 36.

37