PROSES ETANOLISIS MINYAK SAWIT DALAM SISTEM DEEP EUTECTIC SOLVENT (DES) BERBASIS CHOLINE CHLORIDE-GLISEROL SKRIPSI. Oleh AGUS WINARTA

Transkripsi

1 PROSES ETANOLISIS MINYAK SAWIT DALAM SISTEM DEEP EUTECTIC SOLVENT (DES) BERBASIS CHOLINE CHLORIDE-GLISEROL SKRIPSI Oleh AGUS WINARTA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN AGUSTUS 2016

2 PROSES ETANOLISIS MINYAK SAWIT DALAM SISTEM DEEP EUTECTIC SOLVENT (DES) BERBASIS CHOLINE CHLORIDE-GLISEROL SKRIPSI Oleh AGUS WINARTA SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN AGUSTUS 2016

3

4

5

6

7 DEDIKASI Skripsi ini saya persembahkan untuk : Bapak & Ibu tercinta Bapak Wartono dan Ibu Saleha Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik dan mendukungku dengan penuh kesabaran dan kasih sayang. Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do a yang tiada hentinya yang telah kalian berikan kepadaku selama ini. v

8 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Agus Winarta NIM : Tempat, tanggal lahir : Dumai, 6 Agustus 1994 Nama orang tua : Wartono dan Saleha Alamat orang tua : Jl. Pangeran Diponegoro, No. 109, Dumai Asal Sekolah: TK Santo Tarcisius SD Santo Tarcisius SMP Santo Tarcisius SMA Santo Tarcisius Pengalaman Organisasi: 1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 sebagai Badan Pengurus Harian bagian Sosial dan Rohani. 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai Badan Pengurus Harian bagian Penelitian dan Pengembangan. 3. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2015/2016 sebagai Badan Pengurus Harian bagian Penelitian dan Pengembangan 4. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, periode 2015/2016. Artikel yang akan dipublikasikan dalam seminar internasional : 1. Biodiesel production from Ethanolysis of palm oil using Deep Eutectic Solvent (DES) based on Choline Chloride Glycerol as Cosolvent pada seminar 29 th Symposium of Malaysian Chemical Engineers (SOMChE 2016) yang akan berlangsung di Miri, Serawak, Malaysia pada 1 3 Desember vi

9 ABSTRAK Biodiesel yang dibuat dari etanolisis lebih dapat diperbaharui dan memiliki karakteristik (stabilitas oksidasi yang lebih baik, cloud dan pour point yang lebih rendah) yang lebih baik dibandingkan metanolisis, namun etanolisis memiliki kelemahan seperti sulitnya pemisahan dan pencucian. Untuk menyelesaikan masalh ini, Deep eutectic solvent (DES) dapat dibuat dari campuran a quarternary ammonium salt and hydrogen bond donour, adalah solvent yang tidak beracun, biodegradable, dibandingkan solvent organik seperti heksana. Pada penelitian ini, DES dibuat dari campuran Choline Chloride dan gliserol dengan rasio molar 1:2. Hasil biodiesel tertinggi yang diperoleh adalah 83,67 % dengan kemurnian 99,72 % dengan rasio molar etanol : minyak 9:1, jumlah DES 2%, katalis 1,2 %, temperatur reaksi 70 C, dan kecepatan pengadukan 400 rpm. DES sebagai cosolvent dalam etanolisis terbukti dapat mengurangi reaksi samping seperti reaksi saponifikasi sehingga memudahkan pemisahan dan pencucian,serta mampu meningkatkan yield biodiesel. Kata kunci: Biodiesel, Deep Eutectic Solvent, Choline hydroxide, Crude Palm Oil, Etanolisis vii

10 ABSTRACT Biodiesel produced from Ethanolysis is more renewable and have better properties (higher oxidation stabillity, lower cloud and pour point) compared to methanolysis, but have disadvantage such as complicated purification. To improve ethanolysis process, Deep eutectic solvent (DES) can be prepared from choline chloride and glycerol and used as co-solvent in ethanolysis. Deep eutectic solvent is formed from a quarternary ammonium salt (Choline Chloride) and a hydrogen bond donour (Glycerol), it is a non toxic, biodegradable solvent compared to conventional volatile organic solvent such as hexane. Deep eutectic solvent is prepared by mixing choline chloride and glycerol with molar ratio 1:2 at temperature 80 C, stirring speed 300 rpm for 1 hour. The DES is characterized by its density and viscosity. The ethanolysis is performed at reaction temperature of 70 C, ethanol to oil molar ratio 9:1, potassium hydroxide as catalyst concentration 1,2 % wt, DES as co-solvent with concentration 0,5 to 3 % wt, stirring speed 400 rpm, and reaction time 1 hour. The obtained biodiesel is then characterized by its density, viscosity and ester content. The oil - ethanol phase condition is observed in reaction tube. The oil - ethanol phase with DES tends to form meniscus compared to without DES, showed that oil and ethanol become more slightly miscible, which favours the reaction. Using DES as co-solvent in ethanolysis showed increasing in yield and easier purification. The esters properties meets the international standards ASTM D6751, with highest yield achieved 79,43 % with 99,77 % conversion at DES concentration 2 %. Increasing DES concentration above 2 % in ethanolysis decrease the conversion and yield, because of the excessive glycerol in the systems makes the reaction equilibrium moves to the reactant side. viii

11 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ii PRAKATA iii DEDIKASI v RIWAYAT HIDUP PENULIS vi ABSTRAK vii ABSTRACT viii DAFTAR ISI ix DAFTAR GAMBAR xii DAFTAR TABEL xiv DAFTAR LAMPIRAN xv DAFTAR SINGKATAN xvi DAFTAR SIMBOL xvii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Ruang Lingkup 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Biodiesel Minyak Sawit Sebagai Bahan Baku Pembuatan Biodiesel Teknologi Pembuatan Biodiesel Transesterifikasi dengan Katalis Homogen Transesterifikasi dengan Katalis Heterogen Transesterifikasi Biokatalis Transesterifikasi Menggunakan Katalis Heterogen Transesterifikasi Menggunakan Katalis Heterogen Deep Eutectic Solvents (DES) 12 ix

12 2.5 Aplikasi Deep Eutectic Solvents (DES) dalam Bidang Pembuatan Biodiesel 13 BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN Lokasi dan Waktu Penelitian Bahan dan Peralatan Bahan Penelitian Peralatan Penelitian Rancangan Percobaan Sintesis Deep Eutectic Solvents (DES) Sintesis Biodiesel Prosedur Penelitian Pretreatment Bahan Baku Proses Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) Proses Sintesis Biodiesel Sketsa Percobaan Sketsa Percobaan Proses Sintesis Deep Eutectic Solvents (DES) Sketsa Percobaan Proses Sintesis Biodiesel Prosedur Analisis Analisa Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku Minyak Sawit dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca sa Analisa Komposisi Bahan Baku Minyak Sawit dan Biodiesel yang dihasilkan menggunakan GCMS Analisa Densitas Deep Eutectic Solvent (DES) dan Biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes OECD Analisa Viskositas Deep Eutectic Solvent (DES) dan Biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D x

13 Analisa Lapisan Atas dan Bawah Hasil Transesterifikasi Analisa Fasa Etanol Minyak dengan Metode Capillary Bridge Flowchart Penelitian Flowchart Pretreatment Bahan Baku Flowchart Proses Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) Flowchart Proses Sintesis Biodiesel 23 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Bahan Baku Crude Palm Oil (CPO) Proses Degumming Analisis Kandungan Asam Lemak Bebas (ALB) Analisis Kadar Air Pengaruh DES pada Biodiesel Pengaruh DES pada Yield Biodiesel Pengaruh DES pada Proses Pemisahan Biodiesel Pengaruh DES pada Proses Pencucian Biodiesel Pengaruh DES pada Fasa Etanol-Minyak Karakteristik Biodiesel 33 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 34 DAFTAR PUSTAKA 36 xi

14 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi 8 Gambar 2.2 Struktur Tipikal Dari Garam Halida Dan Hbd Yang Digunakan Untuk Sintesis DES 12 Gambar 2.3 Skema Titik Eutectic Dari Fasa Diagram Dua Komponen 13 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) dari Choline Cloride dan Etilen Glikol 19 Gambar 3.2 Rangkaian Peralatan Sintesis Biodiesel dari Minyak Sawit Secara Transesterifikasi Menggunakan Katalis KOH dan Deep Eutectic Solvent (DES) sebagai Co-Solvent 20 Gambar 3.3 Flowchart Pretreatment Bahan Baku 23 Gambar 3.4 Flowchart Proses Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) 23 Gambar 3.5 Flowchart Proses Sintesis Biodiesel 24 Gambar 4.1 Analisis kadar ALB sebelum dan setelah degumming 26 Gambar 4.2 Analisis kadar air sebelum dan setelah degumming 27 Gambar 4.3 Yield biodiesel vs Jumlah DES 28 Gambar 4.4 Proses pemisahan (a) tanpa DES (b) dengan DES 29 Gambar 4.5 Proses pencucian biodiesel ke 3 (a) tanpa DES (b) dengan DES 31 Gambar 4.6 Proses Pencucian Terakhir Biodiesel (a) tanpa DES (b) dengan DES 32 Gambar 4.6 Fasa etanol minyak (a) tanpa DES (b) dengan DES 32 Gambar D.1 Pembuatan DES 47 Gambar D.2 Proses degumming minyak sawit 47 Gambar D.3 Foto Rangkaian peralatan pembuatan biodiesel 48 Gambar D.4 Foto Proses Pembuatan biodiesel 48 Gambar D.5 Pemisahan biodiesel dan gliserol hasil reaksi 49 Gambar D.6 Pencucian biodiesel 49 Gambar D.7 Pengeringan biodiesel 49 Gambar D.8 DES yang dihasilkan 50 Gambar D.9 Biodiesel yang dihasilkan 50 Gambar D.10 Analisis viskositas 51 xii

15 Gambar D.11 Analisis densitas 51 Gambar E.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO 52 Gambar E.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Tanpa DES 53 Gambar E.3 Hasil Analisis Kromatogram GCMS Biodiesel dengan DES 0,5 % 54 Gambar E.4 Hasil Analisis Kromatogram GCMS Biodiesel dengan DES 1 % 55 Gambar E.5 Hasil Analisis Kromatogram GCMS Biodiesel dengan DES 1,5 % 56 Gambar E.6 Hasil Analisis Kromatogram GCMS Biodiesel dengan DES 2 % 57 Gambar E.7 Hasil Analisis Kromatogram GCMS Biodiesel dengan DES 2,5 % 58 Gambar E.8 Hasil Analisis Kromatogram GCMS Biodiesel dengan DES 3 % 59 Gambar E.9 Hasil Analisis Kromatogram GCMS Lapisan Bawah Hasil Transesterifikasi Dengan DES dengan DES 69 Gambar E.10 Hasil Analisis Kromatogram GCMS Lapisan Atas Hasil Transesterifikasi Dengan DES dengan DES 70 Gambar E.11 Hasil Analisis Kromatogram GCMS Lapisan Bawah Hasil Transesterifikasi Tanpa DES Tanpa DES 71 Gambar E.12 Hasil Analisis Kromatogram GCMS Lapisan Atas Hasil Transesterifikasi Dengan DES Tanpa DES 72 xiii

16 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Standar biodiesel SNI dan ASTM D Tabel 2.2 Tipikal komposisi asam lemak minyak sawit 7 Tabel 3.1 Rancangan percobaan sintesis biodiesel 17 Tabel 4.1 Komposisi asam lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 25 Tabel 4.2 Hasil analisis pemisahan fasa 30 Tabel 4.3 Banyak pencucian yang dilakukan 31 Tabel 4.4 Karakteristik Biodiesel 33 Tabel A.1 Komposisi asam lemak CPO 40 Tabel A.2 Komposisi trigliserida CPO 40 Tabel A.3 Kadar air CPO 41 Tabel A.4 Kadar free fatty acid (FFA) CPO 41 Tabel B.1 Hasil analisis densitas biodiesel suhu 15 o C 42 Tabel B.2 Hasil analisis viskositas biodiesel 42 Tabel B.3 Hasil yield etil ester 42 Tabel B.4 Hasil analisis lapisan atas dan bawah biodiesel 42 xiv

17 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU 40 LA.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku CPO Hasil Analisis GCMS 41 LA.2 Komposisi Trigliserida Bahan Baku CPO 41 LA.3 Kadar Air CPO 41 LA.4 Kadar Free Fatty Acid (FFA) CPO 41 LAMPIRAN B DATA PENELITIAN 42 LB.1 Data Densitas Biodiesel 42 LB.2 Data Viskositas Kinematik Biodiesel 42 LB.3 Data yield Etil Ester 42 LB.4 Data Analisis Lapisan Atas Dan Bawah 42 LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN 43 LC.1 Perhitungan Kadar FFA CPO 43 LC.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO Sebelum Degumming 43 LC.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Degumming 43 LC.2 Perhitungan Kebutuhan Etanol 44 LC.3 Perhitungan Densitas Biodiesel 45 LC.4 Perhitungan Viskositas Biodiesel 45 LC.5 Perhitungan Yield Biodiesel 46 LAMPIRAN D DOKUMENTASI 47 LAMPIRAN E HASIL UJI LABORATORIUM 52 LE.1 Hasil Analisis Komposisi Asam Lemak Cpo 52 LE.2 Hasil Analisis Biodiesel 53 LE.3 Hasil Analisis Lapisan Atas Dan Bawah Hasil Transesterifikasi 60 xv

18 DAFTAR SINGKATAN ASTM ALB CPO ChCl DES DPO GC GCMS SNI American Standard Testing Method Asam Lemak Bebas Crude Palm Oil Choline Chloride Deep Eutectic Solvent Degummed Palm Oil Gas Chromatography Gas Chromatography Mass Spechtrophometry Standar Nasional Indonesia xvi

19 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi N Normalitas N V Volume larutan NaOH terpakai ml M Berat molekul FFA CPO Gr/mol m Berat Sampel gram V Volume awal ml ρ Massa jenis kg/m 3 sg Specific Gravity t Waktu alir s k Konstanta Alir kg/m.s 2 xvii