BAB I PENDAHULUAN Kelapa sawit merupakan salah satu komoditas utama yang dikembangkan di Indonesia. Dewasa ini, perkebunan kelapa sawit semakin meluas. Hal ini dikarenakan kelapa sawit dapat meningkatkan devisa negara secara signifikan dengan mengekspor minyak kelapa sawit. Menurut Departemen Pertanian, pada tahun 2010 luas kebun kelapa sawit mencapai 8.385.394 Hektar, sedangkan pada tahun 2011 luas kebun kelapa sawit bertambah hingga angka 8.992.824 Hektar. Jumlah ini semakin bertambah setiap tahun. Meningkatnya luas kebun kelapa sawit juga berimbas pada produksi minyak kelapa sawit yang semakin bertambah. Berikut adalah tabel produksi minyak kelapa sawit di Indonesia selama 5 tahun terakhir. Tabel I.1 Jumlah produksi minyak kelapa sawit (CPO) Tahun Produksi (juta ton) 2009 22 2010 23,6 2011 25,4 2012 26,5 2013* 27 (diolah dari berbagai sumber) Sebagian besar minyak kelapa sawit diekspor dalam bentuk mentah (CPO) karena keterbatasan industri pengolahan minyak kelapa sawit di dalam negeri. Padahal jika minyak mentah dapat diolah sendiri kemudian diekspor keuntungan yang didapat akan berkali lipat. Salah satu industri pengolahan minyak kelapa sawit yang mempunyai prospek cerah adalah industri oleochemical. Industri ini menghasilkan turunan-turunan minyak kelapa sawit seperti gliserol, asam stearat dan asam lemak lain. 1
Asam stearat adalah asam lemak jenuh terkandung dalam minyak kelapa sawit (CPO). Kandungan asam stearat dalam kelapa sawit sebesar 1-3%. Asam stearat ini biasa dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan lilin, bahan tambahan dalam sabun yang berguna untuk memberi efek halus pada kulit, bahan kosmetik, serta pengemulsi makanan. Mengingat kegunaannya yang sangat beragam, potensi pengembangan industri oleochemical dengan produk asam stearat sangat besar. Data dari BPS selama 5 tahun terakhir menunjukkan bahwa kebutuhan asam stearat dalam negeri meningkat secara signifikan seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut : Tabel I.2 Data Konsumsi Asam Stearat di Indonesia Tahun Konsumsi (ton) 2008 4.905 2009 6.824 2010 7.479 2011 7.784 (Badan Pusat Statistik, 2013) Sedangkan, data produksi asam stearat dalam 4 tahun terakhir dapat terlihat dalam tabel berikut : Tabel I.3 Data Produksi Asam Stearat Indonesia Tahun Produksi (ton) 2008 1.124 2009 1.449 2010 3.701 2011 4.018 (sumber : Badan Pusat Statistik, 2013) 2
Dari tabel tersebut dapat disimpulkan bahwa produksi asam stearat dalam negeri cenderung meningkat, namun masih belum dapat mencukupi konsumsi dalam negeri. Hal ini dibuktikan dengan masih berlangsungnya impor asam stearat untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, seperti data yang dilansir BPS berikut : Tabel I.4 Jumlah Kebutuhan Impor Asam Stearat Indonesia Tahun Impor (ton) 2008 3.470 2009 3.217 2010 3.362 2011 2.926 (sumber : Badan Pusat Statistik, 2013) Dari segi ekonomi, pengolahan minyak kelapa sawit menjadi asam stearat akan meningkatkan nilai jualnya. Harga minyak kelapa sawit per November 2013 adalah $950/ton atau Rp 10.450/kg sedangkan harga jual asam stearat adalah Rp 14.400/kg. Selain produk utama asam stearat, dari pabrik ini dapat diperoleh gliserol dan asam lemak sebagai hasil samping. Harga jual gliserol adalah $900/ton atau Rp 10.800/kg dan asam lemak berupa asam palmitat dan asam miristat seharga $1.1/kg atau Rp 13.200/kg. Lokasi pabrik yang dipilih untuk pendirian pabrik asam stearat dari crude palm oil ini adalah daerah Kalimantan Tepatnya di daerah Balikpapan, Kalimantan Timur. Alasan pemilihan lokasi ini karena Kalimantan terutama daerah Balikpapan merupakan kawasan industri yang berlokasi tidak jauh dari pelabuhan. Hal ini memudahkan transportasi dan juga pemasaran produk. Asam Stearat merupakan senyawa organik rantai panjang yang memiliki jumlah atom C sebanyak 18 buah. Asam stearat ini termasuk dalam golongan asam lemak yang dapat dihasilkan oleh minyak dari tumbuhan maupun lemak hewan. 3
Unit dasar dari minyak dan lemak terdiri atas satu molekul gliserol yang dikombinasikan dengan tiga molekul asam lemak, atau sering kita sebut sebagai gliserol tri fatty acids, trigliserida. Dalam trigliserid terdapat 3 buah molekul asam lemak yang mana ketiganya dapat sama jenisnya dan sering disebut sebagai simpel trigliserida, tetapi bila lebih dari satu jenis asam lemak dikenal sebagai campuran trigliserida. Tabel I.5 Komposisi asam lemak penyusun trigliserida Komponen Kandungan Titik Didih Titik Lebur Asam Miristat (C 13 H 27 COOH) 1.4% 250.5 C 54.4 C Asam Palmitat (C 15 H 31 COOH) 40.1% 351 C 62.9 C Asam Stearat (C 17 H 35 COOH) 5.5% 376.1 C 69.6 C Asam Oleat (C 17 H 33 COOH) 42.7% 360 C 13 C Asam Linoleat (C 17 H 31 COOH) 10.3% 230 C -5 C ` Asam lemak merupakan rantai karbon yang dikombinasikan dengan hidrogen dan tergolong dalam gugus karboksilat. Asam lemak yang tidak mempunyai ikatan rangkap dikenal sebagai asam lemak jenuh, sedangkan asam lemak yang mempunyai ikatan rangkap disebut lemak tak jenuh. Fat splitting Fat splitting atau hidrolisis minyak secara umum didefinisikan sebagai proses pemisahan asam lemak dari trigliserida dengan menggunakan air pada suhu tinggi dan tekanan tinggi atau dengan reaksi katalitik dimana air berada dalam keadaan suhu yang relatif rendah dengan katalis asam atau alkalin. Proses hidrolisis atau fat splitting dari minyak dan lemak ini merupakan salah satu proses komersial yang penting. Reaktan dalam hidrolisis minyak atau lemak terdiri dari dua fase cairan, sehingga menjadikan reaksi ini dalam sistem heterogen. Reakasi hidrolisis dapat dinyatakan sebagai berikut: 4
Gambar 1. Mekanisme Reaksi Hidrolisis. Beberapa proses yang dapat digunakan dalam proses fat splitting diantaranya adalah sebagai berikut: Twitchell Splitting Proses ini adalah hidrolisis dengan asam sebagai katalisnya, dan asam yang digunakan adalah asam sulfat dengan surface-active agennya seperti petroleum sulfonat atau sulfonatedoleic dan naphthenic acid (twitchell reagent). Proses splitting ini berlangsung di vessel yang tahan asam dengan komposisi 60% lemak atau minyak, 40 % air, 0,5% asam sulfat dan 1 % petroleum sulfonat. Keuntungan Twitchell splitting adalah prosesnya yang sederhana dan peralatannya bisa dioperasikan dengan metode yang lain. Kerugiannya adalah produk berwarna gelap dan biasanya mengandung material sulfur, disposal lapisan larutan asam, panas yang tidak efisien dan lamanya waktu siklus. Sampai sekarang Twitchell Splitting digunakan dalam skala kecil. Proses ini memerlukan waktu 12-48 jam. Batch Autoclave Process Proses ini menggunakan kondisi operasi suhu 450 F dan tekanan 425-450 psig. Konversi yang dapat dicapai 85-95% dan konsentrasi hasil gliserin 5-15% hampir sama dengan hasil dari 5
proses twitchell. Reaksi ini dijalankan secara batch tanpa menggunakan katalis. Proses ini lebih lambat daripada proses kontinyu tetapi lebih cepat daripada proses twitchell. Proses ini mempunyai keuntungan yang sama dengan proses twitchell yaitu proses lebih efisien dalam skala kecil. Kerugian dari proses ini adalah lamanya waktu siklus sehingga tidak efisien untuk kapasitas besar. Continuous High Pressure Splitting Proses ini dikembangkan oleh Colgate-Emery dan Procter & Gamble, dimana minyak dan air dikontakkan secara counter-current pada suhu dan tekanan yang tinggi dalam kolom stainless steel tanpa menggunakan katalis. Minyak dimasukkan dari bagian bawah kolom secara kontinyu. Air dimasukkan dari atas, karena lebih berat dari minyak, maka secara gradual akan jatuh ke bagian bawah kolom. Saat minyak bergerak naik, berlangsunglah proses hidrolisis dan gliserol pindah ke fase air. Asam lemak keluar dari bagian atas kolom, dan sweet water ( air yang mengandung gliserol ) keluar dari bagian bawah menara. Panas disuplai lagi di bagian menara bisa dengan menggunakan internal steam coil, electric heating, atau dengan direct steam. Proses ini bisa melakukan 98-98,5% split tanpa dibantu dengan katalis dan konsentrasi gliserin 10-25%. Tabel I.6 Pemilihan proses serta kelebihan dan kekurangan proses. Pembanding Twitchell Autoclave Continuous - Countercurrent Suhu 212-220 F 450 F 485 F Tekanan 0 psig 425-450 psig 600 700 psig Katalis Alkyl aryl sulfonic acid - - Operasi Batch Batch Kontinyu Peralatan Tangki timbel - tembaga Auto clave Tower Konversi 85 98% 86 98% 96 99% 6
Keuntungan Kerugian Suhu dan tekanan rendah Efisien pada skala kecil Biaya awal rendah Penanganan katalis Konsumsi steam tinggi Biaya pekerja tinggi Efisien pada skala kecil Biaya awal rendah Lebih cepat daripada twitchell Lebih lama daripada proses kontinyu Biaya pekerja tinggi Konversi tinggi Biaya pekerja rendah Keseragaman hasil terjaga Suhu dan tekanan tinggi Tidak cocok untuk minyak yang rusak pada suhu tinggi Hidrogenasi adalah penambahan hidrogen secara langsung pada ikatan rangkap yang ada di asam lemak tak jenuh, yang mekanismenya adalah sebagai berikut: Gambar 1. Mekanisme Reaksi Hidrogenasi Bailey mempostulatkan beberapa langkah penting untuk hidrogenasi katalitik fase cair, sebagai berikut: 1. Transfer hidrogen dari gas ke fase cair 2. Adsorpsi hidrogen dan asam lemak tak jenuh ke active spot pada permukaan katalis nikel 3. Reaksi dari hidrogen, nikel dan asam lemak tak jenuh berlangsung secara radikal, dan membentuk suatu ikatan kompleks yang tidak stabil antara ketiga komponen tersebut 4. Pemutusan ikatan kompleks tersebut menjadi yield nikel dan asam lemak terhidrogenasi yang diadsorbsinya 7
5. Desorpsi dari asam lemak untuk meninggalkan nikel secara bebas untuk mengambil bagian pada siklus baru Secara umum, proses hidrogenasi katalitik dari asam lemak menggunakan peralatan yang tahan korosi berupa vessel dengan pengaduk, dan katalis yang digunakan adalah nikel murni. Reaktor ini memiliki kekurangan selain materialnya harus tahan korosi juga harus menahan tekanan tinggi, dan diperlukan pengaduk sehingga konstruksinya rumit dan dan mahal. Reaktor hidrogenasi terbagi dua jenis, berdasarkan prosesnya yaitu batch reactor dan continuous reactor. Batch reactor merupakan cylindrical pressure vessel dengan pengaduk, yang konstruksinya sangat mahal, dan resiko kebocorannya tinggi. Continuous reactor dapat berupa suatu rangkaian alat yang terdiri dari mixer untuk mencampur reaktan cair dan katalis menjadi slurry, tangki berpengaduk, dan dilengkapi filter untuk memisahkan katalis dan cairan, sehingga katalis dapat digunakan kembali. Proses ini rumit dan membutuhkan banyak alat pendukungnya. Bentuk lain dari continuous reactor adalah reaktor fixed bed, yang tidak memerlukan adanya filter lagi, namun mahal harganya. Dari beberapa proses yang telah banyak digunakan, proses yang dipakai dalam prarancangan pabrik asam stearat dari minyak kelapa sawit ini menggunakan reaktor hidrolisis berupa spray column yang mengikuti metode continuous high pressure splitting secara counter current karena konstruksi reaktor murah, dan tidak diperlukan katalis untuk mencapai konversi 98%. Jenis reaktor ini tidak menggunakan katalis asam sehingga lebih mudah penanganannya daripada jenis reaktor yang menggunakan katalis asam. Kualitas produk yang dihasilkan saat keluar reaktor hampir sama atau terjaga keseragamannya, air disini disamping digunakan untuk reaktan tetapi bisa juga difungsikan sebagai pengaduk sehingga reaksi terjadi secara merata. Air dimasukkan dari atas menara karena densitas air lebih berat daripada minyak sehingga air turun ke bawah dan reaksi dapat berlangsung. CPO yang dialirkan diatur agar tekanannya tinggi agar sama dengan tekanan operasi reaktor. Sementara itu untuk reaktor hidrogenasi tidak dipilih jenis vessel berpengaduk, karena konstruksinya mahal, namun untuk kali ini dipilih kolom tekanan tinggi, dimana konstruksinya lebih murah karena L/D dari reaktor hidrogenasi jenis yang telah 8
disebutkan di atas, sehingga tidak diperlukan material yang tidak terlalu tebal. Di samping itu diperlukan pemisahan katalis secara khusus, produk bersama katalis nikel keluar dari bawah menara kemudian dimasukkan ke dalam separator untuk memisahkan asam lemak dengan katalis nikel. Nikel bersama dengan sedikit asam lemak kemudian dimasukkan kembali ke dalam reaktor hidrogenasi. 9