BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit Komoditas kelapa sawit memiliki berbagai macam kegunaan baik untuk industri pangan maupun non pangan/oleochemical serta produk samping/limbah. Limbah kelapa sawit di antaranya adalah pelepah daun, bungkil intisawit, sludge, tandan kosong sawit, cangkang dan serat (Dirattanhun, 2008). Luas area pertanaman kelapa sawit di Indonesia terus mengalami peningkatan sejak tahun 1999 hingga tahun 2006. Peningkatan tertinggi terjadi dalam kurun waktu 2000 2001 yaitu seluas 555,358 Ha (13.36%) dan kurun waktu 2005 2006 yaitu seluas 621,109 Ha (11.39%). Saat ini luas area pertanaman kelapa sawit mencapai 7 juta Ha dan produksi 18 juta ton CPO (Dirattanhun, 2008). Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) atau Empty Fruit Bunch (EFB) adalah limbah padat yang dihasilkan oleh pabrik minyak sawit mentah atau Crude Palm Oil (CPO). Dalam satu hari pengolahan bisa dihasilkan ratusan ton TKKS. Komponen utama TKS adalah selulosa, hemiselulosa, dan lignin. TKKS dapat diolah menjadi pulp atau furfural (Dirattanhun, 2008). Tabel 2.1 Komposisi Tandan Kosong Kelapa Sawit NO Parameter Kandungan (%) 1 Lignin 22,60 2 Α- selulosa 45,80 3 Holoselulosa 71,80 4 Pentosan 25,90 5 Kadar Abu 1,60 (Sumber : Purwito dan Firmanti, 2005) 2.2 Furfural Furfural (C 5 H 4 O 2 ) atau sering disebut dengan 2-furankarboksaldehid, furaldehid, furanaldehid, 2-Furfuraldehid, merupakan senyawa organik turunan dari golongan furan. Senyawa ini berfasa cair berwarna kuning hingga kecoklatan dengan
titik didih 161,7 o C, densitas (20 o C) adalah 1,16 g/cm 3. Furfural merupakan senyawa yang kurang larut dalam air namun larut dalam alkohol, eter, dan benzena. Gambar 2.1 Struktur molekul furfural (Anonim,2009a) Furfural dihasilkan dari biomassa lewat 2 tahap reaksi, yaitu hidrolisis dan dehidrasi. Untuk itu digunakan bantuan katalis asam, misalnya: asam sulfat, dan lainlain (Wijanarko,dkk, 2006). Reaksi utama pembuatan Furfural adalah sebagai berikut (Wijanarko,dkk, 2006): 1. Hidrolisis pentosan menjadi pentosa : (C 5 H 8 O 4 ) n + nh 2 O asam nc 5 H 10 O 5..( i ) 2. Hidrolisis selulosa menjadi glukosa : (C 6 H 5 O 6 ) n + nh 2 O asam nc 6 H 12 O 6..( ii ) 3. Dehidrasi pentosa membentuk Furfural: asam nc 5 H 10 O 5 nc 5 H 10 O 5 + 3nH 2 O..( iii ) 2.3 Kegunaan Furfural Dalam bentuk baku, furfural banyak digunakan : 1. Sebagai pelarut dalam industri penyulingan minyak bumi 2. Industri pembuatan minyak-minyak pelumas 3. Untuk mensintesis senyawa turunan yang digunakan pada industri pembuatan nilon (Wijanarko, dkk. 2006).
Senyawa turunan yang dapat disintesis dari furfural diantaranya adalah furfuril alkohol dan furan. Furfuril alkohol umumnya digunakan dalam industri yang memproduksi serat sintetik dan untuk mensintesis senyawa yang digunakan dalam industri pelapisan (coating), industri cat, dan beberapa industri farmasi. Sedangkan furan dipakai dalam industri farmasi, industri yang memproduksi serat sintetik, herbisida, dan untuk mensintesis pelarut yang digunakan dalam industri pembuatan PVC (Wijanarko, dkk. 2006). 2.4 Sifat-sifat Bahan Baku dan Produk 1. Pentosa C 5 H 10 O 5 1. Berat molekul : 150,13 gr/gmol 2. Titik cair : 153 C 3. Spesifik graviti : 1,535 4. Densitas : 1,84 gr /cm 3 5. Kelarutan : 117 mg pada 20 o C per 100 ml air dingin. 6. wujud : kristal berbentuk jarum (Anonim, 2009b) 2. Asam Sulfat H 2 SO4 1. Berat molekul : 98,08 gr/gmol 2. Titik lebur : 10 C 3. Titik Didih : 290 C 4. Spesifik graviti : 1,843 18 /4 5. Densitas : 1,84 gr /cm 3 6. Terdekomposisi pada : 340 C. 7. Kapasitas Panas : 1389 J/Kmol 8. Sangat larut dalam air. 9. Bening dan tak berwarna. (Anonim, 2009c)
3. Air H2O 1. Berat molekul : 18,015 gr/gmol 2. Titik lebur : 0 C 3. Titik Didih : 100 C 4. Densitas : 0,988 gr /cm3 5. Kalor Jenis : 4184 J/(kg K) 6. Kapasitas Panas : 4,22 kj/kg.k (Himmelblau, 1996) 4. Furfural C5H4O2 1. Berat molekul : 96,08 gr/gmol 2. Titik lebur : -36,5 C 3. Titik Didih : 161,7 C 4. Densitas : 1,16 gr /cm3 5. Kapasitas Panas : 1,74 J/g.K 6. Entalpi pembentukan :-151 kj/mol (Anonim, 2009a) 5. Toluena 1. Berat molekul : 92,13 gr/gmol 2. Titik lebur : 178,169 C 3. Titik Didih : 383,78 K 4. Densitas : 0,866 gr /cm3 5. Entalpi pembentukan : 11,99 kj/mol (Himmelblau, 1996)
2.5 Deskripsi Proses Proses pembuatan furfural terdiri dari beberapa unit, yaitu : 1. Unit Penanganan Awal 2. Unit Reaksi Utama 3. Unit Pemurnian Furfural 2.5.1 Unit Penanganan Awal Pada unit penanganan awal, bahan baku tandan kosong kelapa sawit dimasukkan ke dalam Crusher (CR-101) dengan menggunakan Bucket Elevator (BF- 101). Tandan kosong kelapa sawit dicacah dengan Crusher (CR-101) yang selanjutnya dimasukkan ke dalam tangki pencampur (M-102 ). Pada Mixer (M-102 ), tandan kosong kelapa sawit diaduk dengan menambahkan asam sulfat (H 2 SO 4 ) untuk memperoleh pentosan yang ada di dalamnya. Pentosan yang terkandung dalam tandan kosong kelapa sawit larut dalam asam sulfat. Keluaran dari Mixer (M-102 ) merupakan pentosan yang sudah larut dan masih mengandung tandan kosong kelapa sawit. Selanjutnya keluaran ini dimasukkan ke dalam Reaktor I (R-201) (Wijanarko, dkk. 2006). 2.5.2 Unit Reaksi Utama Unit reaksi utama dimana keluaran dari Mixer (M-102 ) siap untuk direaksikan. Kondisi operasi Reaktor I (R-201) adalah suhu 150 o C dan tekanan 1 atm. Reaksi berlangsung selama 3 jam, setelah itu dilanjutkan dengan penguapan. Yield pembentukan furfural dari pentosan adalah 73% (Wijanarko, dkk. 2006). Dimana pada Reaktor I (R-201) terjadi reaksi hidrolisis dan pada Reaktor II (R-202) terjadi reaksi dehidrasi dengan mekanisme reaksi sebagai berikut. 1. Hidrolisis pentosan menjadi pentosa : asam (C 5 H 8 O 4 ) n + nh 2 O nc 5 H 10 O 5 2. Hidrolisis selulosa menjadi glukosa : (C 6 H 5 O 6 ) n + nh 2 O asam nc 6 H 12 O 6
3. Dehidrasi pentosa membentuk Furfural: nc 5 H 10 O 5 asam nc 5 H 10 O 5 + 3nH 2 O (Wijanarko,dkk, 2006) Rasio stokiometri antara pentosa dengan furfural adalah 64% (Wijanarko,dkk. 2006). Pada reaksi hidrolisis dalam Reaktor I (R-201) pentosan akan bereaksi menghasilkan pentosa. Hasil dari Reaktor I (R-201) kemudian dimasukkan ke dalam Reaktor II (R-202) untuk mengalami reaksi dehidrasi membentuk furfural. Keluaran dari Reaktor II (R-202) masih mengandung zat-zat pengotor seperti pentosa sisa, pentosan (volatil), air, dan asam sulfat. Untuk menguranginya, campuran tersebut melalui beberapa tahap pemurnian. 2.5.3 Unit Pemurnian Campuran keluaran Reaktor II (R-202) diumpankan ke dalam Vaporizer (V-301). Suhu dalam Vaporizer (V-301) adalah 170 o C. Pada suhu tersebut furfural, air, pentosan dan pentosa menguap. Jadi produk atas dari Vaporizer (V-301) mengandung furfural, air, pentosan dan pentosa. Untuk memisahkan air, pentosan dan pentosa dari Vaporizer (V-301) dimasukkan ke dalam Ekstraktor (V-302) dengan suhu operasi 30 o C dengan menggunakan pelarut toluena. Selanjutnya campuran masuk kedalam Kolom Destilasi (T-301) untuk memisahkan furfural dari toluena dan mendapatkan konsentrasi furfural yang diinginkan. Sebelum masuk ke Kolom Destilasi (T-301), campuran dimasukkan ke dalam Heater II untuk menaikkan suhu sampai 114,732 o C. Produk bawah dari Vaporizer (V-301) mengandung lignin, asam sulfat, abu, A- selulosa dan glukosa. Produk bawah tersebut dipisahkan dari tandan kosong kelapa sawit dengan menggunakan Filter Press (FP-301). Glukosa diambil sebagai produk samping dengan menggunakan Flash Drum (T-302) untuk memisahkan glukosa dari asam sulfat. Glukosa sebagai produk bawah dan asam sulfat sebagai produk atas.