RASIO MOL DAN RASIO ENERGI PROSES PRODUKSI BIODIESEL MINYAK JELANTAH SECARA NON-KATALITIK DENGAN REAKTOR KOLOM GELEMBUNG Oleh: NERA CANDRA CHOIRUNNISA F14104082 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008 i
Nera Candra Choirunnisa. F14104082. Rasio Mol dan Rasio Energi Proses Produksi Biodiesel Minyak Jelantah Secara Non-Katalitik dengan Reaktor Kolom Gelembung. Di bawah bimbingan Armansyah H. Tambunan. 2008 RINGKASAN Kebutuhan akan minyak solar dipastikan terus meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah kendaraan bermotor dan perkembangan industri di Indonesia. 40% dari penggunaan solar digunakan untuk transportasi dan 60% untuk industri. Upaya peningkatan produksi minyak bumi dirasa bukanlah solusi yang tepat karena minyak bumi tidak dapat diperbaharui. Eksploitasi besarbesaran menyebabkan persediaan minyak bumi diperkirakan tidak lagi mencukupi kebutuhan. Alternatif bahan bakar cair yang dapat menggantikan minyak bumi adalah minyak nabati. Penggunaan minyak goreng akan menghasilkan limbah berupa minyak jelantah. Dengan menjadikan minyak jelantah sebagai bahan baku biodiesel, maka akan meningkatkan nilai tambah minyak jelantah tersebut. Tujuan penelitian ini adalah membandingkan rasio mol proses produksi biodiesel non katalitik tipe semi batch dan tipe kontinyu dan menghitung rasio energi pada proses pembuatan biodiesel dari minyak jelantah secara non-katalitik menggunakan reaktor kolom gelembung. Penelitian ini dilakukan bulan Maret sampai dengan Juni 2008, bertempat di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Institut Pertanian Bogor di Leuwikopo. Proses pembuatan biodiesel secara non-katalik dilakukan dengan menggunakan reaktor kolom gelembung. Bahan umpan yang digunakan ádalah minyak jelantah dengan kadar FFA 0.1%, 2.56% dan methanol. Laju aliran yang digunakan 3 ml/menit dengan dua suhu reaktor 290 0 C dan 250 0 C. Data sekunder untuk bahan baku minyak sawit diambil dari penelitian sebelumnya (Joelianingsih, 2008). Biodiesel dibuat dalam reaktor kolom gelembung tipe kontinyu tanpa menggunakan katalis. Proses ini dilkakukan dengan suhu yang tinggi pada tekanan ruang. Sebelum direaksikan dengan minyak, methanol diuapkan terlebih dahulu di evaporator dan dilanjutkan hingga menjadi uap super panas di superheater. Di dalam reaktor, uap super panas methanol melewati perforate plate sehingga membentuk gelembung-gelembung yang akan bertemu dengan minyak bersuhu tinggi di dalam reaktor. Semakin banyak terjadinya kontak methanol dengan minyak maka produk yang dihasilkan akan semakin banyak, karena semakin besar reaksi metanolisis yang terjadi dalam reaktor kolom gelembung. Proses produksi dilakukan dengan 2 suhu reaktor. Pada suhu reaktor 290 0 C diperoleh massa produk lebih besar daripada suhu reaktor 250 0 C. Semakin tinggi suhu yang digunakan maka laju reaksi semakin cepat sehingga produk yang dihasilkan semakin besar. Pada suhu reaktor 290 0 C dan bahan baku minyak jelantah dengan FFA 0.1%, dihasilkan massa yang lebih besar daripada minyak jelantah dengan FFA 2.56%. Sedangkan pada suhu reaktor 250 0 C, untuk minyak jelantah 0.1% dihasilkan massa produk yang lebih kecil daripada minyak jelantah dengan FFA 2.56%. Rasio mol methanol dengan mol minyak dalam reaktor untuk tipe semi batch mengalami peningkatan terhadap waktu. Besarnya rasio mol berbanding ii
terbalik dengan mol minyak, semakin kecil mol minyak maka rasio mol semakin besar. Pada tipe kontinyu massa minyak dalam reaktor dan massa methanol yang diumpankan juga tetap, sehingga rasio mol cenderung tetap baik untuk minyak jelantah maupun minyak sawit. Rasio energi adalah perbandingan antara energi output dengan energi input. Yang termasuk energi input adalah energi panas, energi listrik dan kandungan energi. Sedangkan energi output adalah kandungan energi yang terkandung dalam biodiesel. Rasio energi pada suhu reaktor 290 0 C dengan bahan baku minyak jelantah FFA 0.1% sama dengan rasio energi jika menggunakan bahan baku minyak sawit sebesar yaitu 0.78, sedangkan untuk bahan baku minyak jelantah FFA 2.56% didapat rasio energi sebesar 0.67. Rasio energi pada suhu reaktor 250 0 C untuk bahan baku minyak sawit FFA 0.1% sebesar 0.32, untuk bahan baku minyak jelantah FFA 0.1% sebesar 0.43, untuk bahan baku minyak jelantah FFA 2.56% sebesar 0.46. Hal ini menunjukkan bahwa proses dengan suhu lebih rendah tidak selalu menghasilkan rasio energi yang lebih tinggi. Kata kunci : biodiesel, non-katalitik, rasio mol, rasio energi iii
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR RASIO MOL DAN RASIO ENERGI PROSES PRODUKSI BIODIESEL MINYAK JELANTAH SECARA NON-KATALITIK DENGAN REAKTOR KOLOM GELEMBUNG SKRIPSI Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh : NERA CANDRA CHOIRUNNISA F14104082 Dilahirkan di Temanggung pada tanggal 20 September 1986 Tanggal Lulus: Bogor, September 2008 Menyetujui, Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan Pembimbing Akademik Mengetahui, Dr. Ir. Wawan Hermanan, MS Ketua Departemen Teknik Pertanian iv
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayahnya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Rasio Mol dan Rasio Energi Produksi Biodiesel Minyak Jelantah secara Non-Katalitik dengan Reaktor Kolom Gelembung. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari sumbangan berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan selaku pembimbing akademik yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, masukan dan motivasi yang berharga bagi penulis. 2. Dr. Ir. Dyah Wulandani, M. Si. dan Dr. Ir. Gatot Pramuhadi, M. Si. selaku dosen penguji yang telah meluangkan waktunya menjadi penguji dan banyak memberikan masukan, saran kepada penulis. 3. Abah, Ibu, Mas Hafez, Azka, Rosda beserta seluruh keluarga yang selalu memberikan doa, kasih sayang, dukungan, dan motivasi kepada penulis. 4. Emma, Rizka, Winda, Cahya, Malik yang memberikan semangat, dukungan dalam kondisi apapun dan mendapatkan arti penting seorang sahabat. 5. Eni, Elvi (keluarga cemara), Ronal, Uddin, Bayu, Ambi, Arip, Kusnanto, Anami, Raja, Wakid, Boris, Age, Agung, Sukris yang selalu siap memberikan bantuan. 6. Pak Harto, Mas Firman, Mas Darma atas bantuannya selama penelitian. 7. Difna, Erika, teman-teman di Lab Energi dan Rekan-rekan TEP 41 atas kerja sama, bantuan, dukungan dan semangat yang diberikan. 8. Department of Global Agricultural Sciences The University of Tokyo, Jepang yang telah memberikan alat proses produksi biodiesel non katalitik. 9. Pak Soni, Pak Totok, Pak Rizal, Bang Omil, Kak Riswanti dan semua bimbingan Pak Arman atas bantuan, saran, dan kritik yang diberikan. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tulisan ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat v
membangun. Mohon maaf atas segala kesalahan dan kekurangan. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya. Bogor, September 2008. Penulis vi
DAFTAR SIMBOL. m = laju massa TG, ME, GL, MeOH (kg/jam) Cp = panas jenis bahan baku maupun produk (kj/kg C) ΔT = Perubahan suhu dari proses ( 0 C) Δ H = panas laten (kj/kg) P = Daya yang dibutuhkan (kw) t = waktu (jam) Nk = Nilai kalor ME, MeOH, TG (kj/kg) E out = Energi yang dihasilkan Biodiesel (kj) E out = Kandungan energi dari biodiesel (kj/kg) E kand = Energi input yang terkandung dalam minyak dan methanol (kj) E panas = Energi yang digunakan untuk memanaskan methanol (kj) E listrik = Energi yang dibutuhkan pompa untuk mengalirkan methanol (kj) Q e = Energi panas pada evaporator (kj) Q s = Energi panas pada superheater (kj) Q p = Energi listrik pompa methanol (kj) H = entalpi ME, TG, GL, Produk (kj/kg) rm = rasio mol (mol/mol) RE = Rasio energi (-) nmeoh = mol Methanol ntg = mol minyak vii
DAFTAR ISTILAH FFA = Free Fatty Acid (Asam Lemak Bebas) MeOH = Methanol GL = Gliserol ME = Metil Ester FAME = Fatty Acid Methyl Ester TG = Trigliserida DG = Digliserida MG = Monogliserida viii
i
DAFTAR ISI DAFTAR ISI... i DAFTAR GAMBAR... iii DAFTAR TABEL... iv DAFTAR LAMPIRAN... v I PENDAHULUAN A. Latar Belakang... 1 B. Tujuan... 3 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Minyak Jelantah... 4 B. Teknologi Produksi Biodiesel... 5 C. Bahan Umpan... 8 D. Spesifikasi Biodiesel... 11 III. METODOLOGI A. Waktu dan Tempat Penelitian... 13 B. Alat dan Bahan... 13 C. Prosedur Penelitian... 16 1. Penentuan laju aliran methanol dan suhu Reaktor... 18 2. Proses Produksi Biodiesel... 18 3. Pengambilan Data... 19 D. Pengolahan Data... 20 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Faktor-Faktor yang mempengaruhi Produksi Biodiesel... 22 1. Pengaruh Suhu Reaktor Terhadap Massa Produk... 22 2. Pengaruh Suhu Reaktor Terhadap Pembentukan Gliserol... 25 3. Pengaruh Kandungan FFA Terhadap Massa Produk... 27 B. Perbandingan Rasio Mol Tipe Semi Batch dan Tipe Kontinyu... 29 C. Rasio Energi Produksi Biodiesel... 32 V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan... 36 B. Saran... 37 i