olein dan stearin

5/26/2018 Olein Dan Stearin

1/16

3

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 OLEIN SAWIT

Tanaman kelapa sawit menghasilkan dua jenis minyak dari bagian buah yang berbeda.

CPO (crudepalm oil) merupakan jenis minyak sawit yang dihasilkan dari bagain sabut buah

(mesokarp). Sementara itu, dari bagian inti buah dapat juga diperoleh PKO (palm kernel oil).

Kedua jenis minyak ini sangat bermanfaat untuk berbagai keperluan (Ketaren 1996). Pengolahan

minyak sawit secara lebih lanjut mampu menghasilkan berbagai jenis produk yang bernilai

tambah. Gambar 1 berikut ini menjelaskan neraca massa pengolahan kelapa sawit berdasarkan

data yang dihimpun oleh Tim Peneliti Surfactant and Bioenergy Research Center IPB (2009).

Gambar 1. Neraca massa pengolahan kelapa sawit

2.1.1 Pemurnian Minyak Sawit

Olein sawit merupakan salah satu fraksi cair dari pengolahan CPO. Tahap pengolahan

CPO menjadi minyak olein disebut sebagai proses pemurnian minyak. Berlusconi (2010)

menyebutkan tahapan pengolahan minyak sawit adalah proses dry degumming and bleaching,

deodorisasi, dan winterisasi. Karena melalui tahap tersebut, olein sering disebut sebagai RBDPO

(Refined Bleached Deodorized Palm Olein). Proses pemurnian minyak sawit adalah sebagai

berikut:

2.1.1.1 Proses Dry Degumming dan Bleaching

Pada proses pemurnian minyak di skala industri, biasanya proses degumming dan

bleaching dilakukan sekaligus untuk mengefisienkan proses. Proses dry degumming bertujuan

untuk menghilangkan komponen fosfolipid yang terdiri dari phospatida, protein, residu,

Tandan Kosong33,95 %

Biji (Nut)

12,38%

Sabut (Mesocarp)

53,67%

Serat

8,89%

CPO

24,32%Air20,37%

Brondolan Buah Sawit

66,05%

Tandan Buah Segar (TBS)

100%

Cangkang

6,68%

Kernel

5,7%

Stearin

4,37%

PFAD

0,98%Olein18,97%


2/16

4

karbohidrat, air dan resin tanpa mengurangi jumlah asam lemak. Suhu yang digunakan saat

minyak mengalami proses degumming adalah 85C. Pada proses degumming ini ditambahkan

asam phosphat untuk mengikat gum dalam minyak. Jumlah asam phosphat yang digunakan pada

umumnya sekitar 0,5-2 kg untuk laju alir sekitar 3 ton/jam minyak sawit.

Proses bleachingmerupakan tahap lanjutan dari proses degummingatau sering disebutproses pemucatan minyak. Degummed oil melalui tahap bleaching untuk memisahkan pigmen

yang terkandung dalam minyak menggunakan bahan aktif sehingga warna minyak menjadi lebih

cerah. Komponen tambahan dalam proses ini adalah bleaching earth. Bleaching earth tersusun

atas beberapa senyawa yaitu SiO2, Al2O3, air terikat, ion kalsium, magnesium oksida, dan besi

oksida. Jumlah bleaching earthyang ditambahkan adalah sekitar 0,3-1,2% dari laju alir minyak

yang diproses. Minyak kemudian disaring menggunakan filter guna memisahkan asam phosphat

yang sudah mengikat gum dan bleaching earthyang sudah mengikat pigmen minyak. Filter yang

digunakan dalam penyaringan adalah menggunakan filter khusus bertekanan yaitupressure leaves

filtersatau banyak disebut sebagai Niagara Filter dalam dunia industri. Suhu minyak diatur cukup

tinggi yaitu 150

o

2.1.1.2 Proses Deodorisasi

C agar mampu menurunkan viskositas minyak dan proses dipercepat denganpemberian tekanan sebesar 6 bar agar proses penyaringan berjalan sempurna.

Deodorisasi merupakan teknik pengurangan komponen volatile dalam minyak yang

menyebabkan minyak berbau serta bermanfaat dalam menghilangkan material pengotor minyak

yang mampu dihilangkan dengan pemanasan suhu tinggi. Kondisi proses deodorisasi biasanya

menggunakan suhu 220-260o

2.1.1.3 Proses Winterisasi

C dalam kondisi vakum sekitar 2 milibar. Proses deodorisasi terjadi

dalam double wall packed column. Minyak masuk melalui bagian atas deodorizer dan mengalami

kontak dengan beberapa traydeodorizersehingga minyak terhambur dan bagian volatileminyak

menguap yang kemudian ditangkap oleh vapour scrubber. Material yang menguap ini disebut

juga sebagai PFAD (palm fatty acid distillate). Minyak dari hasil deodorisasi ini merupakan

RBD Palm Oil. RBD Palm Oil ini memiliki kandungan utama stearin dan olein.

Proses winterisasi merupakan proses tahap akhir untuk memisahkan komponen

minyak berdasarkan titik beku. Melalui proses ini dihasilkan dua jenis minyak yaitu olein dan

stearin. Olein merupakan fase cair minyak sawit dalam suhu ruang, sementara stearin berbentuk

padat dalam suhu ruang. Proses ini disebut sebagai wet fractionation karena memisahkan

komponen minyak dengan teknik pendinginan. Proses winterisasi ini terjadi dalam filter press.

Minyak dilewatkan dalam filter press secara horizontal. Saat melewati filter ini, stearin akan

terperangkap dalam kantong-kantong filter karena bentuknya yang padat saat pendinginan,

sementara olein menembus kantong filter yangpermeabelterhadap olein.

Hasil dari pemurnian minyak sawit ini dihasilkan dua material komponen yang sangat

berguna di masyarakat. Olein dan stearin banyak digunakan dalam berbagai industri. Olein

merupakan komponen edible yang disebut sebagai minyak goreng untuk kebutuhan memasak.

Sementara stearin banyak digunakan untuk pembuatan shortening dan margarin. Indonesia

memiliki kapasitas ekspor produk olein dan sterain yang cukup besar setiap tahunnya. Kondisi ini

didukung dengan berlimpahnya tanaman sawit dan produksi CPO yang meningkat setiap

tahunnya. Data kapasitas produksi olein dan stearin dalam negeri menurut data BPS (2010) dapat

dilihat pada Tabel 1.


3/16

5

Tabel 1. Kapasitas produksi olein dan stearin dalam negeri

Tahun

Olein Stearin

Volume

(Ton)

Pertumbuhan

(%)

Volume

(Ton)

Pertumbuhan

(%)

2005 45.268 1.173.033

2006 3.528.583 7.695 1.386.438 18

2007 3.692.092 5 936.135 -32

2008 3.831.411 4 1,121,388 20

2009 4.107.638 7 1.554304 39

Sumber : BPS (2010)

Setiap tahunnya, produksi olein dan stearin meningkat yang didukung oleh

penguasaan terhadap teknologi pemurnian minyak sawit. Tahap pemurnian ini sebenarnya tahap

awal dalam pengolahan minyak sawit karena pada dasarnya minyak sawit mampu diturunkan

menjadi berbagai produk lanjutan dengan nilai tambah lebih.

2.1.2 Komponen Olein

Olein sawit merupakan trigliserida yang pada dasarnya merupakan triester dari

gliserol dan tiga asam lemak. Seperti sebagian besar minyak nabati dan lemak hewan lainnya,

komponen utama dari olein adalah trigliserida atau disebut juga triasigliserol (triacyglycerol)

(Knothe et al. 2004). Selain trigliserida, dalam olein juga terdapat komponen yang merupakan

hasil hidrolisis trigliserida yaitu monogliserida (memiliki satu asam lemak), digliserida (memiliki

dua rantai asam lemak), dan free fatty acid (asam lemak bebas yang tidak terikat dalam ester

gliserol). Setiap molekut trigliserida ini tersusun dari berbagai jenis asam lemak dengan panjang

rantai yang berbeda-beda (Mittelbach dan Remschmidt 2006). Gambar 2 merupakan contoh

molekul trigliserida dengan 3 asam lemak oleat.

Gambar 2. Contoh struktur molekul trigliserida

(a) Gugus gliserol

(b) Gugus asam lemak

Panjang rantai dan letak ikatan rangkap menentukan sifat fisik baik asam lemak

maupun trigliserida itu sendiri. Distribusi asam lemak jenuh (ikatan tunggal) dan asam lemak

tidak jenuh (ikatan rangkap) dalam gliserol dalam minyak nabati tidak terjadi secara acak, namun

ditentukan oleh enzim lipase selama proses biosintesis pada jaringan tanaman sawit (Mittelbach

dan Remschmidt 2006).

O

H2COC(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3(asam oleat)

CHOC(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3(asam oleat)

OH2COC(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3(asam oleat)

O

(b)(a)


4/16

6

Setiap asam lemak memiliki sifat spesifik meski memiliki jumlah karbon yang sama.

Ada tidaknya ikatan rangkap sangat berpengaruh terhadap sifat asam lemak tersebut. Gambar 3

adalah beberapa molekul asam lemak penyusun trigliserida minyak (Cole dan Thomson 2001).

(a) (b) (c)

Gambar 3. Molekul asam lemak(a) Asam stearat C

(b) Asam oleat C

18:0

(c) Asam linoleat C

18:1

Ketiga asam lemak diatas memiliki jumlah atom karbon yang sama yaitu 18 atom. Hal

yang membedakan adalah ketidakjenuhan dilihat dari ada tidaknya ikatan rangkap. Asam stearat

tidak memiliki ikatan rangkap dan disebut sebagai molekul asam lemak jenuh. Berbeda dengan

asam lemak stearat, asam lemak oleat memiliki 1 ikatan rangkap cis dan asam linoleat memiliki 2

ikatan rangkap cis. Ikatan ini mempengaruhi struktur dan titik beku. Ketaren (1996),

menyebutkan bahwa panjang rantai dan kejenuhan molekul minyak dan lemak mempengaruhi

sifat fisiko kimia secara keseluruhan meliputi densitas, bilangan iod, bilangan penyabunan,bilangan asam, titik didih, titik nyala, titik beku, dan sifat yang lainnya.

18:2

Kandungan asam lemak berbeda-beda pada setiap jenis minyak. Komposisi asam

lemak akan mempengaruhi sifat fisiko kimia minyak dan dapat menentukan penggunaan minyak

tersebut secara spesifik. Tabel 2 menunjukan komposisi asam lemak yang terdapat dalam

beberapa jenis produk minyak sawit.

Tabel 2. Komposisi asam lemak produk minyak sawit

Asam LemakJenis Bahan

CPO PKOa

Olein Stearinc

PFADc

Laurat (C12:0

< 1,2) 40 52 0,1 0,5 0,1 0,6 0,1 0,3

Miristat (C14:0 0,5 5,9) 14 18 0,9 1,4 1,1 1,9 0,9 1,5

Palmitat (C16:0 32 59) 7 9 37,9 41,7 47,2 73,8 42,9 51,0

Palmitoleat (C16:1 < 0,6) 0,1 1 0,1 0,4 0,05 0,2 -

Stearat (C18:0 1,5 8) 1 3 4,0 4,8 4,4 5,6 4,1 4,9

Oleat (C18:1 27 52) 11 19 40,7 43,9 15,6 37,0 32,8-39,8

Linoleat (C18:2 5 14) 0,5 2 10,4 13,4 3,2 9,8 8,6-11,3

Linolenat (C18:3 < 1,5) 0,1 0,6 0,1 0,6

Arakidat (C20:0 ) 0,2 0,5 0,1 0,6

Sumber : a)Godin dan Spensley (1971) dalamSalunkhe et al.(1992)b) Swern (1979)

c)

Basiron (1996)d)Hui (1996)

1 ikatan

rangkap cis2 ikatan

rangkap cis


5/16

7

2.2 METIL ESTER

Metil ester atau umum dikenal sebagai biodiesel merupakan salah satu produk bahan

bakar alternatif. Biodiesel dapat dihasilkan dari berbagai jenis minyak nabati seperti minyak

sawit, minyak kelapa, minyak jarak, minyak kedelai dan minyak nabati lainnya. Berdasarkanmolekul penyusunnya, biodiesel sering juga disebut sebagai FAME (fatty acid metil ester).

Biodiesel memiliki beberapa aspek keunggulan jika dibandingan dengan petrodieselatau bahan

bakar solar. Keunggulan tersebut adalah sebagai berikut:

1. Mampu dihasilkan dari sumber daya lokal yang dapat diperbaharui sehingga dapatmengurangi ketergantungan dan tetap menghemat penggunaan solar.

2. Memiliki sifat dapat terdegradasi.3. Mengurangi emisi gas buang (selain gas nitrogen oksida, NOx4. Memiliki angka titik nyala yang tinggi sehingga lebih aman dalam penanganan dan

penyimpanan.

)

Bahan bakar berupa metil ester digunakan untuk mesin diesel dengan sistem kerjayang disebut compression-ignition engine. Pada sistem diesel ini, hanya udara yang masuk dalam

ruang silinder saat kondisi intake. Selanjutnya udara dikompresi yang mengakibatkan besarnya

tekanan dan tingginya suhu dalam ruang silinder. Pada saat itu juga diinjeksikan bahan bakar

yang langsung terurai menjadi kabut. Pada kondisi ini, campuran udara dan bahan bakar

menyebabkan pembakaran dalam ruang bakar karena suhu dan tekan yang tinggi. Proses ini

disebutself-ignitionatau autoignition(Gerpen et al. 1996).

Keunggulan-keunggulan tersebut mendukung penggunaan biodiesel sebagai pengganti

bahan bakar solar. Selain itu, alasan utama penggunaan biodiesel ini karena memiliki angka

viskositas kinematik yang mendekati angka viskositas kinematik bahan bakar solar (Knothe et al.

2004). Menurut data dari Asosiasi Produsen Biofuel Indonesia, kapasitas produksi biodieselnasional meningkat setiap tahunnya seperti yang terlihat dalam Tabel 3.

Tabel 3. Kapasitas produksi biodiesel nasional

No TahunKapasitas Produksi Industri Biodiesel

(juta kiloliter/tahun)

1. 2008 1,8

2. 2009 2,9

3. 2010 3,9

4. 2011* 4,4

* Perkiraan

Sumber : APROBI (2011)

2.2.1 Komponen Metil Ester

Metil ester yang menyusun biodiesel terdiri atas beragam panjang rantai karbon atau

umum dikenal sebagai fatty acid methyl ester. Kandungan FAME menggambarkan komposisi

FAME dalam biodiesel yang merupakan hasil dari konversi asam lemak dalam bahan baku.

Biodiesel dengan kandungan metil ester jenuh yang lebih banyak akan berbeda biodiesel yang

tidak jenuh. Sifat ini yang menjadi dasar untuk dilakukan pemisahan FAME agar mendapatkan

biodiesel dengan kemurnian rantai tertentu dan dapat digunakan pada aplikasi tertentu secara

maksimal. Tabel 4 berikut menunjukan perbedaan sifat FAME yang telah dimurnikan.


6/16

8

Tabel 4. Angka setana, viskositas kinematik, energi pembakaran dan titik beku FAME

ParameterKomponen FAME

C C14:0 C16:0 C18:0 C18:1 C18:2 18:3

Angka Setana 73,5

a)

74,3 75,7 55,0 42,2 22,7Viskositas Kinematik 40

oC(mm

2/s) 3,24

b) 4,32 5,56 4,45 3,64 3,27

Energi Pembakaran (MJ/kg) 38,3c)

39,6 40,3 38,9 38,7 39,9

Titik Beku (oC) 19

d) 30 39 -20 -35 -46

Sumber :a)Liew et al. (1992)

b)Norris dan Terry (1945)c) Drake and Spies (1935)d) Bonhorst et al. (1948)e)Wheeler dan Riemenschneirder (1939)f)Treibs (1942)

Pada Tabel 4 di atas terlihat bahwa setiap panjang rantai tertentu dari FAME akan

memiliki sifat dan menghasilkan kinerja yang berbeda. Karakteristik biodiesel menjadi parameter

kualitas mutu biodiesel. Setiap negara mempunyai standar tertentu dalam perdagangan biodiesel.

Pada umumnya, standar ini adalah bentuk penyesuaian terhadap lingkungan negara tujuan

pembeli dan menyeragamkan mutu biodiesel. Negara empat musim di Eropa mengharapkan

biodiesel dengan titik beku rendah agar tidak mengganggu kinerja mesin. Tabel 5 merupakan

standar metil ester untuk bahan bakar.

Tabel 5. Standar metil ester untuk bahan bakar

Spesifikasi SNI ASTM D6751a)

EN 14214a)

b)

Angka setana min 51 min 47 min 51

Viskositas kinematik 40 C (mm 2,3-6,0/s) 1,96,0 3,55,0

Cloud point (titik awan) maks. 18 dilaporkanStabilitas oksidasi pada 110 C(jam); Rancimat test

min 3 min 6

Sumber : a) SNI 04-7182-2006 (BSN 2006)b)

Knothe (2008)

2.2.2 Sifat Umum Metil Ester

Metil ester banyak digunakan sebagai bahan bakar pengganti untuk petrodieselatau

bahan bakar solar. Setiap sumber minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku biodiesel

akan menghasilkan biodiesel dengan sifat yang spesifik. Hal ini diakibatkan karena kandungan

asam lemak yang beragam dalam setiap sumber minyak nabati. Oleh karenanya, dalam

perdagangan biodiesel dunia ditetapkan standar sifat biodiesel yang dilihat dari parameter

tertentu. Berikut adalah beberapa parameter yang digunakan dalam standar biodiesel.

2.2.2.1 Densitas

Densitas merupakan salah satu sifat fisik biodiesel yang menunjukkan perbandingan

berat biodiesel dalam volume tertentu. Densitas ini biasanya dinyatakan dalam kg/m3atau g/cm

3.

Pada umumnya suhu yang digunakan untuk pengukuran densitas ini adalah 25oC. Namun, untuk

lemak atau bahan dengan titik cair yang tinggi dapat pula digunakan suhu 40oC atau 60

o

Pada umumnya biodiesel memiliki nilai densitas yang lebih besar dibandingkan solar.

Standar untuk densitas FAME adalah (860900 kg/m

C

(Ketaren 1996).

3pada 15

oC). Sedangkan standar densitas


7/16

9

solar Eropa EN 590 yaitu (820845 kg/m3 pada 15

o

Tabel 6. Nilai densitas FAME

C). Perbedaan ini berakibat pada nilai

pemanasan dan konsumsi bahan bakar dalam ruang bakar yang volumetrik. Nilai dari densitas

FAME sangat ditentukan pula oleh kemurnian komponen metil ester tertentu dalam biodiesel

(Gerpen 1996). Di sisi lain, densitas meningkat dengan panjangnya rantai dan banyaknya ikatan

rangkap (Worgetter et al. 1998). Tabel 6 menjelaskan densitas komponan FAME dengan panjangrantai tertentu.

No Komponen FAME Suhu Pengukuran (o

Density (kg/mC)3)

1. Metil ester laurat (C12:0 15) 873a

2. Metil ester miristat (C14:0 20) 867

3.

b)

Metil ester palmitat (C16:0 20) 884

4.

c)

Metil ester stearat (C18:0 38) 852

5.

d)

Metil ester oleat (C18:1 20) 874

6.

e

Metil ester linoleat (C18:2 15) 894

7. Metil ester linolenat (C18:3 15) 904

Sumber :

f)a)Liew et al. (1992)

b)Norris dan Terry (1945)c) Drake and Spies (1935)d) Bonhorst et al. (1948)e)Wheeler dan Riemenschneirder (1939)f)Treibs (1942)

2.2.2.2 Bilangan Iod

Angka iod menunjukan ukuran total material tidak jenuh dalam biodiesel meliputi

material mono-, di-, tri-, danpolyunsaturated.Dalam standar Eropa, nilai ini digambarkan dengan

banyaknya gram iod yang digunakan untuk menjenuhkan 100 gram sampel. Menurut Mittelbachdan Remschmidt (2006), bilangan iod untuk biodiesel standar Eropa dibatasi pada angka 120(gram I2

2.2.2.3 Bilangan Penyabunan

/100 gram). Tingginya nilai ketidakjenuhan material biodiesel berdampak pada

penurunan stabilitas oksidasi. Terlalu banyak ikatan tidak jenuh dalam biodiesel juga berpengaruh

negatif pada operasi kerja mesin (Schafer et al. 1998). Nilai iod berkorelasi dengan viskositas

dan cetane number (angka setana) dimana jika terjadi penurunan angka viskositas dan angka

setana maka terjadi peningkatan nilai ketidakjenuhan atau tingginya nilai bilangan iod (Worgetter

et al.1998)

Bilangan penyabunan menjaadi parameter untuk melihat banyaknya material yang

mampu dikonversi menjadi sabun. Bilangan penyabunan ini menggambarkan jumlah milligram

KOH yang diperlukan untuk menyabunkan 1 gram material minyak atau biodiesel. Dalam

pengujian penyabunan, material lemak atau biodiesel akan bereaksi dengan larutan KOH dalam

alkohol yang mampu membentuk sabun kalium. Bilangan penyabunan ini biasanya dipengaruhi

oleh berat molekul bahan. Contoh uji penyabunan yang memiliki berat molekul lebih rendah akan

memiliki nilai penyabunan yang tinggi (Ketaren 1996).

2.2.2.4 Nilai Asam

Nilai asam atau angka netralisasi menunjukan ukuran keasaman dan benyaknya asam

lemak bebas dalam material minyak dan biodiesel. Nilai ini menggambarkan KOH yang

dibutuhkan untuk menetralkan 1 gram FAME. Nilai asam biodiesel dipengaruhi oleh banyak


8/16

10

faktor. Faktor nyata yang berpengaruh terhadap nilai asam adalah bahan baku (feedstock) yang

digunakan untuk pembuatan biodiesel. Faktor lain yang berpengaruh adalah penggunaan katalis

selama proses produksi yang sangat reaktif terhadap pembentukan asam lemak bebas. Nilai asam

biodiesel terbagi menjadi beberapa parameter yaitu kadar FFA dan nilai bilangan asam. Nilai ini

dapat dihitung dalam satu pengujian sekaligus (Cvengros 1998).

2.2.3 Teknologi Produksi Biodiesel

Metil Ester (biodiesel) dapat dihasilkan dengan beberapa teknik, baik menggunakan

konversi enzimatik maupun proses kimiawi. Pada proses biologi digunakan enzim lipase untuk

menghasilkan biodiesel. Produksi biodiesel dengan enzim lipase disebut sebagai lipase-catalyzed

transesterification (Mittelbach 1990). Secara kimiawi, produksi biodiesel bisa dilakukan dengan

esterifikasi-transesterifikasi kimiawi (dua tahap) dan poses transesterifikasi langsung (satu tahap).

Proses dua tahap dilakukan untuk minyak nabati dengan kadar FFA tinggi. Sementara itu, tahap

transesterifikasi langsung digunakan jika kandungan FFA kurang dari 2% (Nimcevic et al. 2000).

Transformasi kimia trigliserida menjadi biodiesel melibatkan transesterifikasi spesies

gliserida dengan alkohol membentuk alkil ester. Transesterifikasi berfungsi untuk menggantikan

gugus alkohol gliserol dengan alkohol sederhana seperti metanol atau etanol dan menggunakan

katalis seperti sodium metilat, NaOH atau KOH. Penggunaan metanol banyak dipilih karena

harganya yang lebih murah (Lotero et al. 2004;Meher et al. 2005).

Pada produksi biodiesel dengan bacthing system, reaksi transesterifikasi mampu

mengkonversi minyak hingga 80 94% dalam waktu 30120 menit. Noureddini et al. (1998)memperoleh hasil 98% biodiesel dalam dengan waktu proses 1 jam. Meher et al.( 2004)

menyebutkan bahwa proses transesterifikasi dipengaruhi oleh berbagai faktor tergantung kondisi

reaksinya. Beberapa faktor penentu tersebut adalah kandungan asam lemak bebas dan kadar airminyak, jenis katalis dan konsentrasinya, perbandingan molar antara alkohol dengan minyak dan

jenis alkoholnya, suhu dan lamanya reaksi, intensitas pencampuran dan penggunaan cosolvent

organik. Berikut skema diagram produksi biodiesel menurut Mittelbach dan Koncar (1994).

Gambar 4. Skemaplantproduksi biodiesel

Unit produksi biodiesel ini mampu menghasilkan biodiesel secara efisien karena

mampu memanfaatkan kembali bahan yang berlebih dalam proses. Selain itu, unit ini mampu

memanfaatkan produk samping proses untuk bahan penyubur atau pupuk.

Trans-Esterifikasi 1

Trans-Esterifikasi 2

Pengambilan

Metanol

Neutralisasi,Dekomposisi

Sabun

Pengambilan

Metanol

Esterifikasi

Metil ester

kasar

PemisahanPadatan

Gliserol

H2SO4

H3PO4

Pencampuran

Minyak

KOH CH3OH

Gliserol

kasar

Pupuk

Pengambilan

FFA


9/16

11

2.2.3 Mekanisme Proses Transesterifikasi

Pada proses traneseterifikasi, satu mol trigliserida bereaksi dengan tiga mol metanol

yang akan menghasilkan 1 mol gliserol dan 3 mol FAME. Proses ini berjalan secara reversible

dimana molekul trigliserida dikonvesi menjadi digliserida, monogliserida dan gliserol sertaterbentuk tiga metil ester. Tahapan tranesterifikasi adalah sebagai berikut:

1. Pemutusan rantai asam lemak R12. Pemutusan rantai asam lemak R

dan membentuk satu molekul metil ester

2

3. Pemutusan rantai asam lemak Rdan membentuk dua molekul metil ester

3

Pada pada produksi biodiesel, biasanya metanol ditambahkan secara berlebih agar

kinetika reaksi berjalan lebih cepat menuju titik keimbangan. Saat reaksi berjalan, penurunan

jumlah trigliseriga akan diimbangi dengan peningkatan jumlah metil ester yang terbentuk

(Bradshaw 1941). Prinsip reaksi kimia dalam proses transesterifikasi terlihat pada Gambar 5,

Gambar 6, dan Gambar 7 berikut.

dan membentuk tiga molekul metil ester

Gambar 5. Pemutusan rantai R1

(Knothe 2008)

dan membentuk satu molekul metil ester

Gambar 6. Pemutusan dan pengantian gugus R2

Gambar 5. Pemutusan dan pengantian gugus R

asam lemak

3

asam lemak


(Knothe 2008)

dan membentuk dua molekul metil ester


10/16

12


(Knothe 2008)

dan membentuk tiga molekul metil ester dan gliserol

2.3 TEKNOLOGI FRAKSINASI

Teknologi fraksinasi merupakan salah satu teknik dalam pemisahan komponen

melalui perbedaan titik didih. Teknologi Fraksinasi juga umum dikenal dengan istilah distilasi.

Distilasi pada suhu rendah memiliki keuntungan yaitu mencegah pembentukan produk polimer,

mencegah kerusakan produk, menghasilkan rendemen yang tinggi, menghasilkan produk dengan

kemurnian yang tinggi dan dapat diaplikasikan pada kapasitas yang besar (Lee et al. 2004).

Tujuan utama dari proses fraksinasi adalah mendapatkan suatu kompenen dengan sifat

tertentu yang diinginkan. Biodiesel memiliki beragam kandungan FAME yang merupakan hasil

konversi dari sumber minyak yang digunakan. Oleh karenanya perlu dilakukan pemisahan fraksi

metil ester karena setiap panjang rantai metil ester memiliki sifat yang berbeda. Pemisahan utama

pada proses fraksinasi adalah memisahkan komponen jenuh dan tidak jenuh. Selain itu juga

diharapkan mampu memproduksi biodiesel dengan titik awan (cloud point) yang rendah agar tidak

mengganggu kinerja mesin untuk aplikasi di negara empat musim. Proses distilasi biodiesel secara

umum memiliki beberapa manfaat diantaranya untuk:

1. Menciptakan produk yang memiliki komponen homogen2. Memenuhi perbedaan kebutuhan pasar terhadap produk biodiesel dengan kemurnian tertentu3. Mengurangi kandungan kontaminan dalam biodiesel teruma komponen sulfur4. Memenuhi standar ASTM (SRS Engineering 2011).

Pemisahan fraksi metil ester dapat dilakukan dengan teknik fraksinasi sehingga

menghasilkan kemurnian komponen metil ester dengan panjang rantai karbon tertentu. Proses

fraksinasi harus memperhatikan beberapa faktor seperti kondisi tekanan udara, suhu proses dan

waktu kontak dengan panas. Desain alat distilasi harus memungkinkan kondisi vakum dimana

tidak terdapat udara dalam sistem, waktu kontak yang sangat singkat, memiliki sirkulasi yang

efektif untuk mencapai efektifitas pindah masa antara uap dan kondensat, serta penggunaan steam

yang ekonomis (Gervajio 2005).

Lee et al. (2004) menyebutkan bahwa alat fraksinasi ada yang memiliki beberapa

kolom. Unit fraksinasi tersebut diantaranya ada yang memiliki dua kolom, unit fraksinasi satu

kolom dengan dinding terpisah, dan unit fraksinasi satu kolom dilengkapi dengan bilah-bilah. Unit

fraksinasi dengan bilah-bilah ini memiliki keistimewaan karena sangat ideal apabila digunakan

untuk meningkatkan kapasitas produksi, sangat efisien, dan biaya perawatannya relatif rendah.


11/16

13

Badget dan Lurgi mengembangkan dua peralatan distilasi yang paling banyak

digunakan di industri. Peralatan ini mampu memisahkan asam lemak dalam kondisi tekanan

vakum yang maksimal yaitu 1,2 kPa dan suhu 200o

Proses fraksinasi akan menghasilkan beberapa produk sesuai dengan pengaturan suhu

alat fraksinasi. Unit fraksinasi minimal mampu menghasilkan dua jenis produk yaitu biodiesel

hasil dan biodiesel sisa. Biodisel sisa fraksinasi merupakan material yang tersisa dalam reaktor

distilasi dan pada umumnya memiliki titik didih yang lebih tinggi. Warna produk ini adalah

kecokelatan karena pengaruh pemanasan dalam suhu yang tinggi dan waktu proses yang lama.

Sementara biodiesel hasil merupakan material yang terdistilasi atau menguap pada pengaturan

suhu dalam reaktor. Material ini memiliki titik didih yang sesuai yang lebih rendah dan merupakan

molekul dengan bobot ringan. Biodiesel hasil berwarna jernih dan memiliki kemurnian yang tinggi(SRS Engineering 2011). Gambar 8 berikut adalah biodiesal fraksinasi SRS Corporation, sebuah

perusahaan engineeringUSA.

C. Asam lemak dari hasil distilasi alat ini

berwarna putih dan bebas dari pengotor. Komponen dasar penyusun unit fraksinasi ini antara lain

terdiri atas daerator, pemanas, kolom fraksinasi, sistem pendingin, dan sumber vakum. Peralatandistilasi Lurgi memiliki tingkat efisiensi yang paling tinggi, waktu muat yang fleksibel, memiliki

sistem pendingin yang baik, dan dapat digunakan dalam jangka waktu yang lama (Gervajio 2005).

(a) (b)

Gambar 8. Metil ester fraksinasi

(a) Biodiesel sisa

(b) Biodiesel hasil

2.4 FRACTIONAL DISTI LL ATION SYSTEM

Sistem pendistilasi fraksi atau fractional distilation systemmerupakan fasilitas untuk

mendukung teknologi fraksinasi dalam memurnikan suatu senyawa tertentu. Beberapa perusahaan

telah mengembangkan sistem ini. Terdapat beberapa perusahaan yang mengembangkan sistem ini

diantaranya Lurgi (Jerman), SRS Engineering Corporation (USA), dan Pope Scientific Inc

(USA). Setiap desain sistem fraksinasi dari perusahaan tersebut memiliki kelebihan dan

kekurangannya masing-masing.

Sistem fraksinasi yang dikembangkan Lurgi memiliki beberapa kelebihan. Berikut

adalah kelebihan dari sitem fraksinasi yang dikembangkan.

1. Memiliki dampak termal terhadap produk yang kecil sehingga menjaga kualitas2. Desain alat mempu menghasilkan produk dengan kualitas yang baik3. Mampu mengoptimalkan recoveryenergi atau panas dari alat fraksinasi tersebut4. Memiliki beberapa kolom sehingga mampu menghasilkan lebih dari dua fraksi5. Menggunakanpacking columnyang efisien dan tingkat penurunan teakanan yang kecil.


12/16

14

Unit sistem fraksinasi Lurgi mampu mendistilasi berbagai komponen seperti fatty acid

methyl ester, fatty acid, fatty alcohol, dan produk organik lainnya yang hanya dapat dipisahkan

melalui perbedaan titik didih rantai karbonnya. Hasil proses distilasi ini merupakan komponen

tunggal dari produk awal yang merupakan campuran berbagai komponen. Pada uji coba dalam

pemisahan komponen asam lemak laurat (C12

) dari minyak inti sawit, alat fraksinasi ini mampumenghasilkan tingkat kemurnian 99,5%. Unit fraksinasi Lurgi memiliki beberapa kolom, produk

hasil frakisinasi pada kolom pertama akan keluar dari bagian atas kolom (fraksi 1). Sementara

produk yang keluar dari bagian bawah kolom dimasukan kembali sebagai umpan untuk kolom

kedua. Keluaran produk hasil fraksinasi dari bagian atas kolom kedua disebut fraksi 2 (Lurgi

2010). Secara detail skema unit fraksinasi Lurgi dapat dilihat pada Gambar 9 berikut.

Gambar 9. Skema unit fraksinasi Lurgi

SRSEngineering Corpmengembangan berbagai teknologi dalam meningkatkan nilai

tambah biodiesel. Salah satu peningkatan nilai tambah yang dimiliki adalah SRS alat distilasi

untuk memurnikan produk biodiesel. Unit ini mampu memisahkan komponen biodiesel menjadi

fraksi biodiesel hasil dan biodiesel sisa. Produk distilasi ini memiliki keunggulan dalam

menjawab kekurangan biodiesel dengan suhu cloud point yang rendah sehingga dapat

diaplikasikan di negara bermusim dingin (SRS Engineering 2011).

Pope Scienticif Inctelah mengembangkan alat fraksinasi yang diberi nama fractional

column distillation. Terdapat dua sistem distilasi yang dikembangkan yaitu continouosmodedan

batch mode. Unit fraksinasi ini didesain dengan ukuran menengah untuk memfasilitasi

penggunaan berkapasitas sedang dan mengatasi perbedaan kapasitas penggunaan di laboratorium

dan di industri. Kapasitas alat fraksinasi ini adalah antara 1-100 gallons/jam dan sangat cocok

untuk digunakan di skala menengah. Alat fraksinasi ini digunakan dalam pemisahan bahan kimia,

penggunaan untuk farmasi, makanan, kosmetik dan penggunaan yang lainnya. Material yang

digunakan adalah stainless steel316 L, menggunakan packing columnPro Park, dan memiliki

diameter kolom 2-12 inchi. Berikut adalah gambar dua tipe alat fraksinasi yang dikembangkan

oleh Pope Scientific Inc(Pope Scientific 2005).


13/16

15

(a) (b)

Gambar 10.Fractional column distillation

(a) Continouos mode

(b)Bacth mode

Kedua tipe alat fraksinasi Pope Scientificmemiliki beberapa komponen penting untuk

mendukung kinerja proses fraksinasi yang baik. Beberapa komponen tersebut dijelaskan sebagai

berikut.

2.4.1 Boi l ing Vessel

Boiling vesselmerupakan unit penampung material atau bahan yang akan difraksinasi.

Unit ini dilengkapi dengan kran masuk dan keluaran bahan. Selain itu, dilengkapi juga dengan

gelas transparan untuk mengetahui ketinggian bahan, dilengkapi dengan sensor untuk mengetahui

temperature, dan dilengkapi dengan pengukur tekanan. Spesifikasi detail Pope boiling vessel

adalah sebagai berikut:

1. Boiling vesselterbuat dari material kuatstainless steel316 L2. Memiliki ukuran volume 9200 gallon (diameter 936 inchi)3. Desain sederhana dengan 4 kaki penyangga4. Terdapat sambungan penghubung kolom (flangeANSI ukuran 150 lb)

Gambar 11 merupakan boiling vessel yang dikembangkan oleh Pope untuk distilasi

fraksi. Unit ini memiliki empat kaki penyangga dan berbentuk tabung silinder serta memiliki kran

untuk pembuangan.

Gambar 11.Boiling vessel


14/16

16

2.4.2 Packing Column

Saat ini banyak terdapat di pasar berbagai jenis packing column. Pope memiliki

berbagai jenispacking yang dipakai untuk alat fraksinasi. Jenis-jenispackingtersebut diantaranya

adalah tipesadles, ring, dan knitted packing. Standarpacking yang direkomendasikan adalah ProPark

yang disusun acak. Spesifikasi detailpacking Pro Park

1. Packingterbuat dari materialstainless steel316adalah sebagai berikut:

2. Memiliki ukuran 0,24 x 0,24 inchi dan ketebalan lembaran 0,003 inchi serta terdapat lubangyang menonjol 1,024 per inchi

3. Densitas untuk 290.000 unitpackingadalah 21 lb/ ft2

4. Berbentuk setengah silinder dan melengkung3

5. Packing ini memperkecil terjadinya penurunan tekanan dalam distilasi vakum6. Efisiensipackingmeningkat seiring peningkatan vakum.

Gambar 12 merupakan kolom fraksinasi dengan variasi packingyang dikembangkan

oleh Pope Scientific Inc.

Gambar 12.Packing column

2.4.3 Condensor

Kondensor merupakan unit pendingin untuk merubah fase material yang sudah

teruapkan. Pada kondensor terjadi pindah panas antara fase uap bahan yang memiliki suhu tinggi

dengan air pendingin dengan suhu rendah. Berikut adalah spesifikasi kondensor Pope Scientific:

1. Unit kondensor terbuat dari materialstainless steel3162. Gulungan pipa dapat dilepaskan untuk keperluan pembersihan dan perbaikan3. Efisiensi tinggi dengan desain 2-4 jalur tabung berbentuk U4. Desain khusus dengan kekuatan tekanan 150 psi5. Dihubungkan denganflange column150 lb ANSI dan terdapat vantuntuk vakum6. Luas area kondensor optimal dengan tingkat penurunan tekanan yang kecil

Gambar 13 merupakan penampakan tipe kondensor Pope Scientific Inc sebagai unit

pengubah fase material.


15/16

17

Gambar 13. Tampilan kondensor

2.4.4 Refl ux Section

Reflux section berfungsi untuk mengatur distribusi material agar kembali masuk

menuju columndan boiling vessel. Refluk bermanfaat untuk menjaga kemurnian produk. Unit ini

memiliki 3 kran ekternal, terbuat dari material stainless steeldan teflonyang tahan panas. Unit

refluk langsung dikendalikan oleh sistem kontrol. Unit refluk terlihat pada Gambar 14.

(a) (b)

Gambar 14.Reflux section

(a) Ilustrasi refluk(b) Unit refluk

2.4.5 L iquid Pump

Pompa yang digunakan pada alat fraksinansi Pope adalah untuk memompa hasil

distilasi. Pompa yang dianjurkan untuk alat fraksinasi adalah gear pump. Pompa dihubungkan

dengan sistem kontrol untuk memudahkan penggunaannya. Pada aliran pompa dipasang flow

meteruntuk mengetahui laju alir.

2.4.6 Receiver Vessel

Unit receiver vessel digunakan untuk menampung produk hasil distilasi. Tangki ini

terbuat dari material stainless steel 316 L.Tangki Pope Scientific telah tersertifikasi oleh ASMI

untuk kondisi vakum sampai dengan 100 psi dan 400 F (standar volume 27,4 gallon). Tangki

dilengkapi kran untuk pengeluaran produk.

2.4.7 Control System

Sistem kontrol digunakan untuk mengatur kinerja alat agar proses distilasi berjalan

dengan baik. Pada umumnya digunakan PLC untuk menjalankan alat fraksinasi. Pada alat

fraksinasi tipe bacth, digunakan mikroprosesor Model 300 Bacth Distillation Controller. Sistem

kontrol ini mampu menjaga proses distilasi dari awal sampai akhir proses.


16/16

18

2.5 METIL ESTER PALMITAT (C16

Perbedaan panjang rantai karbon metil ester dan ada tidaknya ikatan rangkap dalam

metil ester berpengaruh pada penggunaan metil ester. Pengelompokan metil ester secara umum

terbagi menjadi dua yaitu metil ester jenuh dan metil ester tidak jenuh. Metil ester jenuh adalahmetil ester dengan ikatan tunggal. Pada biodiesel olein sawit beberapa kelompok metil ester jenuh

yaitu metil ester laurat (C

)

12:0), metil ester miristat (C14:0), metil ester palmitat (C16:0), metil ester

stearat (C18:0), dan metil ester arachidat (C20:0). Sementara itu kelompok metil ester tidak jenuh

adalah metil ester dengan ikatan rangkap yang terdiri dari metil ester palmitoleat (C16:1), metil

ester olet (C18:1), metil ester linoleat (C18:2), dan metil ester linolenat (C 18:3). Laporan dari

Laboratorium Energi Terbaharukan Colorado, kelompok metil ester jenuh dalam biodiesel (C14:0,

C16:0, C18:0)berpengaruh signifikan pada peningkatan nilai titik awan, angka setana, penurunan

emisi NOx, dan memiliki stabilitas baik sebagai bahan bakar. Sedangkan kelompok metil ester

tidak jenuh (C18:1, C18:2, C18:3) memiliki sifat menurunkan titik awan, angka setana, meningkatkan

NOx,

Demirbas (2003) menyebutkan bahwa biodiesel minyak sawit memiliki kandungan

senyawa ikatan jenuh (palmitat) dan senyawa ikatan tidak jenuh (oleat) yang tinggi. Pemisahan

dua kompenen ini dapat digunakan untuk perbaikan biodiesel dalam aplikasi yang lebih luas.

Fraksi yang dapat diperoleh dari biodiesel olein adalah fraksi metil ester palmitat dan fraksi metil

ester oleat. Pemisahan komponen metil ester melalui teknik fraksinasi membutuhkan informasi

titik didih metil ester spesifik yang ingin dipisahkan dan diupayakan agar proses fraksinasi

dilakukan dengan tekanan vakum. Tabel 7 berikut adalah karakteristik metil ester palmitat dan

metil ester oleat.

dan menurunkan stabilitas (Gerpen 2004).

Tabel 7. Karakteristik metil ester palmitat dan metil ester oleat

Nama SistematikNama Trivial

RumusMolekul

Berat Molekul(g/mol)

Titik Beku(

oTitik Didih

(C)oC)

(*

)

Hexadecanoic

Palmitat (C16:0C

)16H32O 270,462 30,5 416,5

(996)

cis-9-Octadecenoic

Oleat (C18:1C

)18H34O 296,492 -20 218,5

(27)

(*)

Sumber : Rey et al. (1993), Roth dan Kormann (200), dan Knothe (2002)

Kondisi tekanan (milibar) saat titik didih diukur

Aplikasi metil ester palmitat dan oleat sangat beragam dalam dunia industri dilihat

dari sifat kedua senyawa biodiesel tersebut. Metil ester palmitat (C 16:0) merupakan metil ester

yang baik sebagai bahan bahan baku surfaktan. Komponen ini sangat baik apabila diaplikasikan

untuk surfaktan methyl ester sulfonate(MES) melalui proses sulfonasi dengan gas SO3. Surfaktan

yang dihasilkan dari metil ester palmitat memiliki karakteristik yang baik bila dibandingkan

surfaktan sejenis lainnya. Menurut Matheson (1996), Surfaktan MES memperlihatkan

karakteristik dispersi yang baik, memberikan tingkat detergensi terbaik terutama pada air dengan

tingkat kesadahan yang tinggi dan tidak adanya fosfat, serta bersifat mudah didegradasi. Selain

sebagai bahan pencuci dan pembersih, pemanfaatan surfaktan di industri sangat luas, misalnya

sebagai bahan pembusaan dan emulsifier, digunakan di industri kosmetik, farmasi dan untuk

bahan sanitasi di industri pangan (Hui 1996).

olein dan stearin

Documents