LABORATORI LABORATORIUM UM SATUAN SATUAN PROSES PROSES SEMESTER SEMESTER GANJIL GANJIL TAHUN TAHUN AJARAN 2013 2013 / 2014
MODUL
: Pembuatan Metil Ester (Biodiesel)
PEMB PEMBIM IMBI BING NG
: Dra. Dra. Nanc Nancy y Sit Sitii Dje Djena nar, r, MS
Tanggal Praktikum
: 8 Oktober 2013
Tanggal Pengumupulan
: 22 Oktober 2013
(Laporan)
oleh : Kelompok 1
Abdussalam Topandi
121424001
Achmad Faisal
121424002
Ade Julistian
121424003
Adi Bayu Saputra
121424004 Kelas 2A-TKPB
PROGRAM PROGRAM STUDI STUDI D4 D4 TEKNIK KIMIA KIMIA PRODUKSI PRODUKSI BERSIH BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK POLITEKNIK NEGERI NEGERI BANDUNG BANDUNG 2013
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Senyawa- senyawa ester hasil esterifikasi secara komersial telah banyak diproduksi oleh industry, diantaranya adalah ester asetat dari alcohol yang digunakan sebagai pelarut dan zat aditif pada parfum. Pada industry makanan dan minuman, etil dan butyl asetat digunakan sebagai zat pemberi rasa ( flavorings ). Pada saat ini telah dikembangakan sumber energy terbarukan yang disebut Bahan Bakar Nabati (BBN). Biodiesel adalah salah satu BBN yang dibuat dari minyak nabati melalui esterifikasi, transesterifikasi atau gabungan keduanya. Minyak nabati yang mengandung asam lemak bebas ( free fatty acid ) tinggi ( > 2 % ) selain akan mengurangi perolehan biodiesel juga akan menyebabkan korosif terhadap mesin. Hal tersebut dapat dicegah dengan melakukan esterifikasi minyak terlebih dahulu yang kemudian dilanjutkan dengan transesterifikasi untuk menghasilkan biodiesel ( mittelbach, 2004 ). Berdasarkan hal tersebut maka dibuat modul pratikum yang berjudul, Esterifikasi : Pembuatan Metil Ester. Dengan demikian produk yang diperoleh dari pratikum mahasiswa ini dapat dimanfaatkan diantarnya sebagai bahan kimia/pelarut untuk pratikum lain juga produk biodiesel. Disamping itu mahasiswa akan memperoleh pengetahuan serta pemahaman praktis mengenai unit-unit proses dan operasi diantarnya refluks, ekstraksi, dan destilasi beserta tahapannya. 1.2 Tujuan
Pada pratikum ini diharapkan mahasiswa mampu : •
Membuat metil ester melalui esterifikasi
•
Mengerti bahwa laju reaksi esterifikasi dipengaruhi oleh faktor-faktor antara lain : suhu, konsentrasi, katalis dan waktu
•
Melakukan pengujian terhadap produk metil asetat sesuai dengan persyaratan mutu biodiesel Indonesia, SNI-04-7182-2006
II. DASAR TEORI 2.1 Biodiesel
Biodiesel merupakan monoalkil ester dari asam-asam lemak rantai panjang yang terkandung dalam minyak nabati atau lemak hewani untuk digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel. Biodiesel dapat diperoleh melalui reaksi transesterikasi trigliserida dan atau reaksi esterifikasi asam lemak bebas tergantung dari kualitas minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku. Transesterifikasi
adalah proses yang mereaksikan
trigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewani dengan alkohol rantai pendek seperti methanol atau etanol (pada saat ini sebagian besar produksi biodiesel menggunakan metanol) menghasilkan metil ester asam lemak (Fatty Acids Methyl Esters / FAME) atau biodiesel dan gliserol (gliserin) sebagai transeterifikasi
produk
samping.
Katalis
yang
digunakan
pada
proses
adalah basa/alkali, biasanya digunakan natrium hidroksida (NaOH) atau
kalium hidroksida (KOH). Esterifikasi adalah proses yang mereaksikan asam lemak bebas (FFA) dengan alkohol rantai pendek (metanol atau etanol) menghasilkan metil ester asam lemak (FAME) dan air. Katalis yang digunakan untuk reaksi esterifikasi adalah asam, biasanya asam sulfat (H2SO4) atau asam fosfat (H2PO4). Berdasarkan kandungan FFA dalam
minyak
nabati
maka
proses pembuatan biodiesel secara komersial dibedakan
menjadi 2 yaitu : 1.
Transesterifikasi
dengan
katalis
basa
(sebagian
besar
menggunakan
kalium hidroksida) untuk bahan baku refined oil atau minyak nabati dengan kandungan FFA rendah. 2.
Esterifikasi dengan katalis asam ( umumnya menggunakan asam sulfat) untuk
minyak nabati
dengan kandungan FFA
tinggi
dilanjutkan dengan transesterifikasi
dengan katalis basa. Proses pembuatan biodiesel dari minyak dengan kandungan FFA rendah secara keseluruhan terdiri dari reaksi transesterifikasi, pemisahan gliserol dari metil ester, pemurnian metil ester (netralisasi, pemisahan methanol, pencucian dan pengeringan/dehidrasi), pengambilan gliserol sebagai produk samping (asidulasi dan pemisahan metanol) dan pemurnian metanol tak bereaksi secara destilasi/rectification. Proses esterifikasi dengan katalis asam diperlukan jika minyak nabati mengandung FFA di atas 5%. Jika minyak berkadar FFA tinggi (>5%) langsung ditransesterifikasi dengan katalis basa maka FFA akan
bereaksi dengan katalis membentuk sabun. Terbentuknya sabun dalam jumlah yang cukup besar dapat menghambat pemisahan gliserol dari metil ester dan berakibat terbentuknya emulsi
selama
proses
pencucian.
Jadi
esterifikasi
digunakan
sebagai
proses
pendahuluan untuk mengkonversikan FFA menjadi metil ester sehingga mengurangi kadar FFA dalam minyak nabati dan selanjutnya ditransesterifikasi dengan katalis basa untuk mengkonversikan trigliserida menjadi metil ester. 2.2 Esterifikasi
Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester. Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol. Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakter asam kuat, dan karena ini, asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation asam kuat
merupakan
katalis-katalis
yang biasa
terpilih
dalam
praktek
industrial
(Soerawidjaja, 2006). Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah (misalnya paling tinggi 120° C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah stoikhiometrik) dan air produk ikutan reaksi harus disingkirkan Melalui kombinasi-kombinasi penyingkiran
air, konversi
yang tepat sempurna
dari fasa reaksi, yaitu fasa minyak.
dari kondisi-kondisi
asam-asam
lemak
reaksi
dan
ke ester metilnya
metode dapat
dituntaskan dalam waktu 1 sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester adalah : RCOOH
+
Asam Lemak
CH3OH Metanol
↔
RCOOH3 Metil Ester
+
H2O Air
Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asam lemak bebas tinggi (berangka-asam ≥ 5 mg-KOH/g). Pada tahap ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Tahap esterifikasi biasa diikuti dengan tahap transesterfikasi. Namun sebelum produk esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air dan bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu. 2.2.1
Hal-hal yang Mempengaruhi Reaksi Esterifikasi
Faktor-faktor yang berpengaruh pada reaksi esterifikasi antara lain :
a. Waktu Reaksi Semakin lama waktu reaksi maka kemungkinan kontak antar zat semakin besar sehingga akan menghasilkan konversi yang besar. Jika kesetimbangan reaksi sudah tercapai maka dengan bertambahnya waktu reaksi tidak akan menguntungkan karena tidak memperbesar hasil. b. Pengadukan Pengadukan akan menambah frekuensi tumbukan antara molekul zat pereaksi dengan zat yang bereaksi sehingga mempercepat reaksi dan reaksi terjadi sempurna. Sesuai dengan persamaan Archenius : k = A e(-Ea/RT) dimana, T = Suhu absolut ( ºC) R = Konstanta gas umum (cal/gmol ºK) E = Tenaga aktivasi (cal/gmol) A = Faktor tumbukan (t-1) k = Konstanta kecepatan reaksi (t-1) Semakin besar tumbukan maka semakin besar pula harga konstanta kecepatan reaksi. Sehingga dalam hal ini pengadukan sangat penting mengingat larutan minyak-katalismetanol merupakan larutan yang immiscible. c. Katalisator Katalisator berfungsi untuk mengurangi tenaga aktivasi pada suatu reaksi sehingga pada suhu tertentu
harga
konstanta
kecepatan
reaksi semakin
besar.
Pada
reaksi
esterifikasi yang sudah dilakukan biasanya menggunakan konsentrasi katalis antara 1 - 4 % berat sampai 10 % berat campuran pereaksi (Mc Ketta, 1978). d. Suhu Reaksi Semakin tinggi suhu yang dioperasikan maka semakin banyak konversi yang dihasilkan, hal ini sesuai dengan persamaan Archenius. Bila suhu naik maka harga k makin besar sehingga reaksi berjalan cepat dan hasil konversi makin besar. (Sumber : http://aya-snura.blogspot.com/2012/06/pembuatan-metil-ester.html?m=1)
III PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan yang digunakan
Perangkat peralatan utama yang digunakan dalam percobaan ini adalah rangkaian peralatan refluks. •
Peralatan refluks :
1. Reaktor 1 buah 2. Penangas paraffin 1 buah 3. Kondensor 1 buah 4. Thermometer 1 buah 5. Tabung CaCl2 1 buah 6. Motor pengaduk 1 buah 7. Selang silikon 75 cm, 3 buah
•
Peralatan pendukung :1. Neraca analitik 2. Viscometer 3. Refraktometer 4. Piknometer 5. hotplate 6. Gelas kimia (100 mL, 250 mL dan 1 L ) 7. Indikaotor Ph 8. Corong pisah dan Kertas Saring
•
Bahan yang digunakan :
1. Metanol 100 mL 2. Minyak Kelapa Sawit 300 mL 3. Asam Sulfat pekat p.a 3%-v/minyak 10 mL 4. Aquadest
3.2 Rancangan Percobaan
Rancangah pembuatan metal asetat mengikuti urutan kerja sebagai berikut;
Analisis Awal
Refluks Reaktan + Katalis O
t : 60’, T : 60 C
Pemisahan
Penetralan
Penguapan
Analisi Produk
3.3 Prosedur Kerja Tanbah katalis H2SO4 pekat sebanyak 3% per volum minyak 0
T = 60 C t = 60 menit
Masukkan hasil ke dalam corong pisah, tunggu sampai suhu ruang, bagian atas biodiesel dan buang bagian bawah
Analisa Minyak Kelapa Sawit yang akan dijadikan biodiesel
Masukkan minyak dan methanol dengan perbandingan 3:1 (minyak:methanol), dilakukan pengadukan Analisa secara Kualititatif
Panaskan hingga air yang terbentuk menguap
Netralkan pH dengan larutan NaOH
Biodiesel dipanaskan hingga airnya menguap
Tambah Na2SO4, lalu saring dengan kertas saring
Analisa secara Kualititatif
3.4 Tabel Data a. Data Pengamatan NO.
Bahan Kimia
Rumus
Volume
BM
Titik Didih 351 – 0 352 C
Massa Jenis 0,853 gr/ml
Viskosit as
1.
C16H32O2
300 ml
256 gr/mol
2.
Minyak Kelapa Sawit (Asam Palmitat) Metanol
CH3OH
100 ml
64,7 C
3.
Asam Sulfat
H2SO4
10 ml
4.
Natrium Hidroksida
NaOH
-
32 gr/mol 98 gr/mol 40 gr/mol
-
Reaktan.
-
Katalis.
1388 0 C
0,7918 gr/ml 1,84 gr/ml 2,301 gr/ml
-
322 gr/mol
1429 0 C
2,664 gr/ml
-
270 gr/mol
-
Untuk Netralisasi produk. Untuk menarik sisa air. Produk.
5.
Natrium Sulfat Anidrat
Na2SO4. 10H2O
-
6.
Metil Ester
C17H34O2
300 ml
0
0
290 C
b. Uji Kualitatif Biodiesel Praktikum Tanpa Na2SO4
Setelah ditambah Na2SO4
Massa Jenis (gr/ml)
0,8884
0,8736
Viskositas (cSt)
2,5
2,9
Keterangan Reaktan (Pereaksi Pembatas).
IV. KESELAMATAN KERJA
1. Mengingat bahaya serta sifat bahan yang digunakan, maka untuk keselamatan kerja perlu diperhatikan hal hal tersebut dibawah ini. 2. Asam Sulfat pekat bersifat korosif akan menyebabkan iritasi. Jika mengani kulit dapat menyebabkan luka. Uap asam tersebut bila terhirup akan menyulitkan pernapasan sehingga harus disimpan di dalam lemari asam. 3. Dalam percobaan ini pratikan wajib mengenakan jas lab. Sarung tangan, masker dan kaca mata pelindung. Diusahakan jangan sampai terhirup bahan kimia tersebut di atas. 4. Bila terkena bahan-bahan kimia diatas, harus segera dicuci dengan air bersih. 5. Esterifikasi sebaiknya dilakukan di lemari asam.
V. PENGOLAHAN DATA Vol Minyak (Asam Palmitat) = 300 mL
n Metanol =
,
=
= 0,9996 mol
Vol Metanol = 100 mL
n Asam Asetat
=
=
,
= 2,4744 mol
C16H32O2
+ CH3OH
M
0,9996
2,4744
B
0,9996
0,9996
S
-
C15H31COOCH3
+ H2O
0,9996
0,9996
1,4748
0,9996
0,9996
Massa Metil Ester yang terbentuk = mol x Mr = 0,9996 x 270 = 269,8920 gram
Jumlah metil ester yang terbentuk secara teoritis =
=
269,8920
,
= 303,7956 ml Perbandingan Hasil Praktikum dengan Literatur Praktikum Tanpa Na2SO4
Literatur (SNI-
Setelah ditambah
04-7182-2006)
Na2SO4 Massa Jenis (gr/ml)
0,8884
0,8736
0,85 – 0,89 (gr/ml)
Viskositas (cSt)
2,5
2,9
2,3 – 6,0 (cSt)
VI. PEMBAHASAN
Pada Praktikum kali ini, dilakukan percobaan Pembuatan Senyawa Ester melalui Esterifikasi. Yaitu dengan cara mereaksikan Alkohol dan Asam Karboksilat atau senyawa turunan dari Asam Karboksilat. Senyawa Ester yang dibuat dalam percobaan ini adalah Metil Ester (Biodiesel). Alkohol yang digunakan adalah Metanol, sedangkan Asam Karboksilat yang digunakan adalah Asam Palmitat (Asam Lemak bebas) yang berasal dari Minyak kelapa sawit. Kandungan Asam Palmitat dalam Minyak kelapa sawit merupakan Asam lemak jenuh terbanyak yaitu sekitar 40-46 %. Tabel 1. Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit dan Minyak Inti
Kelapa Sawit (Sumber : Kataren, 1986) Asam Lemak Asam Kaprilat Asam Kaproat Asam Laurat Asam Miristat Asam Palmitat Asam Stearat Asam Oleat Asam Linoleat
Minyak Kelapa Sawit (%) 1,1 – 2,5 40 – 46 3,6 – 4,7 39 – 45 7 – 11
Minyak Inti Sawit (%) 3 – 4 3 -7 46- 52 14 – 17 6,5- 9 1- 2,5 13-19 0,5-2
Pada percobaan ini, diasumsikan Minyak kelapa sawit yang bereaksi adalah Asam Palmitat seluruhnya. Reaksi esterifikasi ini terjadi dengan perbandingan volume Minyak Kelapa sawit (Asam Palmitat) dan Metanol yaitu 3:1. Dengan Asam Palmitat berperan sebagai pereaksi pembatas. Reaksi organik pada umumnya adalah reaksi yang lambat, maka dari itu harus ditambah katalis pada prosesnya. Pada percobaan ini, katalis yang digunakan adalah H 2SO4 pekat. Penambahan H 2SO4 ini dilakukan secara perlahan tetes demi tetes. Karena H 2SO4 bersifat eksoterm, sehingga dapat menyebabkan asap bahkan ledakan. Proses esterifikasi dalam praktikum ini dilakukan dalam 3 tahap : 1. Refluks Proses pertama dilakukan dengan proses refluks yakni proses dimana terjadinya reaksi antara
asam palmitat dan metanol. Refluks merupakan metode pemanasan yang tidak
mengurangi massa dan energi dari sistem reaktor. Hal ini terjadi karena uap hasil pemanasan mengalami pendinginan di kondensor sehingga terkondensasi kembali menjadi cairan dan
masuk kembali ke reaktor. Supaya, larutan dalam reaktor homogen, maka dilakukan o
pengadukan secara konstan. Agar reaksi berjalan dengan baik. Pada awalnya suhu diset 60 C. Proses Refluks ini dihentikan ketika suhu telah mencapai suhu maksimum. Pada percobaan o
ini suhu maksimumnya adalah sekitar 68 C. Proses pengadukan dalam reaktor berlangsung selama 60 menit.
2. Ekstraksi/Pemisahan Selanjutnya, larutan hasil dari refluks tersebut dimasukkan kedalam corong pisah, untuk dipisahkan dari air yang terbentuk. Sebelum larutan metil ester ini dipisahkan dari air yang terbentuk, didiamkan terlebih dahulu sampai larutan tersebut mencapai suhu ruang. Supaya terlihat perbedaan antara metil ester dan air. Pemisahan dengan corong pisah ini berdasarkan sifat kelarutan zat. Perbedaan kelarutan ini dapat teramati ketika larutan dalam corong pisah terbagi menjadi 2 lapis. Seperti berikut :
Lapisan atas adalah Metil Ester, dan lapisan bawah adalah air. Massa jenis air yang lebih besar daripada metil ester menyebabkan air berada dilapisan bawah. Larutan metil ester yang didapat adalah sebanyak ±300 ml. Selanjutnya, Metil ester yang telah dipisahkan dipanaskan agar sisa air nya menguap. 3. Penetralan Karena menggunakan katalis Asam, larutan produk tentu berada dalam suasana asam. Untuk menetralkan asam tersebut (H 2SO4), Larutan produk di tambahkan NaOH 1M sampai pH = ± 7. Produk samping dari proses netralisasi tersebut adalah kembali terbentuk Air. Selanjutnya, Larutan Metil ester tersebut kembali diuapkan airnya. Sebagai bahan perbandingan analisis, Setelah larutan metil ester tersebut diuapkan kemudian di bagi menjadi
2 larutan. Jumlah masing-masing sekitar ± 150 ml. Selanjutnya, kepada salah satu dari larutan produk tersebut di tambahkan kristal Na 2SO4. Tujuan dari penambahan Na2SO4 anhydrous agar air pada produk habis, karena sifatnya yang dapat menyerap air. Setelah ditambahkan kristal, kemudian disaring. Kemudian dilakukan analisa pada kedua larutan (Metil ester tanpa Na2SO4 anhydrous dan Metil ester dengan Na2SO4 anhydrous). 4. Analisa Kualitatif Berikut tabel perbandingan Metil ester (Biodiesel) percobaan dengan literatur :
Praktikum Tanpa Na2SO4
Literatur (SNI-
Setelah ditambah
04-7182-2006)
Na2SO4 Massa jenis (gr/ml)
0,8884
0,8736
0,85 – 0,89 (gr/ml)
Viskositas (cSt)
2,5
2,9
2,3 – 6,0 (cSt)
Dari tabel dapat dilihat, bahwa nilai Massa jenis dan Viskositas Metil ester hasil percobaan, masih dalam kisaran Massa jenis dan Viskositas Metil ester (Biodiesel) sesuai literatur (SNI-04-7182-2006). Jadi, dapat dikatakan Metil ester yang dibuat adalah cukup baik. Ada pun perbedaan dari Massa jenis Metil ester tanpa atau setelah ditambah Na 2SO4 adalah dipengaruhi oleh kemurniannya. Massa jenis Metil Ester tanpa Kristal Na 2SO4 dapat dikatakan masih mengandung air, jadi massa jenisnya lebih besar. Sedangkan untuk Viskositas, tentu nilai Viskositas dari Metil Ester yang dapat dikatakan lebih murni (Setelah ditambah Kristal Na2SO4 ) adalah lebih besar (lebih kental). Karena sisa air yang terkandung nya diserap oleh Kristal.
VII. KESIMPULAN •
Metil ester dibuat dengan cara mengkonversi Asam lemak bebas melalui esterifikasi.
•
Faktor - faktor yang mempengaruhi laju reaksi esterifikasi adalah pengadukan, suhu, katalis, dan reaktan berlebih (agar kesetimbangan bergeser kekanan yaitu produk maksimal).
•
Berikut perbandingan produk percobaan dengan literatur : Praktikum Tanpa Na2SO4
Literatur (SNI-
Setelah ditambah
04-7182-2006)
Na2SO4 Massa Jenis (gr/ml)
0,8884
0,8736
0,85 – 0,89 (gr/ml)
Viskositas (cSt)
2,5
2,9
2,3 – 6,0 (cSt)
DAFTAR PUSTAKA
1. Fessenden, R. and Fessenden, J., 1982., “ Organic Chemistry “, 2nd Edition, Willard Grantr Press Publisher, Massachusetts, USA. 2. Groggins, P. H., “ Unit Proceses in Organic synthesis”, Fifth Edition, International Student Edition, Mc. Graw – Hill Kogakusha, Ltd. 3. Himmelblau, D.M., 1996, “ Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering”, Sixth edition. By prentice hall PTR, New Jersey. 4. Mittelbach, M. And Remschmidt,C., 2004, “ Biodisel The Comprehensive Hndbook ”, Vienna : Baersedruct Ges mbH. 5. Othmer, K., 1982, “ Encylopedia of Chemical Technology”. Vol.8. Second Completely Revised Edition, Interscience Publishers a division of john Wil ey & Sons, Inc. 6. Soerawidjaya, 2006. Jurnal : Intesifikasi Proses Produksi Biodisel. Bandung: ITB % PT. Rekayasa Industri. 7. http://aya-snura.blogspot.com/2012/06/pembuatan-metil-ester.html?m=1
