Jurnal N atur Indo Indones nesia ia 6(2): 118-121 (2004) 118 Jurnal N atur Indo Indones nesia ia 6(2): 118-121 (2004) ISSN 1410-9379
Khairat Kh airat & Herman.
Kinetika Reaksi Hidrolisis Minyak Sawit dengan Katalisator Asam Klorida Khairat, Syamsu Herman Jurusan Teknik Kimia, FT, FT, Universitas Riau, Riau , Pekanbaru 28293 Diterima 02-01-2003
Disetujui 04-10-2003
ABSTRACT The hydrolysis of palm oil using hydrochloride acid as a catalyst was carried out in an autoclave. The palm oil was first activated using hydrochloride hydrochloride acid and then the hot water was pervade into it in the autoclave. After After the desired reaction temperature had been reached, the samples were withdrawn at 30 minutes intervals and the free fatty acid concentration was determined using titrimetric method. The rate constant (k1) and order of reaction for oil and water (m, n) were calculated using numerical method of Runge-Kutta and Hooke – Jeeves. Order of reaction found 1.3828 -1.4147 for palm oil and 0.5897 - 0.6274 for water respective respectively ly in the range 0 temperature of 110-140 C. The relationship between the rate constant and temperature (T), can be presented as, k= 9,295 x 107 e-10834,94/T with an experimental error 0.60%. Keywords: autoclave, hydrolysis, order reactions, palm oil
PENDAHULUAN
C18:1(9) (39-45%), linoleat C18:2(9,12) (7-11%): laurat C12:0
Diversifikasi utama minyak sawit adalah
(46-52%), miristat C 14:0 (14-17%), palmitat C16:0 (6,5–
mengolah minyak sawit menjadi produk lain, yang
9%), stearat C18:0 (1–2,5%), oleat C18:1(9) (13–19%) (Kirk
dapat diproses dengan jalan alkoholisis atau
& Othmer 1980; Ketaren 1986).
hidrolisis. Pada umumnya reaksi hidrolisis minyak
Reaksi hidrolisis minyak dengan memakai
nabati bertujuan untuk membentuk gliserol dan asam
katalisator asam secara umum dapat dituliskan
lemak. Penelitian hidrolisis minyak nabati telah
sebagai berikut:
banyak dilakukan. Sofiah (1989), telah meneliti hidrolisis minyak biji karet dengan katalisator damar penukar kation (amberlis15) dalam reaktor autoklaf secara batch. Hendrawati (1992) meneliti tentang hidrolisis minyak biji karet dengan katalisator reagen katalisator reagen twitchell. Kumoro (1995), telah meneliti hidrolisis minyak biji kluwak dengan katalisator asam sulfat, dalam autoklaf. autoklaf. Dari penelitian-penelitian di atas, atas, konstanta reaksi hidrolisis dihitung dengan asumsi
O
H2-C-O-C-R1
H2-C-OH
O
HOOCR1
+
H
H-C-O-C-R2 + 3 H2O ↔ H-C-OH A O
+
HOOCR2
(1)
H2-C-O-C-R3 Trigliserid
H2-C-OH Air
Gliserol
HOOCR3 Asam lemak
orde reaksi sama dengan satu terhadap minyak, dan orde nol untuk air air,, dengan kata lain berorde satu semu terhadap minyak. Mengingat pentingnya data kinetik dalam perancangan alat alat pabrik, terutama untuk perancangan reaktor, maka pada penelitian ini, peneliti mencoba menghitung konstanta reaksi (konstanta kecepatan reaksi, dan orde reaksi terhadap pereaksi) hidrolisis minyak sawit. Komposisi utama minyak sawit dan inti sawit adalah asam lemak jenuh dan asam lemak tidak jenuh, antara lain adalah: miristat C14:0 (1,1-2,5%), palmitat C16:0 (40–45%), stearat C18:0 (3,6-4,7%), oleat
Jika persamaan (1) ditulis dalam bentuk sederhana dan dalam bentuk eqivalen, maka bentuk persamaan (1) menjadi: k1 + A+B+H A ↔ C+ D k2
(2)
Untuk pemakaian air yang berlebihan (CB0 >> CA0) dalam proses hidrolisis minyak, terutama pada awal reaksi, reaksi merupakan reaksi searah, sehingga persamaan (2) menjadi: k1 + A+B+H A → C+ D
(3)
Kinetika reaksi hidrolisis miny ak sawit
Persamaan kecepatan reaksi adalah: r A = -dCA/dt = k1 CAm CBn
119
eter, phenolpthalin dan zat analisis lainnya. Alat-alat (4)
yang digunakan reaktor (autoklaf) yang dilengkapi
Runge Kutta adalah satu dari sekian banyak
regulator listrik (Gambar 1), motor pengaduk,
cara untuk menyelesaikan persamaan differensial
termometer, labu pisah, oven, neraca analitis,
2
(PD) ordiner secara numeris, (F(x,y,dy/dx,d y/
pendingin balik, buret, dan lain-lain.
dx2,…………) = 0, di mana penyelesaian dilakukan dengan pendekatan, yang kesalahan atau
1
penyimpangannya semakin kecil jika interval x
2
3
”
semakin kecil. Formula untuk penghitungan:
4
5
k1 = f(x0 , y0) ∆x k2 = f(x0 + ∆x/2 , y0 + k1/2) ∆x 6
k3 = f(x0 + ∆x/2 , y0 + k2/2) ∆x k4 = f(x0 + ∆x , y0 + k3) ∆x
∆y = 1/16(k1 + 2k2 + 2k3 + k4)
7
x1 = x0 + ∆x , y1 = yo + ∆y
Untuk menghitung titik selanjutnya pada kurva integral, dilakukan dengan cara yang sama , hanya x0 dan y0 diganti x1 dan y1.
Hitungan ini diteruskan
sampai batas x, kemudian dibuat grafik hubungan xi
8
Gambar 1. Rangkaian alat hidrolisis minyak sawit: 1) motor, 2) termometer, 3) pemasukan sampel, 4) pengambilan sampel, 5) pengaduk, 6) pemanas, 7) regulator listrik, 8) Autoklaf.
dan yi, sehingga dy/dx dapat dihitung. Berhubung cara
Pelaksanaan Penelitian. Minyak sawit dan
penghitungannya yang banyak, biasanya dikerjakan
asam klorid dengan jumlah tertentu dimasukan dalam
dengan bantuan program komputer.
reaktor (autoklaf), kemudian pemanas dan motor
Hook
Jeves
adalah
cara
optimasi
pengaduk dihidupkan sampai dicapai suhu yang
menyelesaikan suatu persamaan dengan beberapa
diinginkan (110°C,120°C,130°C,140°C) lalu pemanas
variabel bebas (optimasi banyak variabel, y =
dan motor pengaduk dimatikan.
f(x 1,x 2,x 3,….,x n), yang dilakukan secara numeris,
ditambahkan air panas dalam jumlah tertentu.
dengan langkah langkah sebagai berikut; Pertama
Pemanas dan motor pengaduk dihidupkan kembali.
kita mencoba suatu nilai untuk tiap variabel, kemudian
Setelah
kita hitung fungsi, ini merupakan basis perhitungan,
(110°C,120°C,130°C,140°C), maka setiap selang
kemudian kita lakukan eksplorasi tiap variabel atau
waktu 30 menit cuplikan diambil untuk dianalisis asam
satu variabel dengan angka baru ( x1 + x1 , x2 + x2 ),
lemak bebasnya, dengan cara titrasi asam basa (CD)
di mana angka lama ditambah suatu bilangan kecil
(Paquot 1979; Swern 1982).
(delta ), dan kita uji dengan fungsi, hasil ini kita
CD = VKOH NKOH / w
dicapai
suhu
yang
Kemudian
diinginkan
(5)
bandingkan dengan hasil tahap awal, apakah hasil
Asam lemak total (ALT) dihitung dengan cara
ini termasuk yang sukses atau yang gagal (tergantung
lima g minyak dimasukkan ke dalam erlenmeyer yang
fungsi Optimasi, maximasi atau minimasi). Kalau
dilengkapi pendingin balik, ditambah 50 ml KOH 0,5
sukses, dilanjutkan dengan penambahan delta yang
N alkoholik, didihkan sampai minyak tersabunkan
sama untuk variabel langkah dua, atau kalau gagal
sempurna, dinginkan, tambahkan beberapa tetes
kita masukan harga delta baru. Proses dihentikan
indikator fenolptalin, kemudian dititrasi dengan larutan
setelah eksplorasi gagal serta ”x1 dan ”x2 cukup kecil.
HCl 0,5 N, sampai warna merah tepat hilang (V ts).
Penghitungan ini dilakukan dengan bantuan program
Dengan cara yang sama dilakukan untuk blangko
komputer.
(tanpa minyak) (Vtb-) (Paquot 1979).
BAHAN DAN METODE Bahan utama yang digunakan dalam penelitian
ALT = [(Vtb - Vts) x NHCl] / w
(6)
CA = ALT - C D
(7)
ini adalah minyak sawit, diperoleh dari PTPN V
Dengan data konsentrasi CD atau CA sebagai fungsi
Propinsi Riau, air, asam klorid (HCl), natrium
waktu, dan kondisi batas:
hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), dietil
t = t0, CD = CD0, CA = CA0 : t = t, C D = CD, CA = CA.
Jurnal N atur Indonesia 6(2): 118-121 (2004)
120
Khairat & Herman.
Nilai k1, m dan n pada persamaan (4) dihitung secara
menaikan konstanta kecepatan reaksi sebanyak ±2
numeris, dengan metoda Runge-Kutta dan Hook-
kali dari nilai awal. Hubungan konstanta kecepatan
Jeeves (Sediawan & Prasetya 1997).
reaksi dengan suhu dilukiskan pada Gambar 3. 40
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil penelitian tentang hidrolisis minyak sawit dengan peubah suhu reaksi pada kisaran suhu 110oC o
sampai 140 C, dan peubah lain (konsentrasi katalisator asam khlorid
0,5
mgek/g minyak,
perbandingan pereaksi 16) dibuat tetap, tertera pada
30 k 0 0 0 0 0 1
20
10
0 373
Tabel 1 dan Gambar 2 berikut:
Gambar 3.
Konsentrasi ALB (C D), mgek/g minyak 0 0 0 0 110 C 120 C 130 C 140 C 0,3063 0,3273 0,3579 0,3752 0,3986 0,4384 0,4903 0,5719 0,00005 1,3828 0,5897 0,016 5,816
0,4061 0,4504 0,4892 0,5173 0,5994 0,6616 0,8057 0,8840 0,00009 1.3907 0,6055 0,034 10,598
393
403
413
423
T, oK
Tabel 1. Pengaruh suhu dan waktu terhadap konsentrasi ALB (C D). Waktu (menit) 30 60 90 120 150 180 210 240 k m n SSE (%) Ralat (%)
383
0,7375 0,8044 0,8712 0,9628 1,1686 1,2199 1,3404 1,4379 0,00021 1,4140 0,6070 0,163 17,965
0,7193 0,8902 1,1324 1,3134 1,4349 1,5740 1,8582 1,9984 0,00037 1,4147 0,6274 0,068 21,537
Grafik hubungan suhu dengan konstanta kecepatan reaksi.
Hubungan konstanta kecepatan reaksi dengan suhu ini dapat dinyatakan dengan persamaan: ln k = 18,34757 - 10834,94/T)
(7)
atau k = 9,295x107 e(-10834,94/T)
(8)
dengan tenaga pengaktif 21529,02, faktor frekuensi 9,295 x 107 , dengan ralat rata-rata 0,60%. Nilai orde reaksi terhadap minyak (m) berkisar dari 1,3828 sampai 1,4147 (m rata-rata 1,4 ) dan orde reaksi terhadap air (n) berkisar dari 0,5897 sampai 0,6274 (n rata-rata 0,6), untuk suhu dari 110°C sampai 140°C, orde reaksi total rata-rata adalah 2. Adanya
a y n i m g / q e g m , D C
2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2
110 0C 120 0C 130 0C 140 0C
kenaikan orde reaksi ini kemungkinan disebabkan oleh pengaruh perubahan suhu reaksi, atau reaksi yang terjadi tidak sesuai dengan model matematis atau model persamaan yang digunakan dalam
1 0,8 0,6 0,4 0,2 0
menghitung orde reaksi tersebut, hal ini didukung dengan ralat yang juga bertambah dengan naiknya 0
30
60
90
120
150
180 210
240
270
300
w aktu, mnt
Gambar 2. Grafik hubungan ALB (CD) dengan waktu untuk beberapa suhu.
Peningkatan suhu reaksi, mempercepat kenaikan konsentrasi ALB(C D ), memperbesar penurunan konsentrasi A(CA), atau dengan kata lain menaikan konversi (XA). Hal ini disebabkan karena
suhu. Pembandingan hasil penelitian ini dengan penelitian yang lain, terlihat pada Tabel 2 berikut. Tabel 2. Pengaruh suhu dan waktu terhadap konsentrasi ALB (C D). Variabel
Minyak sawit
Minyak kluwak
Minyak biji karet, 1
Minyak biji karet, 2
Suhu ( C) Katalis
140 HCl
130 H2SO4
100 Twichell
Waktu reaksi (menit) Konversi (%) Orde terhadap CA Orde terhadap CB Nilai k
240
180
140 Amberlist 15 105
51,24
73
24,7
60,4
1,4
1
1
1
0,6
0
0
0
0,00037
0,0020
0,0031
0,0027
0
dengan naiknya suhu reaksi, maka suplai energi untuk mengaktifkan pereaksi dan tumbukan antar pereaksi untuk menghasilkan reaksi juga akan bertambah, sehingga produk yang dihasilkan menjadi lebih banyak. Nilai konstanta kecepatan reaksi (k) naik dengan kenaikan suhu reaksi (rata-rata kenaikannya
±2 kali dari nilai awal), hal ini sesuai dengan teori Arrhenius dan pernyataan Westerterp (1984), bahwa kenaikan suhu akan menaikan nilai konstanta kecepatan reaksi, di mana kenaikan 10°C suhu reaksi
180
Kinetika reaksi hidrolisis miny ak sawit
Adanya perbedaan nilai k dan orde reaksi pada
Pimpinan beserta staf
121
PKS Sei Galuh PTPN V
penelitian ini dengan penelitian yang lain, disebabkan
Pekanbaru, atas bantuan sampel minyak sawit nya,
perbedaaan dalam perhitungannya. Di mana pada
Pimpinan Universitas, dan Kepala Lembaga
penelitian yang lain nilai ini diasumsikan, sedangkan
Penelitian Universitas Riau, yang telah mendanai
pada penelitian ini dihitung. Sedangkan perbedaan
penelitian ini.
pada konversi yang dicapai, kemungkinan
DAFTAR PUSTAKA
disebabkan perbedaan jenis dan aktifitas dari
Groggins, P.H. 1958. Unit processis in organic synthesis . New York: McGraw-Hill. Hendrawati, T.Y. 1992. Hidrolisis minyak biji karet dengan katalisator reagen Twitchell . Laporan Penelitian. Yogyakarta: Lab Proses Kimia Jurusan Teknik Kimia FT UGM. Ketaren, S. 1986. Minyak dan Lemak Pangan. Jakarta: UI Press. Kirk, R.E. & Othmer, D.F. 1951. Encyclopedia of Chemical Technology . New York: The Intersciense Encyclopedia. Kumoro, A.C. 1995. Hidrolisis minyak biji kluwak pada suhu di atas 100 oC. Laporan Penelitian. Yogyakarta: Lab Proses Kimia Jurusan Teknik Kimia FT UGM. Paquot, C. 1979. Standard Methods for the Analysis of Oils, Fats and Derivatives, Part 1. New York: Pergamon Press. Sediawan, W.B. & Prasetya, A. 1997. Pemodelan Matematis dan Penyelesaian Numeris d alam Teknik Kimia. Yogyakarta: Penerbit Andi. Sofiah. 1989. Hidrolisis minyak biji karet dengan katalisator damar penukar kation. Laporan Penelitian. Yogyakarta: Lab Proses Kimia Jurusan Teknik Kimia FT UGM. Swern, D. 1982. Bailey’s Industrial Oil and Fat Product . New York: John Wiley & Sons. Westerterp, K.R., van Swaaij, W.P. & Beenackers, A.A.C.M. 1984. Chemical Reactor Design and Operation. New York: John Wiley and Sons. Winarno, F.G. 1989. Kimia Pangan & Gizi . Jakarta: PT Gramedia.
katalisator yang digunakan.
KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian di atas, dapat disimpulkan 1) Nilai orde reaksi terhadap minyak (m) berkisar dari 1,3828 sampai 1,4147 (m rata-rata 1,4) dan orde reaksi terhadap air (n) berkisar dari 0,5897 sampai 0,6274 (n rata-rata 0,6) untuk suhu da ri 110°C sampai 140°C; 2) Nilai orde reaksi total rata-rata adalah 2; 3) Nilai konstanta kecepatan reaksi adalah fungsi suhu (T), dinyatakan dengan persamaan k = 9,295x107 e(-10834,94/T) dengan ralat 0,60%; 4) Konversi yang dicapai 51,24%.
UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini, kami mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada
