Aliran Produksi Asam Stearat dan Gliserin
Minyak dan lemak merupakan senyawa yang banyak dijumpai di alam, minyak umumnya berbentuk cair pada suhu ruang sedangkan lemak berbentuk padat pada suhu ruang. Minyak dan lemak dapat diperoleh dari beberapa tumbuhan seperti kelapa, kelapa sawit dan sebgainya. Minyak dan lemak merupakan senyawa kimia yang tersusun atas asam-asam lemak. Asam lemak merupakan senyawa rantai tunggal maupun rangkap. Ikaran jenis tunggal pada rantai karbon memiliki kestablian oksidatif yang lebih baik dibandingkan ikatan rangkap. Ikatan rangkap memberikan sifat minyak yang cair pada suhu ruang. Jenis ikatan yang ada dalam asam lemak akan berpengaruh terhadap jenih aplikasi yang cocok digunakan terhadapnya. Perbedaan sifat-sifat minyak dan lemak dapat dilihat pada komponen asam lemaknya. Asam stearate dan gliseriin merupakan fraksi dari minyak kelapa sawit. Kelapa sawit menghasilkan dua jenis minyak min yak yait CPO (Crude (Crude Palm Oil ) dan PKO ( Palm Palm Kernel Oil ). ). Pemisahan CPO dan PKO menghasilkan oleokimia daar yang terdiri dari asam lemak dan gliserol atau gliserin. Secara keseluruhan proses penyulingan minyak sawit tersebut dapat menghasilkan menghasilkan 73% olein, 21% stearin, 5% PFAD ( Palm Fatty Acid Distillate Dist illate)) dan 0,5% buangan. Asam stearate merupakan senyawa organic rantai Panjang yang memiliki jumlah atom C sebanyak 18 buah. Asam stearate ini termasuk dalam golongan asam lemak yang dapat dihasilkan oleh minyak dari tumbuhan maupun lemak hewan. Asam stearate ini biasa dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan lilin, bahan tambahan dalam sabun yang berguna untuk memberi efek halus pada kulit, bahan kosmetik, serta pengemulsi makanan. Asam stearate memiiki rumus kimia C18H36O2, mudah terhidrogenasi, larut dalam pelarut organis, bersifat hidrolisis dengan berat molekul 284,478 g/mol, titik leleh l eleh 69,6oC, titik didih 291oC, dan densitas 0,847 g/cm3 pada suhu 70oC (Pery’s 1999). Struktur kimia asam stearate dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Struktur kimia asam stearat
Gliserin merupakan nama komersial dari gliserol. Giserol ialah suatu trihidroksi alkohol yang terdiri atas 3 atom karbon. Jadi tiap atom karbon mempunyai lemak dalam bentuk ester, yang disebut monogliserida, digliserida dan trigliserida. Rumus molekul gliserin dapat dilihat pada Gmbar 2.
Gambar 2. Rumus Molekul Gliserol Gliserol memiliki sifat disik tertentu, anatara lain merupakan cairan tidak berwarna, tidak berbau, cairan kental dengan rasa yang manis (Othmer, 1982). Gliserol memiliki densitas 1.2617 g/cm3, berat molekul 92,02 gr/mol, titik lebur 18,2oC dan titik didih 290oC, gliserol larut baik dalam air dan tidak laurt dalam ester (Swern, 1996). Gliserin atau gliserl digunakan pada beberapa kosmetik, sabun, tambahan dalam obat batuk sirup atau untuk pelembab (Hart, 1983). Beberapa lemak atau minyak menghasilkan satu atau dua ikatan ester akan terputus dan dihasilkan gliserol dan garam dari asam lemaknya. Gliserol juga dapat dihasilkan dari reaksi hidrolisa trigliserida yang dilakukan dengan tekanan dan suhu tinggi. Gliserol alami pada dasarnya diperoleh sebagai produk samping di dalam produksi asam lemak, ester lemak atau sabun dari minyak atau lemak. Begitu juga dengan pembuatan asam stearat yang menghasilkan hasil samping gliserol. Diagram alir proses pembuatan asam stearate dan gliserol atau gliserin di PT Sumi Asih dapat dilihat pada Gambar 3 dan 4.
Start
RBD Stearin
H2, Ni
RBD Stearin dihidrogenasi
RBD Stearin terhidrogenasi displitting
CFA difraksinasi atau didistilasi
Asam stearate liquid dispray tower
Asam Stearat dikemas
Asam Stearat
End
Gambar 3. Diagram Alir Proses Produksi Asam Stearat
Start
RBD Stearin
RBD Stearin H2, Ni
dihidrogenasi
RBD Stearin terhidrogenasi
Ca(OH)2
SW di-pretreatment
Na2CO3
SW difiltrasi
SW dievaporasi
Gliserin didistilasi
Karbon Aktif
Gliserin di-bleaching
Gliserin dikemas
Gliserin
End
Gambar 4. Diagram Alir Proses Produksi Gliserin
Proses Produksi Asam Stearat dan Gliserin
Unit Hidrogenasi
Hidrogenasi merupakan proses reaksi antara minyak dengan gas H2 dan katalis agar ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal. Hasil reaksi akan membentuk ikatan jenuh, migrasi dari ikatan rangkap dan terbentuk trans-fatty acid (Ketaren, 1986). Hidrogenasi merupakan proses awal pembuatan asam stearate dan gliserin. Asam lemak tak jenuh tidak stabil dalam penyimpanan karena mudah teroksidasi (Bernardini, 1983). Hidrogenasi bertujuan menjenuhkan ikatan rangkap pada asam lemak. Ketidakjenuhan dinyatakan dalam IV ( Iodine Value), semakin tinggi IV secara teoritis semakin banyak ikatan rangkap dalam asam lemak tersebut. Proses hidrogenasi asam lemak bersifat eksotermis (Othner, 1982). Reaksi hidrogenasi merupakan reaksi eksterm sehingga produk yang dihasilkan memiliki suhu yang tinggi. Mekanisme hidrogenasi yaitu atom-atom H2 mengeleminasi unsaturated fatty acid (karbon ikatan rangkap), dengan pengunaran atau penghilangan unsaturated fatty acid produk menjadi lebih stabil atau tahan terhadao oksidasi. Dari proses hidrogenasi diperoleh nilai titik leleh tertentu yang dapat dilihat dari kandungan lemak padat atau SFC (Solid Fat Content ) hasil analisa produknya. Parameter proses hidrogenasi yang dicapai adalah penurunan angka iodium atau IV ( Iodium Value), dengan berkurangnya ikatan rantai rangkap maka angka IV-nya juga semakin turun. Dan sebaliknya nilai Slip Melting Point (SMP) menjadi naik, secara fisik minyaknya menjadi lebih keras atau solid. Oleh karena itu, dapat juga disebut Harden Fat . Langkah-langkah dari proses hidrogenasi yaitu, transfer dan atau difusi, adsorpsi, hidrogenasi/isomerisasi, desorpsi dan transfer. Mekanisme reaksi hidrogenasi asam lemak dengan bantuan katalis dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 5. Mekanisme Reaksi Hidrogenasi Reaksi hidrogenasi yang dilakukan di PT. Sumi Asih Oleochemical Industry secara semi-batch dengan menggunakan katalis nikel (Ni 9932) untuk bahan baku RBD Stearin dan Ni 9910 untuk bahan baku RBD PO. Terdapat beberapa tangka dalam unti hidrogenasi antara lain, autoclave, cooler , dan filter . Tahap pertama dalam unti hidrogenasi adalah pemanasan bahan baku pada tangka autoclave. Bahan baku atau minyak sebelumnya dilewatkan ke pipa cooler dan dipanaskan
melalui pipa dengan memanfaatkan panas yang dihasilkan dari minyak yang sedang didinginkan di dalam cooler . Selain mendinginman minyak dengan menggunakan pipah yang dialiri air dingin, panas yang dihasilkan oleh minyak juga dimanfaatkan untuk memanaskan input baru menuju autoclave. Pada unit hidrogenasi terdapat tiga autoclave dengan kapasitas masing-masing 11 ton minyak. Minyak dari tangki penyimpanan 1A dan 1B dialirkan menuju autoclave dengan kecepatan transfer 12,22kg/s, kemudian dipanaskan selama kurang lebih 25-30 menit menggunakan uap dengan tekanan 10bar sehingga mencapai suhu 140-150oC untuk menguapkan kandungan air di dalamnya. Setelah seluruh kandungan air menguap, minyak dipanaskan kembali menggunakan uap dengan tekanan 3 bar hingga mencapai suhu 200oC. Setelah bahan pada autoclave mencapai suhu yang sesuai, katalis nikel ditambahkan melalui pipa atas autoclave, katalis yang ditambahkan kurang lebih 9 kg untuk satu kali batch. Proses pencampuran bahan dengan gas hydrogen berlangsung kurang lebih selama satu jam hingga suhu akhir reaksi sekitar 200oC. Proses hidrogenasi selesai jika tekanan pada autoclave mencapai 12 bar. Setelah proses pencampuran selesai, selanjutnya sampel minyak hasil hidrogenasi diambil untuk selanjutnya diuji nilai iodinnya (IV), jika suda memenuhi standar maka minyak akan diproses ke tahap berikutnya, sedangkan jika belum memenuhi sta ndar maka minyak akan direaksikan kembali dengan menambahkan katalis dan gas hydrogen. Minyak yang sudah memenuhi standar ajan disalurkan ke dalam tangka cooler dengan cara cooler dikondisikan vakum, sehingga minyak dari autoclave dengan tekanan 12 bar akan mengalir menuju cooler . Pendinginan berlangsung selama kurang lebih 45-50 menit untuk menurunkan suhu menjadi sekitar 100oC untuk selanjutnya disalurkan ke dalam tangki filter. Minyak yang masih bercampur dengan katalis nikel ini kemudian dipompa menuju tangka filter menggunakan filter yang telah dilapisi filter aid selama 45-60 menit. Filter aid digunakan untuk mengikat nikel yang terdapat dalam minyak. Filter harus secara berkala dibersihkan ketika beda tekanan filter telah mencapai 3 bar, dimana menunjukkan bahwa telah banyak tumpukan katalis pada filter. Minyak yang telah disaring kemudian ditampung pada tangka penampungan asam lemak yang telah dihidrogenasi. Hasil dari proses hidrogenasi adalah asam lemak terhidrogenasi dengan IV maksimal 1. Hasil samping proses hidrogenasi adalah cake katalis pada proses filtrasi, hasil samping tersebut kemudian akan dikirim ke pihak ketig untuk diolah menjadi katalis yang dapat digunakan kembali. Pada proses hidrogenasi beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah tekanan, suhu, jumlah H2 dan katalis. Skema proses hidrogenasi dapat dilihat pada Lampiran 2. Unit Splitting Tahapan setelah hidrogenasi adalah splitting , tahap ini bertujuan untuk memisahkan crude fatty acid dengan sweet water . Secara alami asam lemak mengandung air yang tidak dapat dipisahkan, perlu dilakukan reaksi hidrolisa agar
minyak dan air terpisahkan. Reaksi hidrolisa secara alami terjadi karena dipacu oleh enzim lipase yang dibantu oleh sinar matahari pada kondisi atmosfer. Reaksi tersebut berlangsung lambat, sedangkan untuk memenuhi kebutuhan produk yang semakin meningkat maka reaksi hidrolisis dilakukan pada suhu dan tekanan tinggi menggunakan tangka splitter . Suhu dan tekanan tinggi menggunakan fungsi enzim agar reaksi berlangsung cepat dan menghasilkan produk yang banyak. Proses dilakukan dengan melewatkan aur dan minyakpada tabung splitting . Air dimasukkan melalui bagian atas tangka dan minyak dilewatkan melalui bagian bawah tangka, akibat perbedaan bobot jenis maka air akan turun kebawah dan minyak akan naik ke atas. Pada unit ini terjadi proses penguraian RBD stearine menjadi asam lemak dan gliserol. Reaksi yang terjadi adalah reaksi hidrolisis dengan penambahan air pada prosesnya. Reaksi antara molekul-molekul air dan minyak berlangsung secara counter current dan kontinyu pada suhu dan tekanan yang tinggi. Mekanisme reaksi hidrolisis pada unit splitting ini dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Hidrolisis Asam Lemak RBD stearine terhidrogenasi dialirkan menuju alat degasser (DV 825.01) untuk menghilangkan gas yang terperangkap dalam minyak. Tujuan dari penghilangan gas tersebut agar tidak terjadi reaksi oksidasi pada minyak dalam kolom splitter yang memiliki suhu dan tekanan tinggi. Pada Degasser (DV825.01) terdapat alat vakum untuk menarik gas yang kemudian dilepaskan ke udara. Selanjutnya, minyak dipompa menggunakan pompa sentrifugal (PS 825.01) menuju kolom splitting dan masuk ke dalam kolom RC 825.01 melalui bagian bawah kolom. Pada kolom splitter terjadi reaksi hidrolisis minyak sehingga air sebagai reagen hidrolisis dimasukkan ke dalam kolom melalui bagian atas kolom. Air jatuh bebas dari bagian atas kolom dan berkontakan dengan minyak yang mengisi kolom secara counter current . Tekanan pada kolom splitting sebesar 55 bar dan suhu kolom sebesar 220oC pada bagian atas kolom dan 260oC pada bagian bawah kolom. Tekanan 55 bar diperoleh dengan cara memompakan minyak dengan pompa piston sedangkan suhu tinggi tersebut diperoleh dengan memasukkan uap ke dalam kolom pada bagian atas, tengah dan bawah kolom. Jumlah uap yang dimasukkan dikontrol dengan alat control suhu TRC 5301, TRC 5302, dan TRC 5303 yang berada pada bagian atas, tengah dan bawah kolom. Ketinggian sweet water di dalam kolom diatur oleh alat control LRC 5302, ketika ketinggian sweet water telah melebihi batas tertentu maka valve penghubung ke tangka penampung sweet water akan terbuka dan sweet water akan mengalir dari bagian bawah kolom bertekanan 55 bar menuju tangka
penampung sweet water bertekenan 1 atm. Ketika valve tersebut dibuka juga terjadi perpindahan asam lemak dari bagian atas kolom bertekanan 55 bar menuju tangki penampung asam lemak bertekanan 1 atm. Setelah tangka kosong, tangka akan diisi lagi dengan RBD stearine terhidrogenasi (HFA) dan air. Pada proses hidrolisis minyak ini terdapat parameter penting yaitu splitting ratio yang menggambarkan konversi minyak menjad asam lemak. Nilai splitting ratio dapat diperoleh dengan membagi nilai angka asam dengan nilai angka iodin dari produk. Pengaruh nilai splitting ratio juga dapat dilihat pada nilai ketinggian sweet water pada kolom distilasi. Hasil dari proses ini adalah asam lemak dengan nilai splitting ration (SR) mencapai 96-97 dan sweet water dengan kadar gliserin 15-20%. Asam lemak hasil splitting akan dilanjutkan menuju proses distilasi atau fraksinasi sedangkan sweet water akan diolah menuju pretreatment sweetwater . Diagram proses splitting dapat dilihat pada Lampiran 3. Unit Distilasi Asam Lemak Pada unit distilasi, umpan dari tangka T20 dialirkan menuju EX 732.01 bertujuan untuk pemanasan awal. Pemanasan ini dilakukan dengan mengalirkan uap 12 bar. Kemudian umpan dialirkan menuju vesse; VS
