MAKALAH PETRO DAN OLEOKIMIA
PROSES HIDROLISA LEMAK SPL I TTI NG) (F AT SP
Disusun Oleh:
Robi Maulana
(1207154322)
PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA S1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2014
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Industri oleokimia di Indonesia merupakan industri yang memiliki backup bahan baku yang sangat melimpah karena Indonesia merupakan produsen bahan baku terbesar di dunia. Namun perkembangan industri ini masih kalah dibandingkan
dengan
negara
tetangga
seperti
Malaysia
yang
kapasitas
produksinya mencapai dua kali lipat dari Indonesia. Sebagai gambaran, Indonesia menguasai sekitar 12 % permintaan oleokimia dunia yang mencapai enam juta metrik ton per tahun, sementara itu Malaysia mencapai 18,6%. Industri oleokimia merupakan industri yang strategis karena selain keunggulan komparatif yakni ketersediaan bahan baku yang melimpah juga memberikan nilai tambah produksi yang cukup tinggi Permintaan akan produk oleokimia yang sangat tinggi dapat dimaklumi karena produk oleokimia mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan produk petrokimia, seperti harga, sumber yang dapat diperbaharui dan produk yang ramah lingkungan. Pada saat ini industri oleokimia masih berbasis kepada minyak / trigliserida sebagai bahan bakunya. Hal ini terjadi karena secara umum, para pengusaha masih ragu untuk terjun secara langsung ke industri oleokimia. Produksi oleokimia dasar yang telah dilakukan dalam industri adalah melalui proses termik (menggunakan suhu 250 C dan tekanan sekitar 50 atm), yaitu,
melalui proses pemecahan lemak ( fat splitting ), esterifikasi, transesterifikasi dan hidrogenasi. Proses tersebut memerlukan energi tinggi serta investasi peralatan yang mahal dan mutu produk yang dihasilkan tidak terlalu baik ditinjau dari warna dan baunya sebagai akibat proses panas tersebut. Dalam makalah ini dibahas empat metode / proses pemecahan lemak yaitu proses Twitchell, proses autoclave batch, proses kontinu, dan proses secara ezimatis.
1.2 Tujuan
Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah untuk mengetahui beberapa proses dalam pemecahan lemak (Fat Splitting), faktor yang mempengaruhi kulaitas dari proses pemecahan lemak, mempelajari reaksi-reaksi yang terjadi dan kondisi operasinya. Selain itu, makalah ini disusun untuk melengkapi tugas mata kuliah Proses Industri Petro dan Oleokimia.
BAB II ISI 2.1 Oleokimia
Oleokimia merupakan suatu bagian ilmu kimia yang mempelajari tentang proses pengolahan asam lemak dan gliserol serta turunannya, baik yang diperoleh dari minyak atau lemak maupun hasil sintesis. Oleokimia juga berarti senyawa turunan minyak atau lemak yang dihasilkan melalui proses kimia, seperti halnya bahan kimia petrokimia yang diturunkan dari minyak hidrokarbon. Manfaat dari oleokimia adalah sumbernya yang bersifat terbarukan dan kemampuan untuk diuraikan oleh alam yang relatif cepat dan mudah, serta dapat diterima oleh lingkungan dengan baik. Bahan dasar oleokimia diproduksi dari reaksi pemecahan atau pemisahan dan reaksi lebih lanjut dari minyak atau lemak. Oleokimia yang paling utama adalah gliserol, asam lemak, asam lemak metil ester, lemak alkohol, dan lemak amina. Bahan baku dan turunan serta reaksi yang menyertainya diuraikan menurut gambar di bawah ini.
Gambar 1. Skema Bahan Baku Oleokimia dan Turunannya
2.2 Minyak / Lemak
Minyak
atau
lemak
secara
umum
merupakan
trigliserida yang
mengandung gliserol dan asam lemak baik jenuh maupun tidak jenuh. Dalam industri olokimia,
dengan proses kimia struktur minyak tersebut
dipecah menjadi struktur lain seperti asam lemak, gliserol, metil ester asam lemak dan juga alkohol lemak. Lemak adalah ester dari gliserol dengan asam-asam karboksilat suku tinggi. Asam penyusun lemak disebut Asam lemak. Pada lemak, satu molekul gliserol mengikat tiga molekul asam lemak, oleh karena itu lemak adalah suatu trigliserida. Struktur umum molekul lemak seperti terlihat pada ilustrasi dibawah ini:
Gambar 2. Struktur Umum Molekul Lemak
Pada rumus struktur lemak di atas, R1 – COOH, R2 – COOH, dan R3 – COOH adalah molekul asam lemak yang terikat pada gliserol. Nama lazim dari lemak adalah trigliserida. Molekul lemak terbentuk dari gliserol dan tiga asam lemak. Oleh karena itu, penggolongan lemak lebih didasarkan pada jenis asam lemak penyusunnya. Berdasarkan jenis ikatannya, asam lemak dikelompokkan menjadi dua, yaitu: a. Asam lemak jenuh : yaitu asam lemak yang semua ikatan atom karbon pada rantai karbonnya berupa ikatan tunggal (jenuh). Contoh: asam laurat, asam palmitat, dan asam stearat. b. Asam lemak tak jenuh: yaitu asam lemak yang mengandung ikatan rangkap pada rantai karbonnya. Contoh: asam oleat, asam linoleat, dan asam linolenat
2.3 Proses Pemecahan Lemak ( F at Splitti ng)
Fat Splitting menurut bahasa berarti pemecahan lemak. Sedangkan secara definisi berarti proses pemecahan lemak atau minyak (Trigliserida) menjadi Fatty Acid (Asam lemak) serta gliserin sebagai produk samping, dengan menggunakan air (Proses hidrolisa) dan atau menggunakan enzim. Secara tersirat dapat diketahui reaktan pada proses ini adalah minyak (crude palm oil, palm kernel oil, serta coconut oil) atau lemak yang sudah di kilang untuk pembersihan. Adapun kegunaan dari proses “pemecahan lemak” ini adalah untuk menghasilkan asam lemak dan gliserin sebagai produk samping. Sebagaimana kita ketahui bersama kedua produk ini memiliki nilai jual lebih. Adapun asam lemak dapat juga dikatakan “basic oleochemical” terpenting, pada industri oleochemical asam lemak digunakan sebagai materi awal untuk sabun, medium-chain trigliserida, polyol ester, alkanoamida, dan sebagainya. Dalam pohon industri oleochemical, dapat kita lihat, proses fat splitting merupakan tahap awal perkembangan industri oleo kimia. Proses fat splitting dapat dibagi menjadi 2 macam, yaitu jenis hydrolisa dan enzimatik, walaupun pada beberapa literatur dijelaskan proses enzimatik merupakan bagian dari proses fat splitting secara hidrolisa. Dan pada bagian selanjutnya akan dijelaskan: a. proses twitchell b. proses batch autoklav c. proses kontinu d. enzimatik
Gambar 3. Ilustrasi Fat Splitting
Reaksinya dijelaskan menurut persamaan.
RCOOCH2
RCOOH
CH2OH
|
|
R’COOCH
+
3H2O
R’COOH
+
|
|
R’’COO CH2
Tigliserida
CHOH
3 Air
R’’COOH
CH2OH
3Asam Lemak
Gliserin
Fat splitting merupakan reaksi yang essensial yang berlangsung pada tahapan sebagai berikut : Asam lemak radikal, berpindah tempat dari trigliserida satu kali dari tri ke di ke mono. Pemecahan yang tidak sempurna akan menghasilkan monogliserida, digliseridaa, dan mungkin juga masih berbentuk trigliserida. Semenjak proses inisiasi, reaksi berjalan lamban, terbatas oleh kelarutan air di dalam fasa minyak. Pada tahapan kedua, prosedur reaksi mulai bergerak cepat, karena peningkatan kelarutan air pada fasa minyak. Pada tahap akhir ditandai dengan dimishing rata-rata reaksi sebagai asam lemak dan gliserin sebagai produk kondiri equilibrium. Dapat di lihat pada ilustrasi berikut:
Gambar 4. Mekanisme reaksi Fat Splitting
Pemecahan
lemak
merupakan
reaksi
yang
reversibel,
pada
titik
equilibrium nilai hidrolisis dan reesterifikasi adalah setimbang. Gliserin sebagai produk harus ditari keluar secara kontinu, sebagai usaha untuk menghindari terjadinya reesterifikasi yang berlebihan. Meningkatkan suhu dan tekanan akan memepercepat reaksi karena akan meningkatkan kelarutan air di dalam fasa minyak, dan untuk meningkatkan energi aktifasi. Temperatur pada bagian partikel, akan menimbbulkan efek yang signifikan. Menaikkan suhu dan temperatur (misal dari 150 – 220
o
c akan
meningkatkan kelarutan air 2 sampai 3 kali lipat. Presentasi asam mineral yang kecil seperti asam sulfat atau oksida logam (seperti Zn dan Magnesium Clorida) meningkatkan reaksi pemecahan. Oksida logam adalah katalis sebenarnya. Ia juga berperan dalam formasi dan proses emulsi.
2.4 Macam-Macam Proses Pemecahan Lemak ( F at Splitti ng) 1. Proses Twitchell
Proses twitchell adalah proses yang mula-mula dikembangkan pada pemisahan lemak. Proses ini masih menggunakan cara yang sederhana, disebabkan murah serta kemudahan dari instalasi dan operasi. Tetapi proses ini membutuhkan energi yang besar
dan kualitas produk yang rendah. Proses
pemisahan menggunakan reagen Twitchell dan H 2SO4 sebagai katalis dalam hidrolisis. Reagennya adalah campuran dari oleic atau asam lainnya dengan naptalen tersulfonasi. Operasi terjadi dalam suatu wooden lead-lined , atau tong tahan asam. Kandungan yang terdiri dari air yang jumlahnya ± ½ dari lemak, H 2SO4 1-2 % dan reagen Twitchell 0,75-1,25 % dipanaskan sampai mendidih pada tekanan atmosfer selama 36-48 jam, menggunakan steam terbuka. Proses biasanya diulangi dua sampai empat kali, fasa tiap tahap menghasilkan larutan gliserin dan air. Pada tahap akhir, air ditambahkan dan campuran dipanaskan kembali hingga mendidih guna mencuci asam yang tertinggal.
Pada periode reaksi yang panjang, steam yang dibutuhkan menjadi tinggi dan diskolorisasi asam lemak tidak merata sehingga pemakaian proses ini tidak menguntungkan. Lemak, air H2SO4 1-2 % Reagent Twitchell 0,75-1,25 %
Tong tahan Asam
Dilakukan 2 – 4 kali
Gliserin + air
Gliserin
(wooden lead-lined) Dipanaskan lagi Dipanaskan pada suhu o 100-105 C
Gambar 5. Proses Twitchell.
2. Proses Autoclave Batch
Proses ini adalah metode komersial yang membutuhkan waktu yang cukup lama dalam pemisahan. Asam yang disediakan harus dalam jumlah yang cukup banyak untuk menghasilkan zat ligh-clored . Proses ini lebih cepat dibandingkan dengan proses Twitchell, butuh waktu selama 6-10 jam sampai selesai. Pemisahan menggunakan katalis zinc, Mg atau kalsium oksida. Dari semua katalis yang paling aktif adalah zinc. Sekitar 2-4 % katalis digunakan dan sejumlah dari serbuk zinc ditambahkan untuk meningkatkan warna dari asam lemak. Autoclave merupakan silnder yang tinggi, dengan diameter 1220-1829 mm dan tinggi 6-12 m dibuat dari alloy yang tahan terhadap korosi ( corrosionresistant alloy) dan terlindungi secara penuh. Penginjeksian steam menyebabkan terjadinya pengadukan, meskipun pada beberapa kondisi digunakan mesin pengaduk. Dalam operasi, autoclave diisi dengan lemak dan air yang jumlahnya (sekitar ± ½ dari lemak) dan katalis. Steam dihembuskan guna menggantikan udara terlarut dan autoclave ditutup. Steam yang digunakan untuk menaikkan tekanan sampai 1135 kPa dan diinjeksikan secara kontiniu, sementara sebagian kecil kisi-kisi menjaga agitasi dan tekanan operasi. Konversi dapat dicapai lebih dari 95% setelah 6-10 jam.
Isi dari autoclave dipindahkan ke tangki, dimana terbentuk asam lemak dibagian atas dan gliserin pada bagian bawah. Asam lemak yang terbentuk ditambahkan asam mineral untuk memisahkan kandungan sabun dan selanjutnya dilakukan pencucian kembali guna memisahkan sisa asam mineral.
Fat, Water
Fatty acid (wased)
Catalyst : 2-4% Zinc Fatty acid
5-10 hari
Copper/stainless Steel autoclave
impurities
Separation
Gliserol
Steam o 150-175 C
Gambar 6. Proses Autoclave Batch 3. Proses Kontinu
Proses
kontiniu
merupakan
proses
pemisahan
lemak
dengan
menggunakan suhu dan tekanan yang tinggi. Proses pemisahan asam lemak lebih dikenal dengan proses Coltage-Emery, merupakan metode yang paling efisien dalam hidrolisis lemak. Suhu dan tekanan tinggi dipergunakan untuk mempercepat waktu reaksi. Aliran counter current dipenuhkan oleh minyak dan air guna menghasilkan suatu derajat pemisahan yang maksimal tanpa memerlukan katalis. Menara pemisah merupakan bagian utama dari proses ini. Kebanyakan dari menara pemisah mempunyai konfigurasi sama dan dioperasikan dengan cara yang sama. Tergantung dari kapasitas, menara bisa berkapasitas pad diameter 508-1220 mm dengan tinggi 18-25 m dan terbuat dari bahan tahan korosi seperti baja stainless 316 atau campuran logam yang dirancang untuk beroperasi pada tekanan sekitar 5000 kPa.
Gambar 7. Single-stage countercurrent splitting.
Gambar 3 menunjukkan suatu rancangan Single-stage Countercurrent splitting , lemak terdegradasi pada sebuah cincin sparge bagian tengah sekitar 1 meter dari dasar dengan sebuah pompa bertekanan tinggi. Air terdapat pada bagian atas dengan perbandingan 0-50% dari berat lemak. Temperatur pemisahan yang tinggi (250-260 oC) cukup menjamin penghancuran fase air pada minyak. Volume kosong menara digunakan sebagai tempat reaksi. Lemak mentah lewat sebagai fase yang saling bersentuhan dari dasar atas menara, sementara cairan lebih berat mengalir turun sebagai fase terdispersi dalam bentuk campuran lemak dan asam. Derajat pemisahan dapat dicapai hingga 99%. Proses continiu countercurrent tekanan tinggi memecah lemak dan minyak dengan lebih efisien dari pada proses lain dengan lama reaksi 2-3 jam. Konsumsi utilitas untuk per ton umpan adalah : Steam (6000 kPa)
190 kg
Air pendingin (20 oC) 3 m3 Energi elektrik
10 kWj
Air proses
0,6 m3
4. Pemecahan secara enzimatis
Lemak dan minyak dapat dihidrolisis dengan enzim alami.Pemecahan lemak dengan enzim telah dilakukan melalui percobaan.Tetapi saat ini prosesnya tidak begitu dianggap penting karena biayanya yang mahal dan waktu reaksinya yang lama.Pemecahan lemak dan minyak secara enzimatis oleh lipase dari Candida Rugosa, Aspergilus niger, dan Rhizopus Arrhizus telah dipelajari pada range temperatur 26-40 oC dengan periode 48-72 jam dengan hasil pemecahan kira-kira
98 %.
Perbandingan Beberapa Proses Fat Splitting Twitchell
o
Suhu c
100-105
150-175 atau 240
Kontinu Counter-
Enzimati
current dari P&G
k
250
26-46
Optional
Lipase
5.2-10.0 atau 2.9-3.1
Tekanan Katalis
Batch Autoklav
Asamalkil,
Seng,
kalsium,
atau
aril
sulfonat
magnesium oksida 1-
dari
dan
asam
2%, atau tanpa katalis
candida
sikloalifatik,
rugosa,
dipakai
aspergilus
bersama-sama
niger
dengan asam
Dan
sulfat
rizopus
sebanyak 0.7-
arrhizus
1.25% Waktu, h
12-48
5-10 atau 2-4
2-3
Metode
Batch
Batch
Kontinu
operasi
48-72
Perolehan
35-98%
85-95%
larutan
larutan
gliserol
5-
97-99% gliserol
10-
15% tergantung pada
98%
larutan gliserol 1025%
tergantung
15%
jumlah tahap dan jenis jenis lemak
bergantung
lemak
jumlah tahap dan
jenis
lemak Keuntunga n
- suhu
dan
-
dapat diadaptasi
tekanan
untuk skala kecil
rendah
-
- bisa
untuk
skala lab.
investasi awal
- kualitas
lebih murah daripada
seragam
-
awal relatif
butuh
ruang luas
kontinu proses
- Investasi
- tidak
tinggi dan
produk
pada twitchell proses
ringan
lebih ramah
- perolehan
lebih cepat dari
Perolehan
lebih
tinggi
lingkunga n hidup
- konsentrasi lebih tinggi - biaya
murah
untuk operasi - karena otomatis, pengendaliannya mudah Kelemahan
- penanganan
-
katalis -
lama
Penanganan
-
katalis bahan
-
Waktu
reaksi
baku kurang
lebih lama dari
bagus,
pada
terpaksa
di
rafinasi, agar
-
agak tinggi
butuh waktu
- stok
Investasi awal
proses -
tidak
teracuni oleh katalis
kontinu
Biaya
Perlu
Waktu
awal tinggi
yang lama
suhu
diikuti
dan
tekanan
investasi
tinggi
biologi
tingkat
mahal
penanganan yang
tenaga
kerja tinggi -
-
investasi
lebih
dari satu tahap
dibutuhkan tinggi
- konsumsi
untuk
steam tinggi
hasil
yang baik
- cenderung bewarna gelap - lebih dari 1 tahap untuk perolehan tinggi - pengendalia n manual - biaya tenaga kerja tinggi
5. Uraian Proses
Pada prinsipnya pembuatan pemisahan lemak ini terbagi menjadi beberapa tahap : 1. tahap degumming 2. tahap hidrolisa 3. fatty acid distilation and fractionation opertion 4. tahap penguapan
Gambar 8. Tahap proses
Degumming merupakan proses pemisahan getah (gum), yaitu lendir yang terdiri dari phospotida, protein residu, karbohidrat, air, resin, lechitin, dimana bahan-bahan tersebut merupakan bahan impuritis yang dapat mengganggu proses proses selanjutnya. Misalnya lechitin pada suhu tinggi dapat menghasilkan warna gelap. Biasanya proses ini dilakukan dengan cara dehidrasi gum dengan injeksi asam pospat sehingga kotoran terbentuk mudah lepas dari minyak, kemudian disusul dengan proses sentrifugasi minyak yang telah di degumming, selanjutnya dihidrolisa pada reaktor hidrolisa. Hidrolisa lemak atau minyak untuk menghasilkan asam lemak dan gliserol dilakuakan dengan merasakan air bertekanan dengan minyak atau lemak pada menara splitting. Minyak dan air secara kontinu di alirkan ke splitting yang beroperasi pada suhu 250oc dan tekanan 50 atm. Gliserol dapat larut dalam air sedangkan asam lemak tidak larut, sehingga trigliserida terikat bersama asam lemak merupakan bagian atas dari produk di menara splitting. Sedangkan gliserol dan air berada di bottom menara. Reaksi yang terjadi bersifat endotermis (memerlukan panas). Selanjutnya produk gliserol yang masih mengandung sebagian besar air dilakuakan pemisahan dengan cara penguapan menggunakan evaporator yang merupakan unit operasi dimana gliserol dipisahkan dari komponen campurannya yaitu air. Hasil dari unit pemisahan ini diperkirakan menghasilkan produk gliserol 90,9%. Selanjutnya dilakukan distilasi dan operasi fraksionasi. Asam lemak yang dihasilkan dibersihkan dan dipisahkan dengan penyulingan dan fraksinasi
BAB III KESIMPULAN 1. Fat splitting (Pemecahan Lemak) adalah proses pemecahan lemak dengan reaksi hidrolisa antara air dan minyak menghasilkan gliserol dan asam lemak .
2. Proses pemecahan lemak ( fat splitting ) ada empat macam yaitu proses Twitchell, proses Autoclave Batch, proses Kontinu, dan proses secara Enzimatis 3. Proses Twitchell merupakan proses yang paling sederhana pada pemecahan lemak dan masih digunakan dalam skala kecil karena biayanya yang murah dan pengoperasian yang mudah. Namun, waktu reaksinya lama dan konsumsi steamnya tinggi 4. Proses Autoclave-Batch merupakan metode komersial paling tua yang digunakan untuk pemecahan lemak tingkat tinggi, waktu reaksinya lebih cepat daripada proses Twitchell. Namun, dibandingkan dengan proses Kontinu lebih lambat 5. Proses Kontinu merupakan proses yang paling efisien dalam metoda hidrolisis lemak, menghasilkan konversi yang paling tinggi diantara semua proses fat splitting dengan waktu reaksi yang singkat. 6. Proses secara Enzimatis memanfaatkan enzim lipase dari mikroorganisme
sebagai biokatalisator bagi reaksi penguraian minyak atau lemak (hidrolisis) menjadi gliserin asam-asam lemak murni tersebut, maka asam lemak hasil hidrolisis tersebut difraksinasi dengan cara destilasi 7. Pemilihan proses dipertimbangkan berdasarkan : konversi produk yang tinggi, waktu reaksi lebih singkat, dan biaya operasi yang lebih murah 8. Berdasarkan kriteria pemilihan proses di atas, maka proses kontinu adalah proses yang paling baik untuk diterapkan dalam proses pemecahan lemak yang paling efektif dan efisien
DAFTAR PUSTAKA
Austin S. 2000. Chemical Process Industries. New York: Mc-Graw Hill Anderson A, J. 1999. Refining Oils and Fats for Edible Purposes. New York: Pegamon Press Clark J. 2007. [terhubung berkala]. http://www.chemistry.org/pembuatanester. pdf. [18 Oktober 2011]. Fauzi S. 2006. Teknologi Oleokimia. Medan: Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Foglia W. 2007. The general applicapability of in situ transesterification for the production of fatty acid ester from variety af feedstock. J.am-Oil Chem. 10: 963-970. Mustofa H. 2003. Strategi Pengembangan Industri Kimia Berbasis Kelapa di Indonesia. [terhubung berkala]. http.//dekindo.com/mpipb/1231242haritskun-4783/kelapa20%.pdf.[18 Oktober 2011]. Samardi
A.
2009.
Teknologi
Oleokimia.
[terhubung
berkala].
http://ocw.usu.ac.id/course/teknologioleokimia/tkk322_handout_oleok imia.pdf.[19 Oktober 2011]. Samardi
A.
2009.
Oleokimia.
[terhubung
berkala].
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16124/Chapter%.pdf.[ 19 Oktober 2011 ]. Sulistyono I. 2008. Prarancangan Pabrik Asam Lemak dari Minyak Sawit [skripsi]. Surakarta: Universitas Muhamadiyah Surakarta. Widodo S. 2005. Kebijakan Pengembangan Industri Oleokimia Berbasis Minyak Sawit
di
Indonesia.
[terhubung
berkala].
http://itb.ac.id/en/education/255832/ChapterII.pdf.[19 Oktober 2011 ]. Wijayanti F. 2008. Pemanfaatan Minyak [skripsi]. Jakarta: FMIPA-UI.
