LABORATORIUM SATUAN PROSES

SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2013 / 2014

MODUL : Pembuatan Metil Ester (Biodiesel)PEMBIMBING : Dra. Nancy Siti Djenar, MS

oleh :

Kelompok 1

Abdussalam Topandi 121424001Achmad Faisal 121424002Ade Julistian 121424003Adi Bayu Saputra 121424004

Kelas 2A-TKPB

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH

JURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2013

Tanggal Praktikum : 8 Oktober 2013

Tanggal Pengumupulan : 22 Oktober 2013

(Laporan)

I. PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang

Senyawa- senyawa ester hasil esterifikasi secara komersial telah banyak diproduksioleh industry, diantaranya adalah ester asetat dari alcohol yang digunakan sebagai pelarut danzat aditif pada parfum. Pada industry makanan dan minuman, etil dan butyl asetat digunakansebagai zat pemberi rasa ( flavorings ).

Pada saat ini telah dikembangakan sumber energy terbarukan yang disebut BahanBakar Nabati (BBN). Biodiesel adalah salah satu BBN yang dibuat dari minyak nabatimelalui esterifikasi, transesterifikasi atau gabungan keduanya. Minyak nabati yangmengandung asam lemak bebas ( free fatty acid ) tinggi ( > 2 % ) selain akan mengurangiperolehan biodiesel juga akan menyebabkan korosif terhadap mesin. Hal tersebut dapatdicegah dengan melakukan esterifikasi minyak terlebih dahulu yang kemudian dilanjutkandengan 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 mahasiswaini dapat dimanfaatkan diantarnya sebagai bahan kimia/pelarut untuk pratikum lain jugaproduk biodiesel. Disamping itu mahasiswa akan memperoleh pengetahuan serta pemahamanpraktis mengenai unit-unit proses dan operasi diantarnya refluks, ekstraksi, dan destilasibeserta tahapannya.

1.2 TujuanPada 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 mutubiodiesel Indonesia, SNI-04-7182-2006

II. DASAR TEORI

2.1 Biodiesel

Biodiesel merupakan monoalkil ester dari asam-asam lemak rantai panjang yangterkandung dalam minyak nabati atau lemak hewani untuk digunakan sebagai bahan bakarmesin diesel. Biodiesel dapat diperoleh melalui reaksi transesterikasi trigliserida danatau reaksi esterifikasi asam lemak bebas tergantung dari kualitas minyak nabati yangdigunakan sebagai bahan baku. Transesterifikasi adalah proses yang mereaksikantrigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewani dengan alkohol rantai pendek sepertimethanol atau etanol (pada saat ini sebagian besar produksi biodiesel menggunakan metanol)menghasilkan metil ester asam lemak (Fatty Acids Methyl Esters / FAME) atau biodiesel dangliserol (gliserin) sebagai produk samping. Katalis yang digunakan pada prosestranseterifikasi adalah basa/alkali, biasanya digunakan natrium hidroksida (NaOH) ataukalium hidroksida (KOH). Esterifikasi adalah proses yang mereaksikan asam lemak bebas(FFA) dengan alkohol rantai pendek (metanol atau etanol) menghasilkan metil ester asamlemak (FAME) dan air. Katalis yang digunakan untuk reaksi esterifikasi adalah asam,biasanya asam sulfat (H2SO4) atau asam fosfat (H2PO4). Berdasarkan kandungan FFAdalam minyak nabati maka proses pembuatan biodiesel secara komersial dibedakanmenjadi 2 yaitu :

1. Transesterifikasi dengan katalis basa (sebagian besar menggunakankalium hidroksida) untuk bahan baku refined oil atau minyak nabati dengan kandungan FFArendah.

2. Esterifikasi dengan katalis asam ( umumnya menggunakan asam sulfat) untukminyak nabati dengan kandungan FFA tinggi dilanjutkan dengan transesterifikasidengan katalis basa.

Proses pembuatan biodiesel dari minyak dengan kandungan FFA rendah secarakeseluruhan terdiri dari reaksi transesterifikasi, pemisahan gliserol dari metil ester, pemurnianmetil ester (netralisasi, pemisahan methanol, pencucian dan pengeringan/dehidrasi),pengambilan gliserol sebagai produk samping (asidulasi dan pemisahan metanol) danpemurnian metanol tak bereaksi secara destilasi/rectification. Proses esterifikasi dengankatalis asam diperlukan jika minyak nabati mengandung FFA di atas 5%. Jika minyakberkadar FFA tinggi (>5%) langsung ditransesterifikasi dengan katalis basa maka FFA akan

bereaksi dengan katalis membentuk sabun. Terbentuknya sabun dalam jumlah yang cukupbesar dapat menghambat pemisahan gliserol dari metil ester dan berakibat terbentuknyaemulsi selama proses pencucian. Jadi esterifikasi digunakan sebagai prosespendahuluan untuk mengkonversikan FFA menjadi metil ester sehingga mengurangikadar FFA dalam minyak nabati dan selanjutnya ditransesterifikasi dengan katalis basauntuk mengkonversikan trigliserida menjadi metil ester.

2.2 Esterifikasi

Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester. Esterifikasimereaksikan minyak lemak dengan alkohol. Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakterasam kuat, dan karena ini, asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation asamkuat merupakan katalis-katalis yang biasa terpilih dalam praktek industrial(Soerawidjaja, 2006).

Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna padatemperatur rendah (misalnya paling tinggi 120 C), reaktan metanol harus ditambahkandalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah stoikhiometrik)dan air produk ikutan reaksi harus disingkirkan dari fasa reaksi, yaitu fasa minyak.Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisi reaksi dan metodepenyingkiran air, konversi sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapatdituntaskan dalam waktu 1 sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi dari asam lemakmenjadi metil ester adalah :

RCOOH + CH3OH RCOOH3 + H2O

Asam Lemak Metanol Metil Ester Air

Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asamlemak bebas tinggi (berangka-asam 5 mg-KOH/g). Pada tahap ini, asam lemak bebas akandikonversikan menjadi metil ester. Tahap esterifikasi biasa diikuti dengan tahaptransesterfikasi. 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 besarsehingga akan menghasilkan konversi yang besar. Jika kesetimbangan reaksi sudah tercapaimaka dengan bertambahnya waktu reaksi tidak akan menguntungkan karena tidakmemperbesar hasil.

b. Pengadukan

Pengadukan akan menambah frekuensi tumbukan antara molekul zat pereaksi denganzat yang bereaksi sehingga mempercepat reaksi dan reaksi terjadi sempurna. Sesuai denganpersamaan Archenius :

k = A e(-Ea/RT)

dimana, T = Suhu absolut ( C)

R = Konstanta gas umum (cal/gmol K) 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-katalis-metanol merupakan larutan yang immiscible.

c. Katalisator

Katalisator berfungsi untuk mengurangi tenaga aktivasi pada suatu reaksi sehinggapada suhu tertentu harga konstanta kecepatan reaksi semakin besar. Pada reaksiesterifikasi 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 yangdihasilkan, hal ini sesuai dengan persamaan Archenius. Bila suhu naik maka harga k makinbesar 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 peralatanrefluks.

Peralatan refluks : 1. Reaktor 1 buah2. Penangas paraffin 1 buah3. Kondensor 1 buah4. Thermometer 1 buah5. Tabung CaCl2 1 buah6. Motor pengaduk 1 buah7. Selang silikon 75 cm, 3 buah

Peralatan pendukung :1. Neraca analitik2. Viscometer3. Refraktometer4. Piknometer5. hotplate6. Gelas kimia (100 mL, 250 mL dan 1 L )7. Indikaotor Ph8. Corong pisah dan Kertas Saring

Bahan yang digunakan : 1. Metanol 100 mL2. Minyak Kelapa Sawit 300 mL3. Asam Sulfat pekat p.a 3%-v/minyak 10 mL4. Aquadest

3.2 Rancangan Percobaan

Rancangah pembuatan metal asetat mengikuti urutan kerja sebagai berikut;

AnalisisAwal

Minyak

Refluks

Reaktan + Katalis

t : 60, T : 60OC

Pemisahan Penetralan Penguapan AnalisiProduk

3.3 Prosedur Kerja

Analisa Minyak KelapaSawit yang akandijadikan biodiesel

Biodieseldipanaskan hinggaairnya menguap

Analisa secaraKualititatif

Tambah Na2SO4, lalusaring dengan kertassaring

Masukkan minyak dan methanoldengan perbandingan 3:1(minyak:methanol), dilakukanpengadukan

Tanbah katalis H2SO4pekat sebanyak 3% pervolum minyak

T = 600 C

t = 60 menit

Masukkan hasil kedalam corong pisah,tunggu sampai suhuruang, bagian atasbiodiesel dan buangbagian bawah

Netralkan pH denganlarutan NaOH

Panaskan hingga airyang terbentukmenguap

Analisa secaraKualititatif

3.4 Tabel Dataa. Data Pengamatan

NO. Bahan Kimia Rumus Volume BM TitikDidih

MassaJenis

Viskositas

Keterangan

1. MinyakKelapa Sawit

(AsamPalmitat)

C16H32O2 300 ml 256gr/mol

351 352 0C

0,853gr/ml

Reaktan(Pereaksi

Pembatas).

2. Metanol CH3OH 100 ml 32gr/mol

64,7 0C 0,7918gr/ml

- Reaktan.

3. Asam Sulfat H2SO4 10 ml 98gr/mol

290 0C 1,84gr/ml

- Katalis.

4. NatriumHidroksida

NaOH - 40gr/mol

13880C

2,301gr/ml

- UntukNetralisasi

produk.5. Natrium

Sulfat AnidratNa2SO4.10H2O

- 322gr/mol

14290C

2,664gr/ml

- Untukmenarik sisa

air.6. Metil Ester C17H34O2 300 ml 270

gr/mol- Produk.

b. Uji Kualitatif BiodieselPraktikum

Tanpa Na2SO4 Setelah ditambahNa2SO4

Massa Jenis (gr/ml) 0,8884 0,8736

Viskositas (cSt) 2,5 2,9

IV. KESELAMATAN KERJA

1. Mengingat bahaya serta sifat bahan yang digunakan, maka untuk keselamatan kerja perludiperhatikan hal hal tersebut dibawah ini.

2. Asam Sulfat pekat bersifat korosif akan menyebabkan iritasi. Jika mengani kulit dapatmenyebabkan luka. Uap asam tersebut bila terhirup akan menyulitkan pernapasan sehinggaharus disimpan di dalam lemari asam.

3. Dalam percobaan ini pratikan wajib mengenakan jas lab. Sarung tangan, masker dan kacamata 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 C15H31COOCH3 + H2O

M 0,9996 2,4744

B 0,9996 0,9996 0,9996 0,9996

S - 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 Literatur (SNI-04-7182-2006)Tanpa Na2SO4 Setelah ditambah

Na2SO4Massa 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 melaluiEsterifikasi. Yaitu dengan cara mereaksikan Alkohol dan Asam Karboksilat atau senyawaturunan dari Asam Karboksilat. Senyawa Ester yang dibuat dalam percobaan ini adalah MetilEster (Biodiesel). Alkohol yang digunakan adalah Metanol, sedangkan Asam Karboksilatyang digunakan adalah Asam Palmitat (Asam Lemak bebas) yang berasal dari Minyak kelapasawit. Kandungan Asam Palmitat dalam Minyak kelapa sawit merupakan Asam lemak jenuhterbanyak yaitu sekitar 40-46 %.

Tabel 1. Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit dan Minyak Inti

Kelapa Sawit (Sumber : Kataren, 1986)

Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit (%) Minyak Inti Sawit (%)Asam Kaprilat - 3 4Asam Kaproat - 3 -7Asam Laurat - 46- 52

Asam Miristat 1,1 2,5 14 17Asam Palmitat 40 46 6,5- 9Asam Stearat 3,6 4,7 1- 2,5Asam Oleat 39 45 13-19

Asam Linoleat 7 11 0,5-2

Pada percobaan ini, diasumsikan Minyak kelapa sawit yang bereaksi adalah AsamPalmitat seluruhnya. Reaksi esterifikasi ini terjadi dengan perbandingan volume MinyakKelapa sawit (Asam Palmitat) dan Metanol yaitu 3:1. Dengan Asam Palmitat berperansebagai pereaksi pembatas.

Reaksi organik pada umumnya adalah reaksi yang lambat, maka dari itu harusditambah katalis pada prosesnya. Pada percobaan ini, katalis yang digunakan adalah H2SO4pekat. Penambahan H2SO4 ini dilakukan secara perlahan tetes demi tetes. Karena H2SO4bersifat eksoterm, sehingga dapat menyebabkan asap bahkan ledakan. Proses esterifikasidalam praktikum ini dilakukan dalam 3 tahap :

1. Refluks

Proses pertama dilakukan dengan proses refluks yakni proses dimana terjadinya reaksiantara asam palmitat dan metanol. Refluks merupakan metode pemanasan yang tidakmengurangi massa dan energi dari sistem reaktor. Hal ini terjadi karena uap hasil pemanasanmengalami pendinginan di kondensor sehingga terkondensasi kembali menjadi cairan dan

masuk kembali ke reaktor. Supaya, larutan dalam reaktor homogen, maka dilakukanpengadukan secara konstan. Agar reaksi berjalan dengan baik. Pada awalnya suhu diset 60oC.Proses Refluks ini dihentikan ketika suhu telah mencapai suhu maksimum. Pada percobaanini suhu maksimumnya adalah sekitar 68oC. Proses pengadukan dalam reaktor berlangsungselama 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 airyang terbentuk, didiamkan terlebih dahulu sampai larutan tersebut mencapai suhu ruang.Supaya terlihat perbedaan antara metil ester dan air. Pemisahan dengan corong pisah iniberdasarkan sifat kelarutan zat. Perbedaan kelarutan ini dapat teramati ketika larutan dalamcorong pisah terbagi menjadi 2 lapis. Seperti berikut :

Lapisan atas adalah Metil Ester, dan lapisan bawah adalah air. Massa jenis air yang lebihbesar daripada metil ester menyebabkan air berada dilapisan bawah. Larutan metil ester yangdidapat adalah sebanyak 300 ml. Selanjutnya, Metil ester yang telah dipisahkan dipanaskanagar sisa air nya menguap.

3. Penetralan

Karena menggunakan katalis Asam, larutan produk tentu berada dalam suasana asam.Untuk menetralkan asam tersebut (H2SO4), Larutan produk di tambahkan NaOH 1M sampaipH = 7. Produk samping dari proses netralisasi tersebut adalah kembali terbentuk Air.Selanjutnya, Larutan Metil ester tersebut kembali diuapkan airnya. Sebagai bahanperbandingan analisis, Setelah larutan metil ester tersebut diuapkan kemudian di bagi menjadi

2 larutan. Jumlah masing-masing sekitar 150 ml. Selanjutnya, kepada salah satu dari larutanproduk tersebut di tambahkan kristal Na2SO4. Tujuan dari penambahan Na2SO4 anhydrous agarair pada produk habis, karena sifatnya yang dapat menyerap air. Setelah ditambahkan kristal,kemudian disaring. Kemudian dilakukan analisa pada kedua larutan (Metil ester tanpa Na2SO4anhydrous dan Metil ester dengan Na2SO4 anhydrous).

4. Analisa Kualitatif

Berikut tabel perbandingan Metil ester (Biodiesel) percobaan dengan literatur :

Praktikum Literatur (SNI-04-7182-2006)Tanpa Na2SO4 Setelah ditambah

Na2SO4Massa 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 hasilpercobaan, masih dalam kisaran Massa jenis dan Viskositas Metil ester (Biodiesel) sesuailiteratur (SNI-04-7182-2006). Jadi, dapat dikatakan Metil ester yang dibuat adalah cukupbaik. Ada pun perbedaan dari Massa jenis Metil ester tanpa atau setelah ditambah Na2SO4adalah dipengaruhi oleh kemurniannya. Massa jenis Metil Ester tanpa Kristal Na2SO4 dapatdikatakan masih mengandung air, jadi massa jenisnya lebih besar. Sedangkan untukViskositas, tentu nilai Viskositas dari Metil Ester yang dapat dikatakan lebih murni (Setelahditambah Kristal Na2SO4 ) adalah lebih besar (lebih kental). Karena sisa air yang terkandungnya 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 produkmaksimal).

Berikut perbandingan produk percobaan dengan literatur :

Praktikum Literatur (SNI-04-7182-2006)Tanpa Na2SO4 Setelah ditambah

Na2SO4Massa 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 GrantrPress Publisher, Massachusetts, USA.

2. Groggins, P. H., Unit Proceses in Organic synthesis, Fifth Edition, International StudentEdition, 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 CompletelyRevised Edition, Interscience Publishers a division of john Wiley & 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