19

Kinetika Reaksi Transesterifikasi Minyak Goreng Bekas

Isalmi Aziz

Program Studi Kimia Fakultas Sains dan TeknologiUIN Syarif Hidayatullah Jakarta

emi_uin@yahoo.co.id

Abstrak

Biodiesel (metil ester) yang dihasilkan dari reaksi transesterifikasi minyak jelantahmerupakan bahan yang sangat potensial untuk menggantikan bahan bakar diesel. Biodieselini diproduksi secara sinambung dalam reaktor alir tangki berpengaduk (RATB). Pereaksiyang digunakan adalah metanol dan katalis KOH. Proses dilakukan dengan kecepatanpengadukan konstan sebesar 800 rpm, perbandingan ekivalen metanol dan minyak tetap1,54 kali stokiometri, dan waktu tinggal 60 menit. Sedangkan suhu dan konsentrasi katalisdivariasikan. Nilai konstanta kecepatan reaksi di tinjau pada kondisi unsteady state RATB.Korelasi konstanta kecepatan reaksi dengan suhu adalah k = 2(107) e-6312,2/T

ml/mgrek/menit dan konstanta kecepatan reaksi dengan konsentrasi katalis k =3(10-4) e5,8742.Ckat ml/mgrek/menit. Kondisi proses yang optimal adalah 333 K dankonsentrasi katalis 1 %.

Kata kunci : Biodiesel,minyak goreng bekas, transesterifikasi, RATB

Abstract

Metyl ester (biodiesel) were produced in continuous stirred tank reactor (CSTR) withmethanol reactan and KOH catalyst. The process is ran with the mixing intensities heldconstant at 800 rpm, the equivalen ratio of methanol-oil maintained constant at 54 %greather than its stochiometric ratio and 60 minute of recidence time. Temperature andcatalyst consentration are varied. Reaction rate constant is viewed in CSTR unsteady state.Correlation of reaction rate constant and temperature is k = 2(107) e-6312,2/T ml/mgrek/menit,while correlation of reaction rate constant and catalyst concentration is k = 3(10-4) e5,8742.Ckat

ml/mgrek/menit. Optimal process condition is obtained at 333 K and 1 % catalystconcentration.

Keywords : Waste cooking oil, biodiesel, transesterification, , CSTR

1. PENDAHULUAN

Minyak goreng bekas merupakanminyak yang berasal dari sisa minyakpenggorengan bahan makanan. Minyak gorengbekas maupun minyak nabati yang barutersusun atas gliserida yang mempunyai rantaikarbon panjang, yaitu ester antara gliseroldengan asam karboksilat. Perbedaan minyakgoreng bekas dengan minyak nabati yang baruterletak pada komposisi asam lemak jenuh dantak jenuhnya. Minyak goreng bekas memilikikandungan asam lemak jenuh lebih besar dariminyak nabati yang baru. Hal ini disebabkanpada proses penggorengan terjadi perubahanrantai tak jenuh menjadi rantai jenuh padasenyawa penyusunnya. Komposisi asam lemak

tak jenuh minyak jelantah adalah 30%sedangkan asam lemak jenuh 70% (Kusuma,2003).

Reaksi antara minyak (trigliserida)dan alkohol adalah merupakan reaksitransesterifikasi (Darnoko dan Cheryan,2000). Transesterifikasi adalah suatu reaksiyang menghasilkan ester dimana salah satupereaksinya juga merupakan senyawa ester.Jadi disini terjadi pemecahan senyawatrigliserida dan migrasi gugus alkil antarasenyawa ester. Ester yang dihasilkan darireaksi transesterifikasi ini disebut biodiesel. R’adalah gugus alkil dan R1 – R3 merupakangugus asam lemak jenuh dan tak jenuh rantaipanjang

20

Reaksi transesterifikasi merupakan reaksibolak balik yang relatif lambat. Untukmempercepat jalannya reaksi dan meningkatkanhasil, proses dilakukan dengan pengadukanyang baik, penambahan katalis dan pemberianreaktan berlebih agar reaksi bergeser ke kanan.Pemilihan katalis dilakukan berdasarkankemudahan penanganan dan pemisahannya dariproduk. Untuk itu dapat digunakan katalis asam, basa dan penukar ion (Groggins, 1958)

Reaksi transesterifikasi pada persamaan(1) dapat disederhanakan menjadi :

3 M + TG ES1 + ES2 + ES3 + G (2)dengan : M = metanol

TG = minyak, ES1, ES2, ES3 = esterG = gliserol

Persamaan reaksi (2) dapat disederhanakanmenjadi :3 M + TG 3 ES + G (3)

Jika dinyatakan dalam ekivalen, persamaan (3)menjadi :

M + TG E + G (4)

Darnoko dan Cheryan (2000),mereaksikan minyak sawit dengan metanolmenggunakan katalis KOH didapatkan orderreaksi dua terhadap trigliserida. Widiono (1995)juga mendapatkan order dua terhadaptrigliserida dari reaksi minyak jarak denganmetanol.

Reaksi metanol dengan minyak adalah :

(-r) = k.CTG2 (5)

Neraca masa metanol pada kondisi unsteadystate :Rate of input – rate of output – rate of reaction= rate of accumulation

MMTMM CVdt

dVrCvCv .).(.. 0 (6)

Dengan mensubstitusikan nilai (-r) daripersamaan (5) didapat persamaan :

2

0 . TGMT

MMM CkC

V

vC

V

v

dt

dC (7)

Neraca massa minyak pada kondisi unsteadystate:Rate of input – rate of output – rate ofreaction = rate of accumulation

TGTGTGTGTG CVdt

dVrCvCv .... 0 (8)

Dengan mensubstitusikan nilai (-r) daripersamaan (5) didapat persamaan :

2

0 . TGTGT

TGTGTG CkC

V

vC

V

v

dt

dC (9)

2. METODE PENELITIAN

Reaksi transesterifikasi minyak gorengbekas dilakukan pada kecepatan pengadukantetap 800 rpm, perbandingan metanol denganminyak secara stokiometri 1,54 : 1 dan waktutinggal 60 menit. Variabel yang divariasikanadalah suhu dan konsentrasi katalis.

Proses dijalankan secara sinambungdalam reaktor alir tangki berpengaduk.Minyak dengan volume tertentu dipanaskansampai suhu yang diinginkan. Larutanmetanol-KOH juga dipanaskan di tempatterpisah. Setelah suhu kedua umpan tercapai,kedua larutan dimasukan kedalam reaktor danpengaduk dihidupkan.

Selanjutnya umpan minyak dan larutanmetanol-KOH diumpankan kedalam reaktorsesuai dengan laju alir yang ditetapkan.Produk keluar dari reaktor secara sinambungdengan peluapan. Sampel diambil setiap 10menit untuk dianalisa kadar gliserolnyamenggunakan GC.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengaruh Suhu

Dari gambar 1 dapat dilihat bahwasemakin lama waktu reaksi konversi yangdihasilkan semakin besar. Hal ini disebabkankarena lamanya waktu reaksi memberikankesempatan yang besar bagi molekul-molekulreaktan untuk saling bertumbukan danbereaksi.

Kenaikan konversi pada sepuluhmenit pertama cukup tajam. Ini terlihat jelaspada suhu 323 K, dimana konversi yangdihasilkan mencapai 69,67 %. Ini disebabkankarena pada awal reaksi konsentrasi pereaksimasih tinggi sehingga reaksi dapatberlangsung dengan cepat. Setelah melewati

CH2-O-COR1 katalis R1COOR’ CH2OH

3 R’OH + CH-O-COR2 R2COOR’ + CHOH (1)

CH2-O-COR3 R3COOR’ CH2OHAlkohol

Trigliserida Ester Gliserol

21

kondisi ini kenaikan konversi yang dihasilkanhanya sedikit, rata-rata naik 2,5 % tiap 10menit.

Gambar 1. Grafik hubungan konversi reaksi denganwaktu pada variasi suhu

Kenaikan suhu reaksi juga menaikkankonversi transesterifikasi minyak jelantah.Kenaikan konversi sangat jelas terlihat padasuhu 303 sampai 333 K. Ini disebabkan karenasemakin tinggi suhu menyebabkan gerakanmolekul semakin cepat atau energi kinetik yangdimiliki molekul-molekul pereaksi semakinbesar sehingga tumbukan antara molekulpereaksi juga meningkat. Semua inimenyebabkan kecepatan reaksi semakin besar.Hal ini sesuai dengan persamaan Arrheniusyang menyatakan bahwa dengan naiknya suhumaka kecepatan reaksi juga akan meningkat.

Dari gambar 2 dapat dilihat bahwasetiap kenaikan suhu 10 oC konstanta kecepatanreaksi rata-rata naik dua kali lipat kecuali padasuhu 343 K, sehingga dapat disimpulkan bahwareaksi kimialah yang mengendalikan reaksi. Halini sesuai dengan teori yang dikemukakan olehWesternt dkk (1984), bahwa pada reaksi kimiasetiap kenaikan suhu 10 oC kecepatan reaksinaik 2 sampai 50 kali.

Pada suhu 343 K terjadi penurunankonversi transesterifikasi minyak jelantah. Halini disebabkan karena pada suhu 343 Ksebagian metanol mengalami perubahan fasadari cair menjadi gas, sehingga jumlah metanoldalam fasa cair berkurang. Kurangnya jumlahmetanol dalam fasa cair menyebabkan jumlahtumbukan antara molekul pereaksi berkurangsehingga kecepatan reaksi juga menurun.Penurunan konstanta kecepatan reaksi dapatdilihat pada gambar 2.

Gambar 2. Hubungan suhu dengankonstanta kecepatan reaksi

Dari gambar 2 dapat disimpulkan bahwanilai konstanta kecepatan reaksi maksimumdicapai pada suhu 333 K dengan k sebesar0,0996 ml/mgrek/menit. Ini menunjukkanbahwa pada suhu 333 K adalah suhu optimumproses. Korelasi konstanta kecepatan reaksidengan suhu dapat dilihat pada gambar 3.

Gambar 3. Hubungan konstanta kecepatan reaksidengan 1/T

Dari gambar 3 didapatkan persamaan sebagaiberikut:

Tk

2,6312exp10.2 7

(10)

Gambar 3. Hubungan konstanta kecepatan reaksidengan 1/T

Dari persamaan (10) didapatkan energiaktivasi sebesar 12542,3 kal/gmol dan frekuensitumbukan 2(107) ml/mgrek/menit. Energi aktivasiyang dihasilkan besar dari 10.000 kal/gmol, hal inimemperkuat bahwa reaksi kimia yangmengendalikan reaksi.

Pengaruh Konsentrasi Katalis

Dari gambar 4 dapat dilihat bahwasemakin tinggi konsentrasi katalis, konversireaksi semakin besar. Hal ini disebabkankarena dengan naiknya kosentrasi katalis akansemakin menurunkan energi aktivasi, sehinggameningkatkan jumlah molekul yangteraktifkan yang mengakibatkan kecepatanreaksi menjadi naik.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 10 20 30 40 50 60 70

Waktu, menit

Ko

nv

ers

i

SUHU 303 K

SUHU 313 K

SUHU 323 K

SUHU 333 K

SUHU 343 K

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

300 310 320 330 340 350

Suhu, K

kr,

ml/

mg

rek

/me

nit

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.003 0.003 0.0031 0.0031 0.0032 0.0032 0.0033 0.0033 0.0034

1/T

kr,

ml/m

gre

k/m

en

itdata

Expon. (data)

2

Gambar 4. Grafik hubungan konversi dengankonsentrasi katalis

Kenaikan konversi dan konstantakecepatan reaksi yang terjadi cukup signifikan,tetapi pada konsentrasi 1% menuju 1,25 %,kenaikan ini tidak cukup berarti. Secarakeseluruhan konversi pada konsentrasi 1 %lebih tinggi dari konsentrasi 1,25 %, kecualipada menit ke 60 konversi lebih besar. Hal inidisebabkan karena terjadinya reaksi sampingantara katalis KOH dengan minyak yangdikenal dengan saponifikasi atau reaksipenyabunan yang menyebabkan hasilpenyabunan berupa surfaktan menghalangikontak antara minyak dengan metanol.Akibatnya kecepatan reaksi dan konversi yangdihasilkan menurun.

Dari gambar 5 didapatkan bahwa nilaikonstanta kecepatan reaksi maksimum didapatpada konsentrasi katalis 1% yaitu 0,0920mgrek/ml/menit untuk reaksi heterogen dan0,0996 mgrek/ml/menit untuk model homogen.

Hubungan antara kosentrasi katalisdengan konstanta kecepatan reaksi dapat dilihatpada gambar berikut.

s

k = 3(10-4) exp ( 5,8742. Ckat ) (10)

4. KESIMPULAN

Dari penelitian yang telah dilakukan,dapat diambil kesimpulan :1. Kenaikan suhu dan konsentrasi katalis

dapat meningkatkan konversi dankecepatan reaksi transesterifikasi minyakjelantah.

2. Hubungan antara suhu dengan konstantakecepatan reaksi :

Tk r

2,6312exp10.2 7

3. Hubungan antara suhu dengan konstantakece-patan reaksi

k = 0,0003 exp ( 5,8742. Ckat )

UCAPAN TERIMA KASIH

Pada kesempatan ini penulismengucapkan terima kasih kepada Bapak DR.Ir. Bardi Murachman, SU, DEA, dan Bapak Ir.Supranto, MSc, PhD atas segala masukan dansarannya, pimpinan dan staff LaboratoriumTeknologi Minyak Bumi dan LaboratoriumKonversi Energi FT UGM atas semua saranadan prasarana, dan teman-teman HIMMPASUGM, S1 dan S2 Teknik Kimia UGM atassegala do’a dan dukungannya.

NOMENKLATUR

CM0 = Konsentrasi metanol mula-mula,mgrek/mlCM = Konsentrasi metanol, mgrek/mlCTG0 = Konsentrasi minyak mula-mula,mgrek/ml

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Konsentrasi katalis, % berat minyak

Ko

nv

ers

i

t=10 menit

t=20 menit

t=30 menit

t=40 menit

t=50 menit

t=60 menit

2

Gambar 5. Hubungan konstanta kecepatan reaksidengan konsentrasi katalis

Dari gambar 5 didapatkan persamaanebagai berikut:

CTG = Konsentrasi minyak, mgrek/mlk = Konstanta kecepatan reaksi

ml/mgrek/menitr = Laju reaksi, ml/menitR’ = Gugus alkilR1 = Gugus asam lemak jenuh dan takjenuh

rantai panjangT = Suhu, KV = Volume reaktor, ml

DAFTAR PUSTAKA

1. Darnoko, D and Cheryan, M., 2000, “Continuous Production of Palm MetylEster ”, J. Am.Oil Chem.Soc., 77, 1269-

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Konsentrasi katalis, % berat minyak

kr,

ml/

mg

rek

/me

nit

23

1272.2. Groggins, P.H., 1958, “ Unit Processes in

Organic Synthesis “, 5 ed., Mcgraw HillBook Company, New York.

3. Kusuma, I.G.B.W., 2003,” PembuatanBiodiesel dari Minyak Jelantah danPengujian terhadap Prestasi Kerja MesinDiesel”, Poros, volume 6 no 4 2003,hal 227-234.

4. Westerterp, K.R., Van Swaaij, W.P.M., andBeenackers, A.A.C.M., 1984, “ ChemicalReactor and Operation ”, 2 ed., pp. 16, JohnWily and Sons, New York.

5. Widiono, B., 1995, “ Alkoholisis MinyakBiji Jarak dalam Reaktor Kolom Berpulsasecara Sinambung Ditinjau Dari SegiKinetika”, Tesis diajukan kepada FakultasPasca Sarjana UGM, Yogyakarta.