Prarancangan pabrik Metil Ester dari Minyak Jarak Pagar ...eprints.ums.ac.id/47477/19/BAB...

Prarancangan pabrik Metil Ester dari Minyak Jarak Pagar dan Metanol Kapasitas 65.000 ton/tahun

Ati’ah Pratiwi

D500 120 015 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Seiring berjalannya waktu, kebutuhan energi semakin meningkat dan tidak

dapat dihindari dari kehidupan masyarakat. Peningkatan ini akan terus terjadi seiring

dengan meningkatnya populasi manusia, aktivitas industri, dan kemajuan teknologi

transportasi. Salah satu sumber energi yang sering kita gunakan adalah minyak bumi

yang berasal dari fosil. Cadangan bahan bakar minyak di Indonesia semakin hari

semakin menipis dan diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 10-15 tahun lagi.

Saat ini, kelangkaan pasokan energisering terjadi di sebagian besar wilayah

Indonesia. Kelangkaan tersebut meliputi pasokan BBM, gas, batubara dan energi

listrik (Yunizurwan, 2007).

Salah satu cara untuk mengatasi masalah kelangkaan energi adalah

mengembangkan sumber energi alternatif. Selain semakin menipisnya jumlah

cadangan bahan bakar fosil, penggunaan bahan bakar fosil akan menimbulkan

masalah kerusakan lingkungan yang diakibatkan oleh penggerusan fosil, menurunnya

kualitas udara akibat pembakaran bahan bakar fosil yang mengandung gas belerang

dan menyebabkan kenaikan suhu bumi (global warming). Oleh karena itu, diperlukan

sumber energi lain sebagai energi alternatif yang dapat diperbaharui dan ramah

lingkungan.

Biodiesel merupakan salah satu solusi untuk mengatasi masalah energi.

Biodiesel adalah bahan bakar yang berasal dari minyak nabati (tanaman atau lemak

nabati) yang disebut dengan bahan bakar nabati (BBN). Biodiesel juga sangat

komparatif dibandingkan dengan bentuk energi lain, seperti memiliki kerapatan

energi per volume yang lebih tinggi, memiliki sifat pelumasan terhadap piston mesin

karena termasuk kelompok minyak tidak mengering (non drying oil), mampu

mengurangi emisi karbondioksida dan efek rumah kaca, memiliki karakter

pembakaran relatif bersih, lebih mudah ditransportasikan, biaya produksi rendah,

Prarancangan pabrik Metil Ester dari Minyak Jarak Pagar dan Metanol

Kapasitas 65.000 ton/tahun 2

Ati’ah Pratiwi D500 120 015

dapat diperbarui (renewable), dapat terurai (biodegrable). Disamping itu,

emisi gas buang dari biodiesel ini bebas dari sulfur, tidak beracun (non toxic), dan

terbakar sempurna dengan bilangan asap (smoke number) yang lebih tinggi yaitu 62

sehingga biodiesel memiliki sifat ramah lingkungan.

Dalam pembuatan biodiesel menggunakan proses “transesterifikasi” yaitu dengan

mengubah trigliserida menjadi metil ester dan gliserol. Molekul trigliserida akan

melepaskan tiga asam lemak menggantikan gugus alkohol dari ester dengan gugus

alkohol lain. Dalam proses ini, menggunakan basa atau asam sebagai katalisnya. Hal

ini bertujuan untuk menurunkan viskositas dan meningkatkan daya pembakaran

minyak, sehingga dapat memenuhi syarat sebagai bahan bakar alternatif (Susilo,

2006).

Indonesia merupakan negara agraris yang mempunyai berbagai jenis tumbuhan

yang mempunyai potensi sebagai bahan baku biodiesel yang dikelola oleh komoditas

perkebunan penghasil minyak nabati. Komoditas perkebunan penghasil minyak

nabati di Indonesia yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel

diantaranya ubi kayu, kelapa sawit, kelapa, kacang, jagung dan jarak pagar. Sebagian

besar minyak nabati banyak diproduksi untuk keperluan pangan. Untuk itu

dibutuhkan tanaman yang menghasilkan minyak bukan untuk keperluan pangan

tetapi untuk menggantikan BBM. Salah satu tanaman yang berpotensi sebagai bahan

baku pembuatan biodiesel adalah tanaman jarak pagar. Sehingga pemanfaatannya

sebagai bahan baku biodiesel tidak akan mengganggu penyediaan kebutuhan minyak

nabati (makan) nasional, kebutuhan industri oleokimia dan ekspor Crude Palm Oil.

Terdapat 175 jenis tanaman jarak, namun yang banyak tumbuh dan dikenal oleh

masyarakat Indonesia adalah jarak pagar (Jatropha curcas linneus) dan jarak Kaliki

(ricinus communis linn) (Sudradjat, 2006). Jarak pagar dikenal sebagai tanaman

konservasi karena dapat tumbuh diberbagai jenis tanah dan iklim. Pengembangan

minyak jarak pagar sebagai bahan baku biodiesel mempunyai potensi yang sangat

besar karena selainmenghasilkan minyak dengan produktivitas tinggi yaitu sekitar

1.590 kg/1.892 liter minyak/ha/tahun, juga dapat berfungsi sebagai pengendali erosi

serta perbaikan tanah (Syah, 2006). Hampir seluruh bagian tanaman dari tanaman




jarak pagar dapat dimanfaatkan, daun sebagai bahan makanan pada peternakan ulat

sutera, tempurung biji untuk arang aktif, getah dan daun biopestisida, kayu tua untuk

pulp kertas, papan serat, bahan bakar dan serat kulit buah untuk kompos. Limbah

proses pembuatan biodiesel akan menghasilkan bungkil untuk makanan ternak,

biopestida serta gliserin untuk bahan kimia dan kosmetika. Pada area tanaman yang

luas, produksi nektarnya dapat diekplorasi untuk produksi lebah madu. Hal ini

dapatmeningkatkan pertumbuhan industri rakyat seperti sabun cuci, pupuk,

biopestisida, gliserin, pulp kertas, papan serat dan lain-lain (Sudradjat, 2006).

Mengingat semakin meningkatkannya kebutuhan energidan semakin menipisnya

cadangan energi maka peranan biodiesel dari minyak jarak pagar sebagai energi

alternatif menjadi sangat penting sehingga timbul pemikiran untuk mendirikan pabrik

ini di Indonesia. Biodiesel dari minyak jarak pagar ini, merupakan bahan bakar yang

ramah lingkungan dan dapat diperbaharui sehingga dapat mengurangi jumlah impor

solar. Selain itu, dengan turunnya jumlah impor solar akan menghemat devisa negara,

dapat memberi nilai ekonomi pada tanaman jarak pagar sehingga memicu

perekonomian untuk rakyat kecil, pemilik kebun jarak pagar dan pengolah biji jarak,

serta memicu munculnya industri-industri baru sehingga mengurangi angka

pengangguran di Indonesia.

1.2. Kapasitas Rancangan

Dalam menentukan kapasitas pabrik biodiesel ini ada beberapa pertimbangan

yang perlu diperhatikan, yaitu :

1.2.1. Proyeksi kebutuhan biodiesel dalam negeri

Proyeksi kebutuhan bahan bakar altertif sekarang semakin meningkat

karena semakin menipisnya minyak bumi.Salah satunya bahan bakar alternatif

dari biodiesel yang berasal dari minyak jarak pagar.Biodiesel dari minyak jarak

pagar ini selain untuk mengatasi krisis BBM serta dapat mengurangi terjadinya

polusi udara.Biodiesel ini juga memberi keuntungan pada masyarakat petani jarak

pagar. Berikut ini data perkembangan solar di Indonesia:




Tabel 1.1. Perkembangan Kebutuhan Bahan Bakar Biodiesel di Indonesia

(Badan Pusat Statistik, 2015)

Gambar 1.1. Grafik Kebutuhan Metil Ester Di Indonesia

Berdasarkan tabel 1.1. kita dapat melihat bahwa permasalahan energi

merupakan hal serius untuk segera ditangani saat ini, dimana salah satu solusinya

adalah dengan mengembangkan sumber energi alternatif.

1.2.2. Ketersediaan bahan baku

Ketersediaan bahan baku merupakan faktor utama dalam menentukan

kelangsungan suatu pabrik. Persediaan bahan baku jarak pagar relatif mudah

didapat dan tidak perlu mengimpor, melainkan dapat diperoleh dari dalam negeri.

-

500,000

1.000,000

1.500,000

2.000,000

2.500,000

3.000,000

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Me

til E

ste

r (t

on

)

Tahun

Grafik Kebutuhan Metil Ester

Tahun Kebutuhan (Ton/Tahun)

2011 2.223,633

2012 2.044,947

2013 1.211,517

2014 2.753,021

2015 2.389,842




Berdasarkan Inpres nomor 6 tahun 2006, pemerintah merencanakan

pengembangan tanaman jarak pagar di Jawa Timur seluas 59.400 ha (Sudrajat,

2006). Bahan baku metanol yang juga sebagai bahan baku dapat diperoleh dari PT

Kaltim Metanol di Kalimantan, sedangkan untuk NaOH dapat diperoleh dari PT

Tjiwi Kimia di Jawa Timur.

1.2.3. Kapasitas minimal

Di Indonesia telah ada beberapa pabrik biodiesel dari minyak nabarti yang

telah berdiri. Misalnya, di kawasan Puspitek Serpong telah beroperasi pabrik

biodiesel dengan kapasitas 1,5 ton/hari, pabrik milik BPPT yang telah beroperasi

dengan kapasitas 3 ton/hari, pabrik milik PT Rajawali Nusantara Indonesia 1,5

ton/hari, dan lain-lain (Susilo,2006). Namun pada umumnya pabrik biodiesel yang

telah berdiri menggunakan minyak sawit (Crude Palm Oil) sebagai bahan baku,

sedangkan yang menggunakan bahan baku minyak jarak pagar masih dalam skala

kecil. Berikut pabrik biodiesel dari minyak jarak :

Tabel 1.2 Data pabrik biodiesel dari minyak jarak di Indonesia.

No. Nama Pabrik Kapasitas

1. BBKK Departemen Perindustrian, Jakarta 300 liter/hari

2. Ponpes. Uswatun Hasanah Kayeli, Pulau Buru, Ambon 300 liter/hari

3. PLN Mataram, NTB 1 ton/hari

4. POLITEKNIK Lampung 300 liter/hari

5. PTPN IV. Tebing Tinggi, Sumut 5 ton/hari

6. Pemda Riau, Pekanbaru 8 ton/hari

7. PT. Multikimia Inti Pelangi, Cibitung 20 ton/hari

8. PT. Surya Agung, Bogor 600 liter/hari

(PT. Kreatif Energi Indonesia, www.indofuel.com)

Dari data pada tabel 1.2 diatas diperoleh keputusan bahwa pabrik biodiesel yang

akan didirikan dirancang dengan kapasitas 65.000 ton/tahun. Kapasitas ini dipilih

http://www.indofuel.com/




sebagai langkah awal dalam tahap pengenalan biodiesel dari minyak jarak. Jika

konsumen pasar semakin meningkat maka akan diperluas dan ditingkatkan

kapasitasnya, agar mampu memenuhi kebutuhan dalam negeri maupun dapat diekspor

ke luar negeri.

1.3.Lokasi Pabrik

Dalam menentukan lokasi pabrik juga harus dipertimbangkan faktor-faktor

penunjang satu sama lain yang saling berkaitan. Lokasi suatu pabrik ditentukan oleh

beberapa faktor, diantaranya : sumber bahan baku, transportasi, utilitas, lapangan

kerja, fasilitas, luas lahan yang dibutuhkan, serta pengaruh politik-ekonomi dan lain-

lain.

Berdasarkan beberapa pertimbangan, pabrik biodiesel dari minyak jarak pagar ini

akan didirikan di wilayah Gresik, Jawa Timur. Berikut pertimbangan-pertimbangan

ynag harus diperhatikan dalam pemilihan lokasi pabrik biodiesel ini:

1.Faktor Utama

Faktor utama dalam pemilihan lokasi pendirian suatu pabrik adalah

sebagai berikut :

a. Penyediaan bahan baku

Jarak anatara tempat dan lokasi pengambilan bahan baku dapat

mempengaruhi kemampuan bersaing dan menghemat biaya produksi.

Pendirian lokasi di Jawa Timur sangat dimungkinkan karena ketersediaan

bahan baku tercukupi dan jarak antara pabrik dengan sumber bahan baku

sangatlah mendukung sehingga dapat menghemat biaya. Bahan baku

diperoleh dari perkebunan jarak pagar di daerah Jawa Timur.

b. Daerah pemasaran

Produk yang dihasilkan merupakan biodiesel. Biodiesel ini merupakan

bahan bakar untuk transportasi yang bermesin diesel berat, untuk itu

pemasarannya diharapkan juga dapat di ekspor. Selain dipasarkan sendiri,

diharapkan dapat bekerja sama dengan PT. Perusahaan Listrik Negara




(PLN) dan PT. Pertamina, sehingga dapat menghemat minyak bumi dan

dapat mengurangi polusi udara.

c. Tenaga Kerja

Lokasi suatu pabrik bergantung pada ketersediaan tenaga kerja untuk

menunjang kelancaran proses produksi. Tenaga kerja yang dibutuhkan

sebagian besar tenaga yang berpendidikan kejuruan atau menengah.Untuk

memenuhi kebutuhan tenaga kerja dapat diperoleh dari daerah sekitar

lokasi pabrik serta dapat memberikan kesempatan untuk masyarakat luar

daerah lokasi pabrik.

d. Utilitas

Utilitas merupakan sarana penunjang baik untuk proses produksi maupun

karyawan. Fasilitas utilitas meliputi jumlah air, listrik, bahan bakar.

Persediaan air dapat diperoleh dari sungai yang terletak dekat daerah

lokasi pabrik. Untuk persediaan listrik dapat diperoleh dari pabrik sendiri

yang menggunakan generator berbahan biodiesel sehingga tidak hanya

bergantung pada PLN daerah tersebut. Sedangkan bahan bakar dapat

diperoleh dari pabrik sendiri yaitu produk biodiesel. Dengan ketersediaan

fasilitas pendukung diharapkan dapat meperlancar proses produksi.

e. Transportasi

Sarana transportasi yang baik dapat menunjang keberhasilan dari suatu

pabrik. Bakan baku diperoleh dekat dengan lokasi pabrik sehingga untuk

pengangkutan dapat dilakukan dengan mudah karena tersedia jalan

beraspal. Selain itu, lokasi dekat dengan pelabuhan sehingga memudahkan

pengiriman melalui jalur laut.

2. Faktor Pendukung

Dalam pertimbangan pendirian suatu pabrik juga diperlukan adanya

faktor pendukung utnuk memperkuat keputusan pendirian suatu pabrik.

Beberapa faktor pendukung meliputi :




a. Kemungkinan perluasan pabrik

Lokasi pabrik yang direncanakan akan didirikan di Gresik, Jawa Timur

sehingga dekat dengan bahan baku utama. Selain itu daerah ini juga

memiliki tanah kosong yang luas sehingga apabila ada perluasan

kebun jarak pagar maupun pabrik itu tidak akan menjadi masalah.

b. Ketersediaan fasilitas servis karena lokasi relatif dekat dengan

bengkel.

c. Keadaan masyarakan daerah sekitar yang mendukung produksi.

d. Keadaan tanah yang bagus untuk pondasi dalam perencanaan

pembangunan.

1.4. Tinjauan Pustaka

1.4.1. Jarak Pagar

Tanaman jarak pagar (Jatropha curcas Linneaus) merupakan tanaman

yang dikenal sebagai tanaman konservasi karena sifatnya yang sangat toleran

terhadap jenis tanah dan iklim. Tanaman ini sangat cepat tumbuh dan struktur

akarnya yang mampu menahan erosi (Heyne, 1987). Tanaman ini memiliki batang

berkayu, berbentuk silinder dan jika tergores mengeluarkan getah. Daun tanaman

jarak pagar lebar dan berbentuk jantung dengan panjang 5 – 15 cm. Bunga

tanaman ini merupakan bunga majemuk yang berbentuk malai dan berwarna

kuning kehijauan. Buah tanaman jarak berbentuk telur dengan diameter 2 – 4 cm

dan memiliki 3 ruang dengan masing-masing ruang terdapat satu biji yang

berbentuk bulat lonjong berwarna coklat kehitaman. Biji ini mengandung minyak

dengan rendemen 30-50% ( Said, 2010). Selain itu tanaman ini megandung toksin

sehingga tidak dapat dikonsumsi oleh manusia jadi, tidak menggangu penyediaan

minyak nabati di Indonesia.

Pemerintah Indonesia terus berupaya untuk meningkatkan penyediaan

bahan baku tanaman penghasil bahan bakar alternatif terutama untuk tanaman

jarak pagar. Adapun daerah-daerah peningkatan pengembangan jarak pagar di

Indonesia yaitu Sumatra Barat, Sumatra Utara, Lampung, Banten, Bengkulu, Jawa




Barat, Jawa Tengah, Daerah Istimewa Yogyakarta, Jawa Timur, Nusa Tenggara

Barat, Nusa Tenggara Barat, Flores, Sulawesi Selatan, Sulawesi Utara, Lombok,

Gorontalo, dan Papua.

1.4.2. Minyak Jarak Pagar

Minyak Jarak pagar diperoleh dari biji dengan metode pengepresan atau

ekstraksi menggunakan pelarut. Berdasarkan hasil penelitian biji jarak

mengandung minyak sebesar 46%, dan jika dipress dengan menggunakan alat

pengepress minyak sederhana seperti hydraulik press, maka dapat diperoleh

rendemen minyak jarak sebesar 22-27% (Julianti, 2005). Minyak jarak pagar

secara umum tidak digunakan sebagai bahan nutrisi manusia karena mengandung

racun yang disebabkan adanya senyawa ester phorbol. Pemanfaatan minyak jarak

pagar sebagai bahan baku biodiesel memberikan peluang sangat besar karena

minyak jarak pagar tidak dapat dikonsumsi sebagai minyak makan (non edible

oil).

Minyak jarak pagar memiliki viskositas, kelarutan dalam alkohol, dan

bilangan asetil relatif tinggi. Minyak jarak pagar larut dalam etil-alkohol 95%

pada suhu kamar serta pelarut organik yang polar, dan sedikit yang larut dalam

golongan hidrokarbon alfatis. Nilai kelarutan dalam petroeleum eter relatif

rendah, dan dapat dipakai untuk membedakan dengan trigliserida lainnya.

Kandungan asam lemak esensial yang sangat rendah menyebabkan minyak jarak

berbeda dengan minyak nabati lainnya (Ketaren, 2005).

Minyak jarak pagar sebagai salah satu sumber bahan baku alternatif

merupakan salah satu solusi yang tepat, karena dapat digunakan sebagai bahan

baku pembuatan biodiesel. Karakteristik minyak jarak pagar dengan minyak

diesel tidak banyak berbeda, minyak jarak pagar memiliki kadar sulfur yang lebih

rendah, serta nilai cetane yang lebih tinggi sehingga aman bagi lingkungan.

Minyak jarak pagar cocok sebagai alternatif bahan baku biodiesel karena :




a. Tanaman jarak pagar dapat tumbuh baik dilahan dengan kadar curah

tinggi maupun rendah, lama usia produktifnya mencapai 50 tahun,

sehingga sangat menguntungkan.

b. Sifat kimia-fisika sesuai dengan sifat bahan baku pembuatan diesel.

c. Tidak termasuk minyak pangan sehingga tidak mengganggu

penyediaan minyak nabati nasional.

1.4.3. Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono-alkyl

ester dari rantai panjang asam lemak yang digunakan sebagai bahan alternatif

mesin diesel yang terbuat dari sumberdaya hayati yang berupa minyak lemak

nabati atau lemak hewani yang mengandung trigliserida. Proses pembuatan

biodiesel dari minyak nabati disebut transesterifikasi. Transesterifikasi merupakan

perubahan bentuk dari ester menjadi bentuk ester yang lain. Ester merupakan

suatu rantai hidrokarbon yang terikat akan terikat dengan molekul yang lain. Satu

molekul minyak nabati terdiri dari tiga ester yang terikat pada satu molekul

gliserol.Sekitar 20% molekul minyak nabati adalah gliserol (Syah, 2006).

Biodiesel bersifat ramah lingkungan dan dapat diperbaharui (renewable)

dapat terurai (biodegradable), memiliki sifat pelumasan terhadap piston karena

termasuk kelompok minyak yang tidak mengering, mampu mengeliminasi efek

rumah kaca dan kontiunitas ketersediaan bahan baku terjamin. Biodiesel bersifat

ramah lingkungan karena menghasilkan emisi gas buang yang jauh lebih baik

dibandingkan minyak diesel/solat, yaitu sulfur, bilangan asap rendah dan angka

cetana antara 57-62, terbakar sempurna dan tidak beracun (Said, 2010).

Biodiesel tidak secara spontan meletup atau menyala dalam keadaan

normal karena mempunyai titik bakar yang tinggi, yaitu 150⁰ C. Hal ini berbeda

dengan bahan bakar diesel minyak bumi yang titik bakarnya hanya 52⁰ C.

Sedangkan emisi biodiesel jauh lebih rendah daripada emisi diesel minyak bumi.

Biodiesel mempunyai karakteristik emisi seperti berikut (Syah, 2006):

1. Emisi karbon dioksida netto (CO2) berkurang 100%.




2. Emisi sulfur dioksida berkurang 100%.

3. Emisi debu berkurang 40-60%.

4. Emisi karbon monoksida (CO) berkurang 10-50%.

5. Emisi hidrokarbon berkurang 10-50%.

6. Hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) berkurang, terutama PAH

yang beracun, seperti : phenanthren berkurang 97%, benzofloroathen

berkurang 56%, benzapyren berkurang 71%, serta aldehid dan

senyawa aromatik berkurang 13%.

7. Meningkatkan emisi nitro oksida (NOx) sebesar 5-10%, tergantunga

umur kendaraan dan modifikasi mesin.

Telah diketahui bahwa biodiesel mempunyai banyak keunggulan

dibandingkan dengan bakan bakar diesel dari minyak bumi. Keuntungan dari

biodiesel meliputi (Said, 2010):

a. Campuran dari 20% biodiesel dengan 80% petrolium diesel dapat

digunakan pada mesin diesel tanpa modifikasi.

b. Industri biodiesel dapat menggunakan lemak atau minyak daur ulang.

c. Biodiesel tidak beracun.

d. Biodiesel memiliki cetane number yang tinggi, yaitu di atas 100

sedangkan cetane diesel hanya 40.

e. Penggunaan biodiesel dapat diperpanjang.

f. Biodiesel menggantikan bau petroleum dengan bau yang lebih enak.

1.4.4. Standar Mutu Biodiesel

Biodiesel yang berkualitas adalah biodiesel yang memenuhi standar mutu

yang telah ditetapkan.Berikut Standar Nasional Indonesia (SNI) No. 04-7-182-

2006:




Tabel 1.3. Syarat mutu biodiesel ester alkil

Parameter Satuan Nilai

Massa jenis, 40 ̊C Kg/m3 850 – 890

Viskositas kinematik, 40 ̊C Mm/s (cst) 2,3 – 6,0

Angka setana Min. 51

Titik nyala (mangkok tertutup) ̊ C Min. 100

Titik kabut ̊ C Maks. 18

Residu karbon:

% massa

Dalam contoh asli atau Maks. 0,05

Dalam 10% ampas distilasi Maks. 0,3

Temperatur distilasi, 90% ̊ C Maks. 360

Korosi lempeng tembaga, 3 jam pada 50 ̊C Maks. 51

Abu tersulfatkan % massa Maks. 0,02

Belerang Ppm – m (mg/kg) Maks. 100

Fosfor Ppm – m (mg/kg) Maks. 10

Angka asam Mg – KOH /g Maks. 0,8

Gliserol bebas % massa Maks. 0,02

Gliserol total % massa Maks. 0,24

Kadar ester alkil % massa Min. 96,5

Angka iodium % massa Maks. 115

Air dan sedimen % volum Maks. 0,05

Uji halpen % massa ( g-12/ 100 g) Negatif

Catatan: dapat diuji terpisah dengan ketentuan kandungan sedimen naksimum 0,01 %-

volum.

(Badan Standar Nasional, 2006)




1.4.5. Macam-macam Proses

Biodisel merupakan hasil dari transesterifikasi trigliserida yang

terkandung di berbagai minyak nabati seperti minyak sayuran ataupun minyak

bekas pakai. Penggunaan minyak tidak dapat digunakan secara langsung, karena

mempunyai nilai viskositas tinggi, komposisi berbagai asam, kandungan asam

lemak bebas yang dapat menyebabkan terbentuknya gum disebabkan oksidasi dan

polimerisasi pada saat pembakaran deposit karbon sehingga dapat menimbulkan

beberapa masalah seperti penyumbatan penyaringan bahan bakar, penyumbatan

injektor, pembentukan endapan karbon di ruang pembakaran, perlengkapan

cincin, dan kontaminasi minyak pelumas.

Ada beberapa modifikasi dengan perkembangan teknologi yang dilakukan

guna memproduksi bahan bakar dari minyak nabati sehingga mampu menyamai

karakteristik dan nilai kerja (perfomance) dari bahan bakar diesel fosil. Ada

beberapa macam proses modifikasi yang telah dilakukan untuk meningkatkan

karakteristik dari minyak nabati diantaranya :

1. Pirolisis

Pirolisis merupakan perubahan reaksi secara kimia dengan

memanfaatkan energi panas (thermal energy). Proses ini merupakan

reaksi dekomposisi termal yang berlangsung tanpa adanya oksigen

dalam bejana bertekanan. Biodiesesl (fatty acid methyl ester) yang

dihasilkan dari proses secara pyrolisis memiliki angka cetane yang

tinggi, titik tuang yang rendah dan viskositas yang sangat tinggi, abu

residu dan residu karbon yang dihasilkan dari proses tersebut jauh

melebihi nilai diesel fosil sehingga tidak memenuhi standar baku mutu

biodiesel. Selain itu, sifat aliran dingin dari minyak nabatinya juga

buruk (Hidayat, 2009) (Panjaitan, 2005).

2. Mikroemulsifikasi

Mikroemulsifikasi disebut juga dengan proses penyabunan dengan

menambahkan katalis basa dalam jumlah banyak pada minyak nabati

sehingga terjadi penyabunan, kemudian memisahkan sabun dengan




alkil ester/biodiiesel (Panjaitan, 2005). Selain itu, mikroemulsi

merupakan pembentukan depresi stabil secara termodinamis dari dua

cairan yang biasanya tidak mudah larut. Proses ini ditunjukkan untuk

mengatasi tingginya nilai viskositas minyak nabati sehingga mendekati

viskositas bahan bakar diesel. Proses ini berlangsung dengan

menggunakan satu atau lebih surfaktan dengan penurunan diameter

dalam mikroemulsifikasi berkisar 100-1000 Å. Mikroemulsifikasi ini

menggunakan solvent seperti etanol, 1-butanol, atau metanol.

Mikroemulsifikasi minyak nabati dengan alkohol tidak dapat

direkomendasikan untuk jangka panjang terutama untuk mesin diesel

karena biodiesel yang dihasilkan dari proses ini mempunyai deposit

karbon yang tinggi, pembakaran yang tidak sempurna, dan

peningkatan nilai viskositas pada pemberian minyak (lubricating oil)

sehingga tidak memenuhi standar mutu.

3. Esterifikasi

Esterifikasi merupakan tahap konversi dari asam lemak menjadi

metil ester. Proses ini mereaksikan minyak lemak dengan alkohol.

Katalis yang cocok adalah asam kuat misalnya asam sulfat, asam

sulfonat organik atau resin penukar anion asam kuat. Tetapi tidak

direkomendasikan untuk penggunaan katalis berkarakter asam kuat

karena sifatnya korosif terhadap peralatan.

Reaksi dapat berlangsung lebih sempurna pada temperatur rendah

(misalnya paling tinggi 120⁰C ), reaktan metanol harus ditambahkan

dalam jumlah yang sangat berlebih (lebih besar dari 10 kali nisbah

stoikiometrik) dan air produk ikutan reaksi harus disingkirkan dari fasa

reaksi, yaitu fasa minyak. Dengan melalui kombinasi-kombinasi yang

tepat dari kondisi reaksi dan metode penyingkiran air, konversi yang

sempurna dari asam-asam lemak menjadi metil ester dapat dituntaskan

dalam waktu 1 sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi dari asam

lemak menjadi metil ester adalah :




RCOOH + CH3OH RCOOH3 + H2O ........(1.1)

Asam lemak metanol metil ester air

Dalam pembuatan biodiesel dari minyak berkadar asam lemak

bebas tinggi, dapat dilakukan dengan menggunakan proses esterifikasi.

Pada tahap ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil

ester. Sebelum produk esterifikasi diumpankan ke tahap

transesterifikasi, air dan bagian terbesar katalis asam yang

dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu (Hikmah, 2010).

4. Transesterifikasi

Transesterifikasi adalah reaksi ester untuk menghasilkan ester baru

yang mengalami penukaran posisi asam lemak. Transesterifikasi dapat

menghasilkan biodiesel yang lebih baik dari proses mikroemulsifikasi,

pencampuran dengan petrodiesel atau pirolisis.

Reaksi transesterifikasi untuk memproduksi biodiesel tidak lain

adalah reaksi alkoholis, reaksi ini hampir sama dengan reaksi hidrolisis

tetapi menggunakan alkohol. Reaksi ini bersifat reversible dan

menghasilkan alkil ester dan gliserol. Alkohol berlebih digunakan

untuk memicu reaksi pembentukan produk (Khan, 2002).

Alkohol yang digunakan sebagai pereaksi untuk minyak nabati

adalah metanol, namun dapat juga etanol, isopropanol atau butyl,

tetapi perlu diperhatikan juga kandungan air dalam alkohol. Bila

kandungan air tinggi akan mempengaruhi hasil biodiesel kualitasnya

rendah, karena kandungan sabun, ALB dan trigliserida tinggi (Rahayu,

2005).




Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester adalah :

... (1.2)

Proses reaksi transesterifikasi dibagi menjadi 3 tahap,yaitu :

a. Trigliserida + CH3OH katalis digliserida + R1COOCH3 ……..(1.3)

b. Digliserida + CH3COOH katalis monogliserida + R2COOCH3....(1.4)

c. Monogliserida + CH3COOH katalis gliserol + R3COOCH3...(1.5)

Reaksi pada proses ini biasanya berjalan dengan lambat namun

dapat dipercepat dengan bantuan suatu katalis. Katalis yang banyak

digunakan adalah katalis basa, namun katalis asam juga dapat

digunakan terutama pada minyak nabati yang kadar asam lemak

bebasnya tinggi. Katalis basa dinilai lebih baik dari katalis basa karena

katalis basa mampu bereaksi dengan berjalan pada suhu lebih rendah,

bahkan suhu kamar. Adapun katalis basa yang digunakan adalah

NaOH, KOH, karbonat dan antioksida dari Natrium dan Kalsium.

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi rendeman ester yang

dihasilkan pada reaksi transesterifikasi adalah :

1. Suhu reaksi

Reaksi transesterifikasi ini dapat dilakukan dengan

berbagai suhu, tergantung dari jenis trigliserida yang

digunakan. Pada umunya jika suhu semakin tinggi, maka laju

reaksi juga akan semakin cepat. Suhu konversi trigliserida

tidak terlalu berpengaruh dalam reaksi ini. Suhu reaksi yang

sering digunakan dalam berbagai penelitian diantara 20-80 ⁰C




memberikan konversi biodiesel sampai 94% kelarutan gliserida

dalam alkohol. Dimana suhu reaksi semakin tinggi, konstanta

laju reaksi (k) semakin besar, sehingga laju reaksi semakin

besar. Semakin tinggi suhu reaksi, konversi reaksi semakin

tinggi karena molekul yang bergerak dalam larutan memiliki

sejumlah energi potensial dalam ikatan-ikatan dan sejumlah

tambahan energi kinetik yang mana energi kinetik akan

bertumbukan dan menjadi energi potensial. Semakin besar

energi potensial maka semakin mudah molekul melewati

keadaan transisi dan reaksi terjadi semakin cepat.

2. Jenis katalis

Kecepatan reaksi pada proses transesterifikasi dapat

dipengaruhi oleh adanya penggunaan katalis asam atau basa.

Katalis basa merupakan katalis yang paling sering digunakan

dalm proses ini. Penggunaan katalis NaOH 1 % (berat) rasio

molar minyak kedelai terhadap metanol 1:6 menghasilkan

konversi biodiesel 93-98% sedangkan menggunakan katalis

asam H2SO41% (berat) menghasilkan konversi 55-60%.

(Freedman, 1984).

3. Kandungan asam lemak bebas

Minyak nabati yang akan ditransesterifikasi harus memiliki

angka asam yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang

menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil

dari 0,5 %. Selain itu, semua bahan yang akan digunakan harus

bebas dari air. Karena air akan bereaksi dengan katalis,

sehingga jumlah katalis menjadi berkurang. Katalis harus

terhindat dari kontak dengan udara agar tidak mengalami reaksi

dengan uap air dan karbon dioksida (Freedman, 1984).




4. Rasio perbandingan alkohol dengan minyak

Rasio molar antara alkohol dan minyak nabati dipengaruhi oleh

metil ester yang dihasilkan.Beberapa penelitian menganjurkan

penggunaan metanol berlebih untuk meningkatkan laju

pembetukan metil ester sehingga reaksi bergeser ke arah

pembentukan. Perbandingan molar antara alkohol dan minyak

nabati yang biasa digunakan dalam proses industri adalah 6:1

dengan hasil metil ester 98%. Agar reaksi transesterifikasi

bergeser ke kanan maka diperlukan alkoho berlebih (Freedman,

1984).

Proses pembuatan biodiesel yang sering digunakan adalah proses

esterifikasi atau transesterifikasi karena hasil dari proses ini

menghasilkan biodiesel yang memilki karakteristik yang sama dengan

minyak diesel. Pada perancangan pabrik biodiesel ini akan

menggunakan proses transesterifikasi yaitu dengan mereaksikan

trigliserida dari minyak jarak dengan methanol untuk menghasilkan

produk metil ester dan produk samping berupa gliserol dan dengan

menggunakan katalis NaOH. Selain itu proses transesterifikasi ini

banyak memiliki keuntungan, diantaranya :

- Dapat menggunakan katalis basa kuat yang lebih murah dan

tidak korosif sedangkan untuk proses esterifikasi menggunakan

asam kuat yang bersifat sangat korosif.

- Produk yang dihasilkan tidak hanya berupa air tapi juga gliserol

yang juga digunakan sebagai bahan baku pada industri lain serta

memiliki nilai ekonomi yang tinggi.

- Waktu reaksi relatif pendek sekitar 30-60 menit sedangkan untuk

proses esterifikasi waktu reaksinya lama berkisar 2 jam.

- Konversi dan yield yang dihasilkan tinggi sedangkan untuk

proses esterifikasi rendah.




1.4.6. Kegunaan Produk

Kebutuhan manusia tak lepas dari energi terutama untuk kebutuhan BBM

yang terus mengalami peningkatan. Bahan bakar minyak banyak digunakan untuk

kegiatan transportasi, aktivitas rumah tangga, PLTD, aktivitas industri. Sedangkan

bahan baku BBM yaitu minyak bumi semakin menipis. Dari fenomena ini,

muncul ide untuk mengembangkan bahan bakar energi alternatif yaitu biodiesel

dari minyak jarak pagar. Sehingga diharapkan mampu mengatasi permasalahan

bahan bakar minyak, serta dapat mengurangi ketergantungan terhadap impor.

Selain itu produk samping yang dihasilkan yaitu gliserol juga dapat digunakan

sebagai bahan baku plastik, kosmetik, pemanis, bahan tambahan tinta. Manfaat

lain dapat membuka lowongan pekerjaan dan menambah nilai ekonomi bagi

masyarakat.

1.4.7. Spesifikasi Bahan

a. Bahan baku

1. Minyak jarak pagar

Spesifikasi minyak jarak pagar yang akan digunakan sebagai berikut :

- Nama lain : Jatropha curcas oil

- Wujud : cair

- Rumus molekul : C57H106O6

- Berat molekul : 888, 4608 g/gmol

- Densitas (ρ),(cair, 25⁰ C, 1atm) : 0,895 kg/L

- Viskositas (µ),(cair, 25⁰ C, 1atm) : 27 cp

- Titik didih (1 atm) : 300⁰ C

- Titik nyala (1 atm) : 290⁰ C

- Bilangan asam : 3,08 mg KOH/g

- Bilangan iodine : 105,2 mg

- Warna : kuning bening

- Kelarutan : tidak larut dalam air

( PT. Rajawali Nusantara Indonesia, 2015)




2. Metanol

Metanol yang akan digunakan diperoleh dari PT. Kaltim Methanol

Industri dengan spesifikasi sebagai berikut :

- Wujud : Cair

- Rumus molekul : CH3OH

- Berat molekul :32,0424 g/gmol

- Densitas (ρ),(cair, 25⁰ C, 1 atm) : 0,7534 kg/L

- Viskositas (µ),(cair, 25⁰ C, 1 atm) : 0,541 cp

- Titik didih (1atm) : 64,7⁰ C

- Titik beku (1 atm) : -97,7⁰ C

- Temperatur kritis : 239,43⁰ C

- Kelarutan : larut sempurna dalam air

( PT. Kaltim metanol industri, 2015)

b. Bahan pembantu

Bahan pembantu yang akan digunakan adalah natrium hidroksida yang

diperoleh dari PT. Tjiwi Kimia dengan spesifikasi sebagai berikut :

1. Natrium Hidroksida

- Wujud : padat

- Rumus olekul : NaOH

- Berat molekul : 39,9971 g/mol


- Kelarutan dalam air (20⁰ C) : 1110 g/L

- Kelarutan dalam methanol : 139 g/L

- Kelarutan dalm gliserol : larut

(PT. Tjiwi Kimia, 2011)

2. Asam Klorida

- Wujud : cair

- Rumus molekul : HCl

- Berat molekul : 39,9971 g/mol




- Warna : tidak berwarna

- Kadar : 32%, 98% impuritas air

(PT. Tjiwi Kimia, 2011)

c. Produk

1. Metil Ester

Produk utama yang dihasilkan berupa metil ester dengan spesifikasi

disesuaikan dengan SNI No. 04-7182-2006, sebagai berikut :

- Wujud : Cair


- Berat molekul : 296,4976 g/gmol

- Densitas (ρ),(cair, 25⁰ C,1 atm) :0,874 kg/L

- Viskositas (µ),(cair, 25⁰ C, 1atm) :0,0005 cp

- Specifity gravity :0,876

- Kapasitas panas :662,4529 J/kg K

- Titik beku (1 atm) : -2⁰ C


- Titik tuang : -20⁰ C

- Titik nyala (1 atm) :185⁰ C

- Kandungan sulfur : 0,012 % massa

- Kandungan nitrogen :7 ppm

- Panas pembakaran : -17500 Btu/lb, -40510 Kj/kg

- Bilangan iodin :100-200 g/mL

- Warna :kuning jernih

- Kandungan abu :0,01 % massa

- Bilangan cetana :59,7

( Badan Standarisasi Nasional, 2006)

2. Gliserol

- Wujud : cair


- Berat molekul : 92,0954 g/gmol




- Densitas(ρ),(cair, 25⁰ C,1 atm) : 1,2582 kg/L

- Viskositas(µ),(cair, 25⁰ C,1 atm) : 1449 cp

- Titik didih (1 atm) : 290 ̊C

- Titik beku (1 atm) : 18,17 ̊C

- Titik nyala (1 atm) : 177 ̊C

- Titik api : 204 ̊C

- Warna : jernih kekuningan

- Kelarutan : larut sempurna dalam air

dan metanol

( www.nist.com, 2011)

1.4.8. Tinjauan Proses Secara Umum

Proses yang dilakukan dalam pembuatan biodiesel dari trigliserida minyak jarak

pagar menggunakan proses transesterifikasi dengan cara mereaksikan metanol dan

trigliserida. Dimana pada proses ini menggunakan bahan tambahan yaitu Natrium

hidroksida (NaOH) sebagai katalis untuk mempercepat reaksi selain itu juga memberikan

konversi produk yang lebih tinggi, bahan yang kurang korosif serta murah dan mudah

didapat. Untuk bahan baku yaitu minyak jarak pagar juga murah dan mudah didapatkan.

Pada proses ini terjadi reaksi yaitu sebagai berikut :

C57H106O6 + CH3OH katalis C19H37O2+ C3H8O3………………... (6)

Trigliserida Metanol Metil Ester Gliserol

Reaksi dapat berlangsung pada kondisi tertentu yaitu pada suhu 60 ̊C pada

tekanan 1 atm selama 60 menit dengan fase cair-cair menggunakan reaktor alir tangki

berpengaduk (RATB). Proses pembuatan metil ester ini berjalan secara eksotermis dan

merupakan reaksi reversible (bolak-balik).

http://www.nist.com/

Prarancangan pabrik Metil Ester dari Minyak Jarak Pagar ...eprints.ums.ac.id/47477/19/BAB...

Documents

Transcript of Prarancangan pabrik Metil Ester dari Minyak Jarak Pagar ...eprints.ums.ac.id/47477/19/BAB...