## METYL ESTER PRODUCTION IN ASLANT SEALED TRANESTERIFICATION REACTOR

## PEMBUATAN METIL ESTER DALAM REAKTOR TRANSESTERIFIKASI BERSEKAT MIRING

## Edi Mulyadi
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri UPN  ”Veteran”  Jawa Timur Jl. Raya Rungkut Madya Gunung Anyar Surabaya email: ed1mulyad1@yahoo.com

## ABSTRACT
Biodiesel, the environment friendly substitute alternative for solar, is made from a resource which  can  be  renewed.  Exploiting  off  grade  fish  oil  as  raw  material  for  biodiesel  represent  the grand breakthrough in increasing value of waste industrial fish. According to research funded by PT Rekayasa Energi Alternative Mandiri (PT. REAM) and DP2M Dikti, industrial scale efficiency can  be  reached  by  continuous  esterifiications  buffle  reactor  in  series  with  transesterifications sliding  reactor.  Biodiesel  production  was  done  at  a  reactor  prototype  which  has  capacity  of  20 liter/hour.From  all  variables  studied,  it  seemed  that  temperature  and  catalyst  concentration  had the  highest  effect  on the  methyl  esters conversion, so these variables are  controlling parameters. The  optimized  set  of  conditions  were  sodium  methoxide  (NaOCH3)  as  the  catalyst  at  a concentration  of  0.2  %  volume,  reaction  temperature  of  60°C,  and  60  menute.  The  experiments resulted in an average product yield of 94.2%. Biodiesel density of 0.8898 kg/m 3 , Iodine number of 7.4, flash point 272 o C, and pour point of 2 o C
Key words: biodiesel, slanted baffles reactor, transesterification.

## PENDAHULUAN
Lebih dari 25% kebutuhan solar dalam negeri telah menjadi bagian impor yang artinya adalah  pengurangan  devisa  Negara.  Oleh karena  itu,  sudah  saatnya  dipikirkan  subtitusi dengan  menggunakan  bahan  bakar  alternative lainnya  terutama  yang  bersumber  dari  bahan baku  yang  terbarukan  ( renewable ).  Biodiesel tersusun dari berbagai macam ester asam lemak yang  dapat  diproduksi  dari  minyak-minyak nabati dan hewani. Limbah ikan yang berwujud minyak  diperoleh  dari  buangan  industri pengolahan ikan (pengalengan  ikan dan tepung ikan)  yang  banyak  terdapat  di  muncar- banyuwangi.  Keunggulan  minyak  ikan  jika dipakai sebagai bahan  baku biodiesel memiliki variasi asam lemak lebih tinggi (Steigers,2002). Selain  itu,  jumlah  asam  lemak  lebih  banyak, rantai  karbon  lebih  panjang  dibandingkan dengan  minyak  atau  lemak  lainnya.  Minyak ikan banyak mengandung jenis asam lemak tak
jenuh.  Biodiesel  dapat  diaplikasikan  langsung untuk  mesin-mesin  diesel  yang  ada  tanpa diperlukan  modifikasi.  Selain  itu,  biodiesel dapat terdegradasi dengan mudah ( biodegradable )  dan  10  kali  tidak  beracun dibanding minyak solar, karena tidak mengandung  sulfur  serta  senyawa  aromatic sehingga  emisi    pembakaran  yang  dihasilkan ramah  lingkungan.  Proses  pembuatan  biodisel pada  dasarnya  terdiri  atas  proses  esterifikasi dan  trans-esterifikasi.  Methyl  ester  adalah senyawa  hasil  dari  reaksi  esterifikasi  dan  atau transesterifikasi  yang  melibatkan  senyawa asam  dan  alkohol  untuk  esterifikasi,  dan trigliserid dan alkohol untuk reaksi transesterifikasi.  Alkoholisis  adalah  proses pertukaran  gugus  ester,  jika  alkohol  yang digunakan  adalah  methanol  maka  prosesnya dinamakan dengan metanolisis.
Penelitian  ini  dimaksudkan  untuk mendapatkan diversivikasi bahan baku biodisel, yaitu minyak yang berasal dari limbah
industri  ikan.  Dengan  begitu,  diharapkan  agar minyak  dari  limbah  ikan  memiliki  nilai  guna dan  nilai  tambah  secara  ekonomi  yang sekaligus  mempercepat  pengembangan  energi alternative berbasis biodiesel. Dengan memperhatikan  bahan  baku  yang  digunakan adalah  minyak  ikan  off  grade  yang  memiliki kadar air (4,2%) dan Asam lemak bebas (ALB 13%) yang tinggi dibandingkan dengan minyak nabati.  Menurut  Darnoko  dan  Chervan  (2000), penurunan kadar ALB dilakukan dengan proses esterifikasi.  Dalam  penerapan  yang  akan dilakukan, yaitu teknologi proses pembentukan metil  ester  dengan  proses  esterifikasi  dan dilanjutkan  proses  trans-esterifikasi  dalam reaktor  alir  bersekat.  Dengan  begitu,  proses pembentukan  metil-ester  dapat  berlangsung satu  langkah  dan  hemat  energi,  dari  pada proses-proses yang selama ini ada. Penggunaan reaktor
esterifikasi
bersekat dapat  memberikan pencampuran  yang sempurna  antara  katalis  dan  reaktan,  tetapi mempunyai turbulensi rendah. Hal ini dimaksudkan  agar  air  yang  terbentuk  dalam proses  esterifikasi  tidak  tersuspensi  sehingga memudahkan  dalam  pemisahan  (Stonestreet and
Harvey, 2005).
Untuk
proses transesterifikasi  diperlukan  turbulensi  tinggi, maka  pada  penelitian  ini  menggunakan rancangan  reaktor  bersekat  miring,  sehingga metil-ester yang terbentuk lebih tinggi.

## METODOLOGI
a. Bahan dan Alat Bahan  baku  penelitian  menggunakan minyak  ikan  off  grade  berasal  dari  PT Rekayasa  Energi  Alternatif  Mandiri;  metanol teknis dibeli dari Tidar Kimia Surabaya; NaOH anhidrous  dan  NaOH  p.a;  Peroxida,  dan  asam pospat.  Sebelum  dipergunakan,  minyak  ikan off grade dicuplik untuk analisis  kadar air , zat pengotor, FFA, kekentalan dan densitynya. Alat  penelitian  terdiri  atas  reaktor  gumming tangki  berpengaduk  kapasitas  5  liter.  Reaktor esterifikasi  sebagai  tempat  proses  penurunan FFA spesifikasi reaktor pipa bersekat; diameter 5 cm, tinggi 120cm.  Reaktor Trans-esterifikasi sebagai  tempat  proses  mereaksikan  trigliserid menjadi  biodiesel;  spesifikasi  reaktor;diameter 5 cm, tinggi 120cm, dari bahan baja tahan karat (SS-304) dilengkapi pemanas listrik menggunakan  daya  600  watt  dan  pendingin balik.  Unit  pemurnian  produk  bio  diesel kapasitas  5L/jam,  terdiri  dari  tangki  pencuci yang  dilengapi  pemanas  dan  distributor  udara. Pengering  produk  biodiesel  berbentuk  tangki dilengkapi  pemanas  dan  pompa  vakum  dan
kondensor.  Rangkaian  alat  terlukis  pada Gambar 1.
Gambar 1. Rangkaian Alat Proses Biodiesel

## b. Prosedure Penelitian
Minyak  ikan  off  grade  sebanyak  5 Liter  dimasukkan  ke  dalam  pengering  lalu pemanas  dan  pengatur    suhu  dijalakan  dan diikuti  dengan  menghidupkan  pompa  sirkulasi dan  pompa  vakum.  Minyak  ikan  yang  telah dikurangi  kadar  airnya  dimasukan  ke  reaktor degumming. Pemanas dan pengaduk
dihidupkan,  setelah  suhu  mencapai  90C  waktu mulai  dihitung  dan  proses  dihentikan  saat waktu    20  menit.  Hasil  proses  gumming dilanjutkan  dengan  proses  Esterifikasi.  Proses esterifikasi  berlangsung  selama  60  menit dengan suhu 110 C, dengan katalis asam sulfat. Hasil  proses  esterifikasi  dilanjutkan  dengan proses  Trans-esterifikasi  dengan  menggunakan berbagai dosis katalis dan memvariasi suhu dan waktu  proses.  Pemurnian  Produk  biodisel dailakukan dalam pengering vakum.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisa  bahan  baku  meliputi,  kadar air, kadar pengotor, bilangan peroksid, bilangan  lod,  dan  FFA.  Pengujian  secara asidimitri dilakukan untuk menentukan bilangan  asam,  bilangan  penyabunan,  bilangan ester,  asam  lemak  bebas,  jumlah  asam  lemak total,  dan  asam  lemak  yang  terikat  sebagai ester.  Analisis  asam  lemak  dalam    bahan  baku limbah  minyak  ikan  didominasi  oleh  oleic 50,3%  (Mulyadi  dkk,2009).  Kandungan  asam lemak  bebas  (ALB)  rerata  13%.  Untuk menurunkan kadar asam lemak bebas dilakukan proses esterifikasi.
a. Peran  Katalisator  pada  Proses Esterifikasi
Proses esterifikasi dimaksudkan untuk menurunkan  kadar  ALB  (asam  lemak  bebas). Bahan  baku  minyak  dari  limbah  ikan  yang digunakan  berkadar  asam  lemak  bebas  13  %. Hasil  percobaan  pengaruh  suhu  terhadap penurunan  kadar  asam  lemak  bebas  (ALB) pada  berbagai  kadar  katalis  ditunjukkan  dalam table 1.
Tabel  1. Asam  Lemak  Bebas  (ALB)  dari Berbagai Suhu dan Volume Metanol
Volume Metanol (%) Suhu ( o C) % FFA % Konversi FFA 9,09 40 6,221 51,074 10,7143 60 5,858 53,928 11,7637 80 3,633 71,427 12,5974 100 0,954 92,497 13,79 120 1,589 87,503
Katalisator  esterifikasi  menggunakan  asam sulfat  pekat  dengan  kisaran  kadar  0,5  sampai 1,5%.    Nilai  ALB  0,9541  %  yang  terkecil  dan terjadi  pada  suhu  100 o C  dengan  dosis  katalis 1%volum  minyak  (gambar-2).  Dengan  begitu konversi  ALB  yang  dapat  dicapai  sebesar 92,497 %.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 40 50 60 70 80 90 100 110 120 suhu,  C % F F A
0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5%
Gambar  2. Hubungan  %  FFA  dengan  Suhu dan dosis katalis
b. Peran  Katalisator  pada  Proses Trans-esterifikasi Proses pembentukan metil ester (biodiesel)  sebagian  besar  terjadi  pada  reaksi transesterifikasi.  Pengaruh  dosis  katalis  pada proses  transesterifikasi  terhadap  bilangan  Iod, heating  value,  pour  point,  dan  nilai  flash  point dipelajari dalam berbagai jenis katalis. b.1. Pengaruh  jenis katalis dan dosis katalis terhadap angka Iod
Angka iod berpengaruh terhadap besar kecilnya angka setan, semakin besar angka iod maka  perhitungan  angka  setan  semakin  kecil. Gambar  3  menunjukan  pengaruh  dosis  katalis terhadap angka Iod.
6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 dosis katalis, %berat m inyakt a n g k a I o d NaOH KOH CaO MgO ZnO
Gambar 3. Hubungan angka Iod dengan dosis katalis
Angka  Iod  juga    dipengaruhi  oleh  angka penyabunan.  Jika  dilihat  dari  standarisasi biodiesel  untuk  angka  iod,  yaitu  7  –  9,5 Berdasarkan  tabel  itu  dapat  dipastikan  bahwa biodiesel  yang  dihasilkan  dalam  penelitian  ini
tidak  semuanya  memenuhi  standart  biodiesel yang ada.
b.2.  Pengaruh  jenis katalis dan dosis katalis terhadap Heating Value
Heating  value  adalah  suatu  angka yang  menyatakan  jumlah  panas/kalori  yang dihasilkan  dari  proses  pembakaran  sejumlah tertentu  bahan  bakar  dengan  udara  /  oksigen. Nilai  heating  value  ini  didapat  dengan  ASTM D-240.  Pengaruh  dosis  katalis    terhadap Heating  Value    pada  berbagai  jenis  katalis terlukis  pada  gambar  4 . Nilai  heating  value yang tertinggi deangan katalis KOH yaitu pada dosis  9%berat  minyak,  sebesar  10211  cal/g. Hasil  analis  heating  value,  nilai  itu  sedikit dibawah persyaratan (10.160 - 11.000 cal/g).
8000 8500 9000 9500 10000 10500 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 dosis katalis, %berat minyak H e a ti n g V a lu e , c a l/ g NaOH KOH CaO MgO ZnO
Gambar  4. Hubungan  Heating  Value  dengan dosis katalis
b.3.  Pengaruh    jenis  katalis  dan  dosis  katalis terhadap Pour Point (Titik Beku)
Pour  point  adalah  suatu  angka  yang menyatakan  suhu  terendah  dari  bahan  bakar minyak  sehingga  minyak  tersebut  masih  dapat mengalir karena gravitasi. Nilai pour points ini didapat  dengan  menggunakan  alat  ASTM  D- 97. Hasil percobaan pengaruh suhu dan volume metoxid  terhadap  Pour  Point  (Titik  Beku) dilukis  pada  gambar 5.  Berdasarkan  gambar 5. hasil  analisa  pour  point  biofuel  antara  0 o C sampai  8 o C  yang  berarti  berada  jauh  dibawah batas  maksimum  spesifikasi  minyak  diesel yaitu18,33 o C.  Pour  Point  tersebut  menyatakan suhu  terendah  dari  bahan  bakar  agar  masih dapat  mengalir.  Pour  Point  sangat  penting untuk  menstarter  mesin  dalam  keadaan  dingin dan  untuk  menangani  minyak  didalam  mesin maupun  penyimpanannya.  Pour  Point  juga berhubungan  dengan  cuaca  dalam  suatu wilayah. Keunggulan biodiesel berbasis minyak  ikan  dibandingkan  dengan  solar  yaitu
pada  suhu  0 o C  sampai  1 o C,  biodisel  ini  masih dapat digunakan di daerah yang dingin. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 dosis katalis , %berat m inyak p o u r p o in t, C NaOH KOH CaO MgO ZnO
Gambar  5 Pengaruh    dosis  katalis  terhadap nilai Pour Point
b.4. Pengaruh  jenis katalis dan dosis katalis terhadap Flash Point (Titik Nyala)
Flash  point  adalah  suatu  angka  yang menyatakan  suhu  terendah  dari  bahan  bakar minyak  dimana  akan  timbul  penyalaan  api sesaat,  apabila  pada  permukaan  minyak tersebut  didekatkan  pada  nyala  api.  Nilai  flash points  ini  didapat  dengan  menggunakan  alat ASTM  D-925.  Pengaruh  suhu  dan  volume alkohol terhadap Flash Point (Titik Nyala).
300 320 340 360 380 400 420 440 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 dosis katalis, %berat m inyak fl a s h p o in t, C NaOH KOH CaO MgO ZnO
Gambar  5. Pengaruh  jenis  dan  dosis  katalis terhadap Flash Point
Berdasarkan  gambar  5.  hasil  analisa diperoleh, flash  point  biofuel  ini  antara  321 o C  –  423 o C, berarti  melebihi  spesifikasi  batas  minimum flash  point  minyak  diesel  yang  diijinkan  yaitu 65,55 o C.  Hal  ini  berarti,  semakin  aman  dan memudahkan dalam penyimpanan dan pengangkutan  minyak,  akan  tetapi  sedikit  sulit menstarter mesin dalam keadaan dingin.

## KESIMPULAN
1. Minyak ikan off grade merupakan campuran trigliserida dengan kadar asam lemak bebas 13 %,  mempengaruhi  teknologi  proses  produksi biodiesel dan karakteristik bahan bakar. 2.  Proses  esterifikasi  mampu  mengkonversi asam  lemak  bebas  92,47%,  dan  produk esterifikasi  secara  rerata  berkadar  asam  lemak bebas 0,95%.
3.  Hasil  Penelitian  diperoleh  biodiesel  yang terbaik  pada  kondisi  suhu  reaksi  60 o C  dan waktu  60  menit  dengan  karakteristik  biodiesel yaitu  densitas  0,8898  kg/m3,  angka  iod  74, titik nyala 272 o F, dan pour poin 2 o C

## UCAPAN TERIMA KASIH
1. Kepada  DP2M  Dikti  atas  dukungan  beaya penelitian  melaluihibah  bersaing  tahun 2009 dan 20010
2. PT  Rekayasa  Energi  Alternatif  Mandiri atas  bantuan  bahan  baku  minyak  ikan  off grade dan penggunaan bengkel rekayasa.
3. Laboratorium  biomassa  dan  energi  dan Lab  instrumen  atas  dukungan  keperluan analisis hasil

## DAFTAR PUSTAKA
Darnoko,  D.  and  Cheryan,  M.,  2000, Kinetics of  Palm  Oil  Transesterification  in  a Batch Reactor , JAOCS , Vol. 77, No. 12, pp. 1263-1267.
Ghazi, A., M.,  Resul, M. F. M. G, and  Shean Yaw,  2008, Preliminary  Design  of Oscillatory  Flow  Biodiesel  Reactor  for Continuous  Biodiesel  Production  from Jatropha Triglycerides , Journal of Engineering  Science  and  Technology,
Vol. 3, No. 2, 138 – 145. Mulyadi,E.,  Wahyudi,  B.,  dan    Trianna, W.T.,2009, Crude Fish Oils Transesterification  in  an  Oscillatory Reactor, Proceeding of Soebardjo Brotohardjono seminar WasteBased Energy and Chemicals
Trianna,  N.W.dan  Mulyadi,E.,  2006, Kajian Kinetika  Reaksi  dalam  Oscillatory  flow Reactor  pada  pembentukan  Metil  Ester , ISSN 0216-163X, Vol-1, USB,Solo. Stonestreet,  P.,  and  Harvey,  A.  P.,  2005, A Mixing-Based  Design  Methodology  for Continuous  Oscillatory  Flow  Reactors , Institution  of  Chemical  Engineers,
80(A), 31-44. Steigers,  J.  A.,  2002, Demonstrating  The  Use of Fish Oil as Fuel in a Large Stationary Diesel Engine. Pacific Biodiesel ,www.biodiesel.com