Pabrik Base Oil dari Minyak Jarak Pagar (Jathropa Curcas) dengan Proses Esterifikasi

Nama / NRP : Fahreza Maulana NRP. 2310 030 004 Rizki Bagus S.P. NRP. 2310 030 012

Progam Studi : DIII Teknik Kimia FTI – ITSDosen Pembimbing : Ir. Agung Subyakto ,M.S

AbstrakPabrik Base Oil dari Minyak Jarak Pagar (Jathropa Curcas)

dengan Proses Esterifikasi mempunyai kapasitas 40000 ton/tahun. Base Oil banyak digunakan secara luas di industri pelumas. Lokasi pabrik di Pasuruan, Jawa Timur dipilih berdasarkan ketersediaan bahan baku. Pabrik beroperasi selama 330 hari/tahun.

Pembuatan Base Oil tersebut terdiri dari tiga tahap yaitu proses netralisasi atau degumming, proses hidrolisis, dan Esterifikasi. Tahap I, minyak jarak pagar melalui proses degumming pada suhu 70°C dengan penambahan H3PO4 untuk dipisahkan gum pada minyaknya. Tahap II, Minyak dihidrolisa untuk mengkonversi Trigliserida menjadi Asam lemak yang berlangsung pada suhu 250°C dan tekanan 30 bar. Pada reaksi ini didapat konversi sebesar 99%. Tahap III, hasil dari hidrolisis akan di esterifikasi untuk mengubah asam lemak menjadi base oil TMP ester dengan mereaksikan asam lemak tersebut dengan TMP(Tri Metil Propane)menggunakan katalis ZnCl2. Reaksi ini berlangsung secara batch dengan suhu dan tekanan operasi berturut-turut 240°C dan 10 bar.

Untuk mencapai kapasitas produksi Base Oil tersebut diatas hal ini membutuhkan bahan baku utama minyak jarak pagar 113792 kg/hari. Kebutuhan bahan pembantu, yaitu H3PO4

113,792;TMP 16154,75; ZnCl2 3126,79 masing-masing dalam kg/hari. Kebutuhan utilitas pabrik, yaitu air sanitasi 375; air pendingin 0,00724; make up air 687,21 masing-masing dalam m3/hari.Kata Kunci: Base Oil, jarak pagar, esterifikasi ,TMP ester.

i

Base Oil Plant From Jatropha Oil (Jathropa Curcas) By Esterification Process

Name / NRP : Fahreza Maulana NRP. 2310 030 004 Rizki Bagus S.P. NRP. 2310 030 012

Department : DIII Chemical Engineering FTI – ITSSupervisor : Ir. Agung Subyakto ,M.S

AbstractBase Oil plant from Jatropha Oil (Jathropa Curcas) by

using esterification process has the capacity 40000 ton / year. Base Oil widely used in industrial lubricants. Locations plant in Pasuruan, East Java, selected based on the availability of raw materials. Plant operated for 330 days / year.

Manufacturing base oil consists of three phases namely degumming process or neutralization, hydrolysis, and esterification. Phase I, jatropha oil by degumming process at a temperature of 70 ° C with the addition of H3PO4 to be separated gum from oil. Phase II, Oil hydrolyzed to convert triglycerides into fatty acids which took place at a temperature of 250 ° C and a pressure of 30 bar. In this reaction obtained at 99% conversion. Phase III, the results of hydrolysis in fatty acid esterification to convert into base oil TMP ester by reacting the fatty acid with TMP (Tri Methyl Propane) using ZnCl2 as catalyst. This reaction takes place in batch operation with temperature and pressure respectively 240 ° C and 10 bar.

To reach the base oil production capacity above, this requires a major feedstock Jatropha oil 113 792 kg / day. Needs auxiliaries, namely H3PO4 113.792; TMP 16154.75; ZnCl2

3126.79 each in kg / day. Needs of the utility plant, which is 375 sanitary water, water coolers 0.00724; make up water 687.21 each in m3/day. Keyword: Base Oil, Jatropha, esterification, ester TMP.

ii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDULLEMBAR PENGESAHANABSTRAKSI..................................................................... iABSTRACT...................................................................... iiDAFTAR ISI..................................................................... iiiDAFTAR TABEL............................................................. vDAFTAR GAMBAR........................................................ viiBAB I PENDAHULUAN.............................................. I-1 I.1 Latar Belakang..................................................... I-1

I.2 Dasar Teori.......................................................... I-5I.2.1 Jarak Pagar..................................................... I-5I.2.2 Minyak Jarak Pagar. ..................................... I-7I.2.3 Base Oil dan Pelumas.................................... I-8I.2.4 Karakteristik Base Oil.................................. I-11

I.3 Kegunaan Base Oil.............................................. I-12 I.4 Sifat Fisika dan Kimia.........................................

I.4.1 Bahan Baku UtamaI.4.2 Bahan Baku PendukungI.4.3 Produk

I.4.3.1 Produk UtamaI.4.3.2 Produk Samping

I-13I-13I-14I-16I-16I-17

BAB II MACAM DAN URAIAN PROSES................... II-1II.1 Macam Proses..................................................... II-1

II.1.1 Metode Methanolisis..................................... II-2II.1.2 Metode Esterifikasi...................................... II-2

II.2 Seleksi Proses..................................................... II-5II.3 Uraian Proses...................................................... II-6

II.3.1 Diskripsi Proses Terpilih........................... II-6BAB III NERACA MASSA.......................................... III-1BAB IV NERACA PANAS........................................... IV-1BAB V SPESIFIKASI PERALATAN......................... V-1BAB VI UTILITAS....................................................... VI-1BABVII KESEHATAN DAN KESELAMATAN

KERJA.............................................................. VII-1

iii

BAB VIII INSTRUMENTASI......................................... VIII-1BAB IX PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI

KIMIA............................................................. IX-1BAB X KESIMPULAN................................................ X-1DAFTAR PUSTAKA....................................................... ViiiLAMPIRAN

APPENDIKS A................................................. A-1 APPENDIKS B................................................. B-1 APPENDIKS C................................................. C-1 FLOWSHEET PABRIK FLOWSHEET UTILITAS PABRIK

iv

DAFTAR TABEL

Tabel I.1. Data Statistik Ekspor Pelumas di Indonesia.... I-3Tabel I.2. Data Statistik Impor Pelumas di Indonesia..... I-3Tabel I.3. Data Statistik Kebutuhan Pelumas di

Indonesia.......................................................... I-3Tabel I.4. kandungan minyak jarak pagar........................ I-5Tabel I.5. Karakteristik Base Oil...................................... I-12Tabel I.6. sifat fisiko-kimi dari minyak jarak pagar......... I-14Tabel I.7. Sifat Fisika dan Kimia H2O............................. I-14Tabel I.8. Sifat Fisik Dan kimia H3PO4............................ I-15Tabel I.9. Sifat Fisik dan Kimia NaOH............................ I-15Tabel I.10. Sifat Fisik Dan kimia ZnCl2.............................. I-16Tabel I.11.Tabel I.12.

Tabel I.13.

Sifat Fisik Dan kimia Tri metilpropane...........Sifat Fisik dan Kimia Base Oil (Trimethylpropane Ester)................................Sifat Fisik dan Kimia Gliserol.........................

I-16

I-17I-18

Tabel A.1. Komponen FA pada minyak jarak pagar........ A-1Tabel A.2. Komponen TGS pada minyak jarak pagar...... A-1Tabel A.3. Neraca massa pada tangki penampung............ A-2Tabel A.4. Neraca massa pada Heat Exchanger I............. A-3Tabel A.5. Neraca Massa pada tangki penampung

H₃PO₄.............................................................. A-4Tabel A.6. Neraca Massa dalam reaktor degumming........ A-4Tabel A.7. Neraca Massa pada centrifuge......................... A-5Tabel A.8. Neraca massa pada tangki penampung............ A-6Tabel A.9. Neraca Massa pada Heat Exchanger II........... A-7Tabel A.10. Komposisi Trigliserida yang masuk................ A-8Tabel A.11. Komposisi Trigliserida yang bereaksi............. A-9Tabel A.12. Komposisi H2O yang bereaksi......................... A-9Tabel A.13. Komposisi Asam Lemak yang terbentuk........ A-10Tabel A.14. Komposisi gliserol yang terbentuk.................. A-10Tabel A.15. Neraca Massa pada Spray Tower.................... A-11Tabel A.16. Neraca Massa pada tangki penampung

produk Hidrolisa............................................ A-11

v

Tabel A.17. Komposisi asam lemak (FA) yang masuk....... A-12Tabel A.18. Komposisi asam lemak (FFA) yang masuk ... A-12Tabel A.19. Komposisi asam lemak (FA) yang bereaksi.... A-13Tabel A.20. Komposisi Asam Lemak (FFA) yang

bereaksi............................................................ A-13Tabel A.21. Komposisi TMP yang bereaksi....................... A-14Tabel A.22. Komposisi TMP ester yang terbentuk............ A-14Tabel A.23. Komposisi H₂O yang terbentuk...................... A-15Tabel A.24. Neraca Massa pada reaktor Esterifikasi.......... A-15Tabel A.25. Neraca Massa pada Centrifuge 2.................... A-16Tabel A.26. Neraca Massa pada cooler............................... A-17Tabel A.27. Neraca Massa pada Tangki Penampung TMP

Ester.................................................................A-18

Tabel B.1. Data entalpi pembentukan............................... B-8Tabel B.2. Aliran masuk komponen TGS pada Heat

Exchanger I..................................................... B-9Tabel B.3. Aliran masuk komponen pada Heat

Exchanger I...................................................... B-9Tabel B.4. Aliran keluar Trigliserida pada Heat

Exchanger I...................................................... B-10Tabel B.5. Aliran keluar pada Heat Exchanger................. B-10Tabel B.6. Neraca panas pada Heat Exchanger I.............. B-11Tabel B.7. Aliran masuk Trigliserida pada tangki............ B-13Tabel B.8. Aliran masuk komponen pada tangki............. B-13Tabel B.9. Aliran keluar Trigliserida pada tangki............ B-13Tabel B.10. Aliran keluar komponen pada tangki.............. B-14Tabel B.11. Neraca Panas pada tangki Degumming........... B-15Tabel B.12. Aliran masuk Trigliserida pada exchanger II.. B-16Tabel B.13. Aliran masuk komponen pada exchanger II ... B-16Tabel B.14. Aliran keluar Trigliserida pada exchanger II.. B-17Tabel B.15. Aliran keluar komponen pada exchanger II.... B-17Tabel B.16. Neraca panas pada Heat Exchanger II............ B-18Tabel B.17. Aliran masuk Trigliserida pada Spray Tower.. B-20Tabel B.18. Aliran masuk komponen pada Spray Tower.... B-20Tabel B.19. ∆H reaksi pada komponen trigliserida............. B-29Tabel B.20. ∆Hr pada komponen Tri Palmitat dan H₂0..... B-21

vi

Tabel B.21. ∆Hp pada komponen Asam lemak dan Gliserol............................................................. B-21

Tabel B.22. ∆H pada komponen Tri Stearat...................... B-21Tabel B.23. ∆Hr pada komponen Tri Stearat dan H₂0....... B-22Tabel B.24. ∆Hp pada komponen Asam lemak dan

Gliserol............................................................. B-22Tabel B.25. ∆H pada komponen Tri Oleat......................... B-22Tabel B.26. ∆Hr pada komponen Tri Oleat dan H₂0.......... B-22Tabel B.27. ∆Hp pada komponen Asam lemak dan

Gliserol............................................................. B-23Tabel B.28. ∆H pada komponen Tri Linoleat.................... B-23Tabel B.29. ∆Hr pada komponen Tri linoleat dan H₂0...... B-23Tabel B.30. ∆Hp pada komponen Asam lemak dan

Gliserol............................................................. B-24Tabel B.31. Aliran keluar Trigliserida pada Spray Tower.. B-24Tabel B.32. Aliran keluar komponen pada Spray Tower.... B-24Tabel B.33. Total ∆H° reaksi pada Trigliserida................... B-25Tabel B.34. Neraca panas pada spray tower....................... B-26Tabel B.35. Aliran masuk Trigliserida pada Reaktor

Esterifikasi....................................................... B-27Tabel B.36. Aliran masuk komponen pada Reaktor

Esterifikasi....................................................... B-28Tabel B.37. ∆H reaksi pada TMP palmitat........................ B-28Tabel B.38. ∆Hr pada komponen Tmp dan Asam lemak.. B-28Tabel B.39. ∆Hp pada komponen Tmp palmitat dan air... B-29Tabel B.40. ∆H reaksi pada TMP stearat........................... B-29Tabel B.41. ∆Hr pada komponen TMP dan asam lemak... B-29Tabel B.42. ∆Hp pada komponen TMP stearat dan air..... B-30Tabel B.43. ∆H reaksi pada TMP oleat............................. B-30Tabel B.44. ∆Hr pada komponen TMP dan asam lemak... B-30Tabel B.45. ∆Hp pada komponenTMP oleat dan air......... B-30Tabel B.46. ∆H reaksi pada TMP oleat............................. B-31Tabel B.47. ∆Hr pada komponen TMP dan asam lemak... B-31Tabel B.48. ∆Hp pada komponenTMP oleat dan air....... B-31Tabel B.49. Aliran keluar Trigliserida pada Reaktor

Esterifikasi...................................................... B-32

vii

Tabel B.50. Aliran keluar komponen pada Reaktor Esterifikasi...................................................... B-32

Tabel B.51. ∆H reaksi total pada pembentukan TMP ester................................................................ B-33

Tabel B.52. Neraca panas pada Reaktor Esterifikasi........ B-34Tabel B.53. Neraca Panas pada TMP Ester yang masuk

Cooler............................................................. B-35Tabel B.54. Neraca Panas pada TMP Ester yang keluar

Cooler............................................................. B-35Tabel B.55. Neraca panas pada Cooler.............................. B-37Tabel C.1. Penghitungan fraksi berat.............................. C-10

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar I.1. Grafik Pertumbuhan Pelumas di Indonesia.............................................. I-4

Gambar I.2. Tanaman jarak pagar............................ I-6Gambar I.3. Tiga komponen penyusun pelumas

mesin.................................................... I-15

ix

DAFTAR PUSTAKA

Badan Pusat Statistik, 2001, Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia, Volume I.

Brownell, L.E., and Young, E.H., 1959, Process Equipment Design, 1st U.S edition, John Wiley and Sons, Inc., New York.

Bailey, Alton Edward. 1907-1953. Bailey’s Industrial Oil & Fats I-VI, John Wiley and Sons, Inc, Hoboken, New Jersey.

Geankoplis, C.J., 1993, Transport Process and Unit Operation, 3rd edition, Prentice – Hall, Inc., New Jersey.

Eugene S. Domalski, 1972, Chemical Thermodynamics, McGraw-Hill Book Company, Inc., Washington D.C.

G. Towler and R. Sinnot, 1900, Chemical Engineering Design Principles, Practice and Economic of plant and process design, Elsevier, Inc., San Diego, California.

Himmelblauw, David M., 1996, Basic Principles and Calculation in Chemical Engineering, Prentice – Hall, Inc., New Jersey.

Kent, James Albert, 1983, Riegel’s Handbook of Industrial Chemistry, 8th edition, Van Nostrand Reinhold Co., New York.

Kern, D.Q., 1983, Process Heat Transfer, International student edition, Mc Graw – Hill International Book Co., Tokyo.

Kirk, R.E. and Othmer, 1984, Encyclopedia of Chemical Technology, 2nd edition, Intersciences Publishers John Wiley and Sons, Inc., New York.

Eastwood J, Swallow A, Colmer A, 2005, Selection Critria Of Ester Enviromentally Accetable Hdraulic Fluids., Intersciences Publishers John Wiley and Sons, Inc., New York.

Maron, Samuel H., and Jerome B. Lando, 1974, Fundamental of Physical Chemistry, Macmillan Co, Inc., New York.

Harry Silla 2003, Chemical process engineering design and economics, Marcel Dekker, inc, New Jersey.

Fessenden & Fessenden’s. 1998. Organic Chemistry. John Wiley and Sons, Inc., New York.

x

Perry, Robert H., and Green, Don W., 1999, Perry’s Chemical Engineering Handbook, 7th edition, Mc Graw – Hill Co. Inc., New York.

Peters, Max S., and Timmerhaus Klaus D., 1991, Plant Design and Economics for Chemical Engineers, 4th edition, Mc Graw – Hill Book Co., Singapore.

Ratri Ariatmi N., 2008.Prancangan proses pembuatan pelumas dasar sintesis dari minyak jarak pagar (jathropa curcas L.) melalui modifikasi kimiawi, pasca sarjana IPB, Bogor.

Sinnott, R.K., 2005, Coulson and Richardson’s Chemical Engineering Design, 4th edition, Elsevier, New York.

Smith, J.H., and Van Ness H.C., 1959, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 2nd edition, Mc Graw – Hill Co. Inc., New York.

Ullman’s, 2003, Encyclopedia of Industrial Chemistry. Vol 1., Wiley-VCH., New York.

Ullman’s, 2003, Encyclopedia of Industrial Chemistry. Vol 8.,Wiley-VCH., New York.

Ullman’s, 2003, Encyclopedia of Industrial Chemistry. Vol 20., Wiley-VCH., New York.

Ulrich, G.D., 1984, A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics, John Wiley and Sons, Inc., New York.

Mulyana A, Tjahjono 2003, Penelitian Teknologi Proses Pembuatan Polyolester Sebagai Bahan Dasar Minyak Pelumas Sintesis. Makalah Seminar Teknologi Untuk Negeri, pusat pengkajian dan penerapan Teknologi industri proses, BPPT.

http://permimalang.wordpress.com/category/asam-fosfathttp://www.zddplus.com/oil-base-stockhttp://www.sciencelab.comhttp://www.soltexinc.com

xi