bab ii tinjauan pustaka 2.1 gliserol...

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Gliserol Monooleat

Gliserol monooleat (monoolein) adalah sintetis kimia aktif permukaan yang

secara luas digunakan sebagai surfaktan non-ionik dan pengemulsi. Hal ini

dihasilkan oleh reaksi gliserol dan asam oleat dengan katalis untuk membentuk ester

monogliserida (Burdock, 1997). Gliserol monooleat tidak berbahaya bagi

lingkungan. Semua bahan pembuatnya dihasilkan oleh alam. Asam oleat diekstrak

dari produk alami, sedangkan gliserol dapat dibuat dari lemak alami atau petrokimia

(Anonim, 2001).

Gliserol monooleat secara fisik berwujud cair berwarna jernih

kekuningkuningan atau kuning pucat (Magrabar, 1997). Gliserol monooleat

(C21H40O4) memiliki berat molekul 356,54 gr/mol (Anonima, 2009), tidak larut

dalam air, sedikit larut dalam alkohol dingin dan larut dalam alkohol panas,

kloroform, eter, petroleum eter, serta larut dalam minyak dan bersifat sebagai

pengemulsi pada makanan (Pardi, 2005), gliserol monooleat larut baik dalam minyak

(Chen dan Dickinson, 1999).

Rumus struktur gliserol monooleat adalah sebagai berikut :

Gambar 2.1 Rumus struktur gliserol monooleat

(Anonima, 2008)

Identik dengan surfaktan-surfaktan lain, sifat gliserol monooleat ini

ditentukan oleh sifat reaktan pembentuknya. Gliserol monooleat dapat membentuk

suatu mikro-emulsi di dalam air. Gliserol larut baik dalam air, sedangkan asam oleat

tidak larut dalam air (Burdock, 1997). Hydrophilic-Lipophilic Balance (HLB) dari

gliserol monoolaet adalah 3,8 (Griffin, 1979).

Universitas Sumatera Utara

Gliserol monooleat memiliki nama lain gliserol oleat; gliseril monooleat;

gliseril oleat; (z)-1-Oleoil-sn-gliserol; 1,2,3-propanetriol; Asam 9-Oktadesenoit dan

Monoolein. Gliserol monooleat memiliki 2 (dua) buah ikatan-H donor dan 4 (empat)

buah ikatan-H aseptor (Anonima, 2009).

Kegunaan spesifik dari gliserol monooleat ini adalah sebagai antifoam dalam

pengolahan jus dan sebagai emulsifier lipofilik untuk aplikasi air dalam minyak.

Gliserol monooleat juga berfungsi sebagai pelembab, emulsifier, dan flavoring agent.

Berbagai bentuk gliserol monooleat banyak digunakan dalam kosmetik, secara luas

juga digunakan sebagai eksipien di antibiotik dan obat-obatan lain. Gliserol

monooleat juga termasuk kedalam daftar GRAS (Generally Recognized As Safe)

dengan tanpa pembatasan fungsi dalam daftar produk makanan (Anonim, 2001).

2.2 Gliserol Hasil Samping Pembuatan Biodiesel

Gliserol adalah nama komersil untuk gliserin yang mengandung air yang di

industry dikenal dengan nama sweetwater. Nama lain gliserol adalah propane-1,2,3-

triol atau trihidroksipropane (Anonimb, 2008) dengan rumus kimia (C3H5(OH)3)

(Pardi, 2005), bersifat hidroskopis (Aldrich, 1996), serta hidrofilik (Pardi, 2005).

Berbagai penelitian mengenai gliserol ini terus dikembangkan guna

meningkatkan nilai tambah dari gliserol kasar (yang komposisinya 33% terdiri dari

air dan residu katalis) sisa produksi biodiesel (Polcher, 2008). Untuk dapat

dipergunakan menjadi bahan baku pembuatan gliserol monogliserida, residu gliserol

terlebih dahulu dilakukan pengoahan awal untuk menghilangkan bahan-bahan lain

selain gliserol, sehingga diperoleh dalam bentuk gliserol kasar (crude glycerol)

(Pardi, 2005).

Panas spesifik (specific heat) dari gliserol disajikan pada table 2.1:

Tabel 2.1 Panas Spesifik Gliserol

Mole % Specific Heat, (Cal/g0 C)

15oC 32oC

2,12 0,961 0,960

4,66 0,929 0,924

11,50 0,851 0,841

22,70 0,765 0,758


43,90 0,670 0,672

100,00 0,555 0,576

(Perry dan Green, 1999)

Beberapa sifat gliserol dapat dilihat sebagai berikut,

1. Massa molar : 92,09382 gr/mol

2. Densitas : 1,261 gr/cm3

3. Titik Beku : 180C (64,40F)

4. Titik Didih : 2900C (5540F)

(Anonimb, 2009)

5. Viskositas : 1499 cP (200C)

6. Kapasitas Panas : 0,5795 kal/gr (200C)

7. Panas Penguapan : 21,060 kal/mol (550C)

8. Panas Pembentukan : 159,60 kkal/grmol

9. Konduktivitas termal : 0,00068 kal/cm2 0C

10. Titik Nyala : 1770C ( 1 atm )

11. Tekanan uap : 0,0025 mmHg (500C)

0,195 mmHg (1000C)

46,0 mmHg (2000C)

12. Titik Api : 2040C

(Purba, 2008)

13. Berat Jenis : 1,2617 gr/cm3

14. Panas Spesifik : 0,5795 kal/gr (26oC dan 99,94% Gliserol)

15. Specific Gravity : 1,260

(Kirk dan Othmer, 1971)

16. Bersifat higroskopis

17. Rasanya manis dan tidak berbau

18. Larut dalam air dan alkohol tetapi tidak larut dalam eter

(Prawira, 2007)


2.3 Asam Oleat

Asam oleat (C18H34O2) atau asam Z-Δ9-oktadekenoat (monounsaturated

omega-9 fatty acid), merupakan asam lemak tak jenuh yang tersusun dari 18 atom C

dengan 1 ikatan rangkap di antara atom C ke-9 dan ke-10. Bentuk jenuh dari asam ini

adalah asam stearat. Garam-garam dari asam oleat ini adalah oleat-oleatnya

(Anonimc, 2009).

Asam oleat biasanya diperoleh dari hidrolisa lemak dan minyak. Sumber-

sumber lemak atau minyak dapat berasal dari hewani maupun nabati. Minyak nabati

yang dapat diekstraksi untuk menghasilkan asam oleat seperti minyak kedelai,

minyak biji kapuk, minyak jagung dan kanola (Pardi, 2005). Dan 55-80% asam oleat

diperoleh dari minyak zaitun. Asam oleat ini dapat bersifat hipotensif (mengurangi

tekanan darah) sebagai efek dari minyak zaitun. Dalam bidang farmasi, asam oleat

ini berfungsi sebagai agen pengemulsi dan pelarut pada produk-produk aerosol

(Anonimc, 2009).

Beberapa sifat asam oleat dapat dilihat sebagai berikut,


2. Densitas : 0,895 gr/ml

3. Titik Beku : 13-140C (286 K)

4. Titik Didih : 3600C (633 K)

5. Tidak larut dalam air

6. Larut dalam methanol (CH3OH)

(Anonimc, 2009)

2.4 Kalium Hidroksida (KOH)

Kalium hidroksida merupakan basa kuat yang berbentuk pejal berwarna putih

dan juga dikenal dengan nama potassium hydroxide , kalium hidrat atau potasi

kaustik. Potasium hidroksida ini merupakan senyawa eksotermis kuat serta mudah

larut dalam beberapa pelarut polar (Anonimd, 2009).

Dalam bidang pertanian, beberapa kegunaan umum dari kalium hidroksida ini

adalah sebagai penentu pH pada tanah asam, serta berfungsi sebagai fungisida dan

herbisida. Selain itu, kalium hidroksida umum digunakan sebagai elektrolit dalam


baterai alkali, agen anti-foam pada industri kertas, industri tekstil, serta pada industri

biodiesel (Anonimd, 2009).

Dalam Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gliserol Monooleat ini, kalium

hidroksida (KOH) digunakan sebagai katalis untuk reaksi esterifikasi antara gliserol

dengan asam oleat. Panas spesifik (specific heat) dari kalium hidroksida pada 19oC

dapat dilihat dalam tabel 2.2 berikut:

Tabel 2.2 Panas Spesifik Kalium Hidroksida pada 19oC

Mole % Specific Heat, (Cal/g0 C)

0 1,000

0,497 0,975

1,64 0,930

4,76 0,814

9,09 0,750

(Perry dan Green, 1999)

Beberapa sifat dari kalium hidroksida ini adalah sebagai berikut :


2. Densitas : 2,044 gr/cm3 (pejal)

3. Titik didih : 13200C

4. Titik Lebur : 4060C

5. Tekanan Uap : 1,3 hPa (7190C)

6. Kelarutan dalam air : 1100 g/L (250C)

(Anonimd, 2009)

2.5 Proses Pembuatan Gliserol Monooleat

Secara teoritis gliserol monogliserida maupun gliserol monooleat dapat

dibuat dengan cara reaksi kimia dan dengan cara reaksi menggunakan enzim.

Monogliserida terbentuk saat satu dari tiga gugus hidroksil dalam molekul gliserol

digantikan oleh sebuah asam lemak radikal (Hui, 1995).

Konsumsi utama dari monogliserida adalah dalam industri makanan dengan

kuantitas yang diinginkan banyak, oleh karena itu beberapa perusahaan telah


menspesialisasikan monogliserida pada produksi utama mereka (Fischer, 1998).

Tahapan proses produksinya secara umum dapat dilihat sebagai berikut :

Gambar 2.2 Proses produksi monogliserida secara umum

(Fischer, 1998)

Ada beberapa metode yang dapat dipergunakan dalam membuat

monogliserida, metode tersebut adalah sebagai berikut (Hui, 1995) :

1. Esterifikasi langsung antara gliserol dengan asam-asam lemak.

2. Reaksi antara gliserol halohidrin dengan garam-garam asam lemak dari logam

alkali atau perak.

3. Esterifikasi antara gliserol dan trigliserida dengan kehadiran katalis, yang

memproduksi campuran gliserida.

2.5.1 Esterifikasi Langsung Antara Gliserol Dan Asam-asam Lemak

Esterifikasi langsung antara gliserol dan asam lemak menghasilkan

monogliserida, digliserida dan trigliserida pada level yang bervariasi. Komposisi dari

produk akhir tergantung pada rasio gliserol dibanding dengan asam lemak, jenis

asam lemak dan kondisi operasi yang terjadi selama proses berlangsung (Hui, 1995).

Reaksi esterifikasi adalah reaksi penggantian kedudukan hidrogen pada suatu

asam lemak oleh sebuah group alkohol seperti metil alkohol, membentuk metil ester

(Pardi, 2005). Umumnya, proses esterifikasi menggunakan katalis asam. Asam-asam

seperti asam sulfat dan asam klorida adalah jenis asam yang sekarang ini banyak

digunakan sebagai katalis (Hambali. dkk, 2007).


Jika metil alkohol yang digunakan adalah gliserol dan asam lemak sebagai

sumber gugus ester, maka reaksi keseluruhannya (over all) akan membentuk satu

mol trigliserida dan tiga mol air (Pardi, 2005). Persamaan reaksi tersebut dapat

dilihat sebagai berikut :

CH2OH

CHOH

CH2OH

Gliserol

+ 3OHCOR

CH2OCOR

CH2OCOR

CH2OCOR

kat3H2O+

AirAsam Lemak Gliserol trigliserida Gambar 2.3 Reaksi pembentukan gliserol trigliserida

(Bernardini, 1985)

Telah diketahui bahwa asam laurat, stearat dan oleat akan mengalami

esterifikasi sempurna dengan gliserol saat dicampurkan dengan pemanasan pada

temperatur 230–3000C (446–4640F) dalam waktu 3 jam. Asam laurat dan oleat

utamanya membentuk monoester dan diester, sedangkan stearat membentuk diester

dan triester. Reaksi dengan proporsi ekimolar antara asam lemak dan gliserol pada

1800C (3560F) utamanya membentuk digliserida dan trigliserida. Esterifikasi

langsung ini dapat berlangsung tanpa kehadiran katalis. Proses dengan reaksi

nonkatalisis

ini membutuhkan temperatur tinggi, dan waktu reaksi yang relatif lama dan

produk yang dihasilkan lebih gelap (Hui, 1995). Berdasarkan penelitian (Pardi,

2005), apabila reaksi di atas berlangsung secara bertahap, yakni jika tidak semua

gugus OH pada gliserol digantikan oleh gugus asam lemak, maka akan terbentuk

gliserol monogliserida, gliserol digliserida dan air. Hal tersebut terkait kepada energi

aktivasi minimal yang dibutuhkan oleh reaktan untuk saling berikatan membentuk

senyawa baru (produk). Energi aktivasi reaksi pembentukan gliserol monogliserida

dari gliserol adalah sebesar 9,588 kal/mol pada bilangan Reynold 6200 (Pardi, 2005),

dan konsentrasi produk pada akhir reaksi adalah 40-60%, dengan catatan bahwa air

akan diproduksi dalam reaksi esterifikasi langsung ini (Fischer, 1998).

Identik dengan gambar 2.3 di atas, maka jika gliserol direaksikan dengan

asam oleat, akan membentuk gliserol monooleat dalam campuran gliserol monooleat,


gliserol dioleat dan gliserol trioleat (Pardi, 2005). Persamaan reaksi tersebut dapat

dilihat sebagai berikut :

CH2OH

CHOH

CH2OH

+ CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7-C-OHO kat CH2-O-C-(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3

CHOH

CH2OH

O

+ H2O

Gliserol Asam Oleat Gliserol monooleat Air Gambar 2.4 Reaksi pembentukan Gliserol Monooleat

(Pardi, 2005)

2.5.2 Reaksi Dengan Halohidrin

Sejak awal abad ke-19, para peneliti membuat gliseril ester dari asam lemak

dengan mereaksikan gliserol halohidrin dengan alkali atau garam-garam perak dari

asam lemak. Metode ini memberikan keyakinan bahwa posisi gugus karboksil dapat

digantikan oleh ion klorida. Walaupun demikian, penelitian terakhir menunjukkan

bahwa produk akhir tidak dapat diprediksi karena perpindahan gugus karboksil dari

posisi tengah menuju ke posisi ujung struktur senyawanya. Hal ini menunjukkan

bahwa rantai ester pada posisi tengah tidak berpindah ketika gugus asil merupakan

sebuah asam lemak siklik radikal berubah menjadi sebuah asam alifatik radikal (Hui,

1995).

2.5.3 Reaksi Dengan Trigliserida

Reaksi dengan trigliserida dengan gliserol dan katalis berlebih, menghasilkan

suatu campuran monogliserida dan digliserida ditambah beberapa sisa trigliserida

dan sisa katalis yang tidak bereaksi. Elder dan Richardson (1934) telah mematenkan

sebuah proses pembuatan monogliserida dan digliserida ini. Mereka membuat

monogliserida dengan mereaksikan gliserol dengan trigliserida menggunakan katalis

alkohol pada 140-2900C (284-5540F). Mereka juga menggunakan katalis

gliseroksida menggunakan pengadukan mekanik untuk menghasilkan monogliserida

dengan yield yang lebih tinggi. Dalam proses ini juga reaksi dilangsungkan dalam

keadaan vakum untuk membuang air yang berlebih (Hui, 1995).


2.6 Pemilihan Proses

Dari ketiga metode pembuatan monogliserida di atas, dalam pra-rancangan

pabrik pembuatan gliserol monooleat ini dipilih metode esterifikasi langsung antara

gliserol dengan asam oleat, yang dimodifikasi dari hasil penelitian Pardi (2005) yaitu

dengan menggunakan katalis kalium hidroksida (KOH). Hal ini dikarenakan waktu

reaksi yang relatif lebih cepat dan reaksi yang berlangsung lebih efisien, yang pada

akhirnya akan menghemat pembiayaan pabrik baik dari segi penyediaan dan

pretreatment bahan baku, produksi maupun pemasaran produk.

Reaksi esterifikasi antara gliserol dengan asam oleat ini diperkirakan

berlangsung secara bolak-balik (reversible) yang menghasilkan produk samping

yaitu air (Pardi, 2005). Keberadaan air di sini akan menyebabkan potensi terjadinya

reaksi berbalik ke arah kiri (reaksi hidrolisa) menjadi besar, dengan demikian

pengendalian terhadap reaksi bolak-balik ini menjadi hal yang cukup penting

diperhatikan. Untuk mencegah hal ini, maka dilakukan pengambilan terhadap air

yang terbentuk dengan cara menguapkannya dari produk. Pengurangan air ini

sekaligus dapat meminimalisir resiko terjadinya reaksi hidrolisa (reversible).

2.7 Deskripsi Proses

2.7.1 Umum

Pada Pra-Rancangan Pabrik ini, produksi Gliserol Monooleat dengan

kapasitas produksi 22.500 ton/tahun ini dilakukan dalam beberapa tahap. Tahapan-

tahapan tersebut dapat dilihat dalam bagan berikut ini :

Gambar 2.5 Bagan Pembuatan Gliserol Monooleat Secara Umum


Pertama adalah memurnikan gliserol hasil samping pembuatan biodiesel dari

residu yang masih terdapat dalam gliserol hasil samping pembuatan biodiesel untuk

memperoleh gliserol murni, selanjutnya dicampurkan gliserol murni tersebut dengan

katalis (KOH) dan reaksi esterifikasi dilakukan dengan penambahan asam oleat ke

dalam reaktor. Produk yang diperoleh juga dimurnikan dengan menghilangkan sisa

katalis dan air yang terdapat dalam produk sehingga diperoleh gliserol monooleat

yang diinginkan.

2.7.2 Pemurnian Gliserol

Gliserol hasil samping pembuatan biodiesel (gliserol kasar) memiliki

komposisi 75,29% berat gliserol, trigliserida 6,88% (Pardi,2005), metanol 7,24%,

sisa katalis (KOH) 6,89%, dan air 3,70% (Plocher, 2008). Dari tangki penampungan

(TT-101), gliserol ini terlebih dahulu dimasukkan ke dekanter (FL-101) untuk

memisahkan trigliserida. Selanjutnya trigliserida yang terpisah tersebut dimasukkan

ke tangki penyimpanan trigliserida (TT-102). Diasumsikan hanya 80% berat

trigliserida yang terpisah dalam dekanter (FL-101), untuk itu gliserol ini selanjutnya

dimasukkan ke dekanter (FL-102).

Sisa katalis dari pembuatan biodiesel yang masih terdapat dalam gliserol (dari

FL-102), dipisahkan dengan cara sentrifusi, karena KOH memilihi berat jenis yang

besar sehingga KOH akan dapat dipisahkan dari campuran. Karena kelarutan KOH

di dalam air sekitar 121 g KOH/100 mL air dan kelarutannya di dalam alcohol

sekitar 0,4 g KOH/100 ml alkohol (Anonimd. 2009), maka air dan metanol juga ikut

terdekantasi dan tersentrifusi bersama dengan KOH, yang kemudian larutan KOH

yang telah disentrifusi di FF-101 tersebut dipindahkan ke tangki penampungan KOH

(TT-103).

Metanol dan air dipisahkan dari gliserol yang berasal dari sentrifusi (FF-101)

ke dalam vaporizer (VE-101) setelah melalui pemanasan di dalam heater (E-104).

Metanol (menguap pada 64,7oC) dan air (menguap pada 100oC) tersebut akan

dimasukkan ke tangki penyimpanan larutan metanol (TT-105) setelah sebelumnya

melewati kondensor sub-cooler (E-103) untuk mengubah fasanya menjadi cair dan

menurunkan suhunya hingga 30oC, sedangkan gliserol alirkan menuju tangki gliserol


murni (TT-206) setelah sebelumnya didinginkan di cooler (E-105) hingga

temperature 30oC.

2.7.3 Pembuatan Gliserol Monooleat

Katalis KOH di dalam tangki (TT-208) dipindahkan dengan elevator (C-201),

kemudian dicampurkan terlebih dahulu dengan gliserol murni yang telah

dipompakan dari tangki (TT-206) ke dalam mixer (M-201) dan pencampuran ini

dilakukan pada temperatur 30oC. Campuran tersebut dialirkan ke reaktor (R-201)

setelah melalui proses pemanasan di heater (E-206) hingga temperatur 180oC.

Selanjutnya asam oleat dari tangki (TT-207) yang telah melalui pemanasan hingga

suhu 180oC di heater (E-208), dipompakan ke reaktor tangki berpengaduk (R-201)

secara bersamaan dengan campuran gliserol dan KOH yang berasal dari mixer (M-

201).

Dalam reaktor ini terjadi reaksi esterifikasi antara gliserol dan asam oleat

membentuk produk gliserol monooleat dan air (Pardi, 2005). Reaksi yang terjadi

dalam reaktor (R-201) adalah sebagai berikut :

CH2OH

CHOH

CH2OH

+ CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7-C-OHO kat CH2-O-C-(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3

CHOH

CH2OH

O

+ H2O

Gliserol Asam Oleat Gliserol monooleat Air Gambar 2.6 Reaksi Pembentukan Gliserol Monooleat Dalam Reaktor R-201

(Pardi, 2005)

2.7.4 Pemurnian Produk

Produk yang dihasilkan dalam reaktor (R-201) dialirkan ke heater (E-102)

untuk memanfaatkan panas produk tersebut dalam proses pemekatan KOH di

evaporator (FE-101) sehingga panasnya tidak terbuang. Kemudian produk dialirkan

menuju cooler (E-207) hingga produk tersebut bertemperatur 30oC.

Selanjutnya campuran produk dengan air dan sisa katalis KOH dialirkan

menuju decanting centrifuge (DC-301) untuk memisahkan produk dari larutan KOH.

Hal ini dapat dilakukan karena produk yang dihasilkan (gliserol monooleat) ini tidak


larut dalam air (Pardi. 2005). Dalam decanting centrifuge (DC-301) ini sebanyak

50% berat KOH terlarut dalam air membentuk larutan KOH yang mana 85% larutan

tersebut berhasil dipisahkan dari campuran produk. Sedangkan sisa yang belum

terpisah dari produk dialirkan menuju decanting centrifuge (DC-302) untuk

memisahkan gliserol monooleat dari air dan sisa katalis KOH untuk memperoleh

gliserol monooleat yang murni.

Larutan KOH dari decanting centrifuge DC-301 dan DC-302 dialirkan

bersamaan dengan larutan KOH yang berasal dari FF-101 menuju tangki

penampungan larutan KOH (TT-103), dan selanjutnya dipekatkan di evaporator (FE-

101) untuk mengambil air dari larutan tersebut yang kemudian dialirkan menuju unit

utilitas. Sedangkan KOH yang sudah lebih pekat disimpan di tangki penampungan

(TT-104) setelah sebelumnya melewati cooler (E-109) hingga temperatur 30oC.


LC

LC

FC

FC FC

LC

LC

FC

LC LC LC

FC

LCLC

FC

FC

FC

LC

PI

LC

FC

FC

LC

Air Pendingin, 10oC

LC

ke Unit Utilitas

Saturated Steam, 260oC, 1 atm

Kondensat, 260oC, 1 atm

Air Pendingin Bekas, 30oC

FL-102

FL-101

P-103

P-102

E-103

TT-101

P-101TT-102 TT-103

FF-101

E-102

E-104

FE-101TC

P-104 TT-105 TT-206

E-105

E-207

E-101

E-109

VE-101

P-208

P-205TT-208

R-201

M-201

P-207 P-206TT-207

E-206 E-208

DC-301

DC-302

P-309

P-310

TT-309

TT-104

2

1

3

5

6

32

14

27

7

15

16 17

18

9

8

11

1213

26

20

21

19

23

25

22 24

29

32

31

30

33

18

28

10

4


bab ii tinjauan pustaka 2.1 gliserol...

Documents