pabrik base oil dari minyak jarak pagar dengan proses esterifikasi

I-1

BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Revolusi industri yang terjadi di Inggris, mengakibatkan terjadinya perkembangan mesin-mesin berskala besar yang terbuat dari besi dan baja. Mesin-mesin ini memerlukan pelumasan, sehingga digunakan minyak pelumas yang terbuat dari lemak binatang. Minyak bumi mulai diproduksi sebagai minyak pelumas mulai tahun 1850-an di Amerika, Canada, Rusia dan Rumania. Sejak saat itulah pelumas mulai banyak dikembangkan. Pada awal tahun 1920-an produksi minyak pelumas dari minyak bumi semakin dikembangkan. Minyak pelumas dibuat dari bahan dasar yang disebut dengan base oil.

Base oil ini yang nantinya dicampur dengan bahan aditif dan diproses sedemikian rupa sehingga menghasilkan Pelumas yang dikehendaki. Sedangkan penggunaan aditif dalam minyak pelumas mulai digunakan sejak tahun 1993. Tujuan penambahan aditif adalah untuk meningkatkan performa base oil.

Base oil yang dibutuhkan saat ini semakin meningkat seiring dengan kebutuhan minyak pelumas yang digunakan untuk perawatan alat transportasi maupun mesin mesin industri. Base oil merupakan bahan dasar dari pembuatan minyak pelumas. Pelumas sendiri didefinisikan sebagai zat yang berada atau disisipkan diantara di permukaan mesin yang bergerak untuk mengurangi gesekan antar permukaan tersebut. Komposisi antara aditif dan base oil yang berbeda dan macam aditif yang digunakan disesuaikan dengan jenis mesin, kerja mesin, teknologi mesin, dan kerja mesinkendaraan. Pelumas tidak hanya dibedakan berdasarkan bahan bakar yang digunakan, tapi juga berdasar pada fungsi yang diharapkan

I-2

BAB I Pendahuluan

Pabrik Base Oil dari Minyak Jarak Pagar Dengan Proses Esterifikasi

Program Studi D3 Teknik Kimia FTI-ITS

dari pelumas tersebut. Hal ini menyebabkan banyaknya pelumas yang beredar di pasaran.

Selama ini bahan baku pembuatan base oil adalah dari mineral oil, padahal ketersediaan mineral oil semakin menipis. Oleh karena itu, perlu dikembangkan teknologi untuk mencari pengganti berupa sumber daya alam yang dapat diperbarui. Salah satu sumber yang dikembangkan berasal dari tumbuh tumbuhan (minyak nabati). Minyak nabati menjadi alternatif karena sifatnya yang lebih mudah diuraikan oleh alam. Sifat lainnya adalah tidak beracun dan sumbernya yang melimpah karena dapat diperbaharui. Hal ini juga mendukung upaya pelestarian lingkungan, mendorong berkembangnya sektor pertanian, dan mengurangi kerusakan di bumi. Synthetic Oil pertama kali dikembangkan oleh dua ahli di abad ke-20 yaitu Dr. Hermann Zorn dari IG Farben, Jerman dan Dr. WA Zisman dari Naval Research Laboratory, Amerika Serikat. Keduanya mengembangkan model konsep dari Synthetic Oil. Synthetic oil pertama kali muncul di Amerika Serikat, dan menggunakan base oil berbasis polyolefin. Hingga saat ini, merek-merek Synthetei Oil yang telah diproduksi, kebanyakan berbasis polyolefin. Seiring dengan perkembangan teknologi, banyak produsen yang memproduksi pelumas berbahan dasar poliester, polyglycos, sintetis non-PAO, ester, naftalena, dan benzena alkilasi. Base oil berbahan minyak nabati merupakan jenis synthetic oil yang sedang dikembangkan. Salah satu sumber minyak nabati yang dapat dikembangkan di Indonesia sebagai bahan baku base oil adalah minyak biji jarak.

Kapasitas Pabrik

Penentuan kapasitas pabrik base oil dari minyak jarak pagar ditentukan berdasarkan ketersediaan bahan baku, produksi, serta nilai ekspor dan impor akan pelumas dikarenakan base oil ini nantinya akan diproses menjadi

I-3


BAB I Pendahuluan


berbagai macam jenis pelumas. Berikut adalah data dari konsumsi akan pelumas.

Tabel I.1. Data Statistik Ekspor Pelumas di Indonesia berdasarkan BPS (Badan Pusat Statistik).

Tabel I.2. Data Statistik Impor Pelumas di Indonesia berdasarkan BPS (Badan Pusat Statistik).

Tabel I.3. Data Statistik Kebutuhan Pelumas di Indonesia berdasarkan BPS (Badan Pusat Statistik).

I-4

BAB I Pendahuluan



Dari data tabel I.1. ; I.2. ; I.3. diperoleh grafik pertumbuhan pelumas di Indonesia sebagai berikut :

Gambar I.1 Grafik Pertumbuhan Pelumas di Indonesia

Dari gambar grafik diatas terlihat bahwa ekspor pelumas dari tahun 2001 sampai tahun 2003 mengalami kenaikan, sedangkan untuk tahun 2004 hingga 2006 mengalami penurunan. Pada tahun 2007 ekspor pelumas mengalami kenaikan dan kemudian turun pada tahun 2008 hingga 2010.

Kemudian pada grafik impor pelumas terlihat bahwa impor pelumas dari tahun 2001 sampai tahun 2003 mengalami kenaikan, sedangkan untuk tahun 2004 hingga 2006 mengalami kenaikan dan penurunan. Pada tahun 2007 impor pelumas mengalami kenaikan hingga tahun 2010. Untuk prediksi impor pelumas di tahun 2019 digunakan persamaan y = 19793x 4E + 07 dan hasil prediksi sebesar 37.933 ton/tahun.

I-5


BAB I Pendahuluan


Pada grafik kebutuhan pelumas pada tahun 2001 sampai 2003 mengalami kenaikan. Pada tahun 2004 sedikit mengalami penurunan dan di tahun 2005 2008 mengalami kenaikan kembali. Untuk tahun 2009 2010 kembali mengalami kenaikan kebutuhan pelumas. Untuk prediksi kebutuhan pelumas di Indonesia tahun 2019 adalah 3.894.544 ton/tahun. Diambil 1% untuk kebutuhan pertahunnya sebesar 38.945,44 ton/tahun. Pembulatan diambil 40.000 ton/tahun.

Berdasarkan data yang ada pabrik ini cocok didirikan di Pasuruan, Jawa Timur. Dikarenakan pabrik pemasok minyak jarak pagar yaitu PT. RNI terdapat juga di daerah pasuruan. Selain itu, pasuruan merupakan tempat yang ideal untuk pendirian pabrik pabrik industri selain pasokan utilitas air yang melimpah, juga tersedianya pasokan bahan baku di daerah tersebut. PT RNI telah mengklaim berapapun pasokannya mereka siap untuk menyuplai kepada siapapun yang bermitra. Saat ini PT RNI mematok harga Rp2.500Rp3.000 per liter tergantung mutu. Kualitas minyak jarak dipengaruhi kadar air dan asam lemak bebas. Minyak yang bermutu baik, kadar airnya kurang dari 10%.

I.2 Dasar Teori I.2.1 Minyak Jarak Pagar

Pemanfaatan minyak jarak sebagai bahan base oil merupakan alternatif yang ideal. Minyak jarak pagar selain merupakan sumber minyak terbarukan (renewable fuels) juga termasuk non edible oil sehingga tidak bersaing dengan kebutuhan konsumsi manusia seperti pada minyak kelapa sawit dan minyak jagung.

Ekstraksi minyak jarak dari biji jarak dapat dilakukan dengan metode pengepresan (pressing) dan ekstraksi pelarut (solvent extraction). Pada umumya metode pengepresan dilakukan dengan menggunakan pengepres hidrolik atau pengepres berulir. Walaupun relatif lebih sederhana, metode

I-6

BAB I Pendahuluan



pengepresan menghasilkan ampas yang masih mengandung minyak sebesar 7-10 %, sedangkan metode ekstraksi pelarut mampu memisahkan minyak secara optimal, hingga kandungan minyak pada ampas kurang dari 0,1 % berat keringnya (Syah, 2006). Walaupun demikian, metode pengepresan merupakan metode yang umum digunakan dalam ekstraksi minyak jarak. Metode pengepresan merupakan metode terbaik untuk biji-bijian yang mengandung minyak sebesar 30-70 %.

Dari seluruh bagian tanaman jarak pagar, biji jarak pagar memiliki kandungan minyak tertinggi. Senyawa kimia yang terkandung dalam biji jarak pagar antara lain: alkaloida, saponin, tripsin dan sejenis protein beracun (kursin). Menurut Gubitz et al., (1999) biji jarak mengandung 35-45 % minyak yang terdiri dari berbagai trigliserida asam oleat, linoleat, dan linolenat. Komposisi asam lemak & sifat fisiko kimia minyak jarak pagar dapat disajikan pada Tabel 1.2 dan 1.3.

Tabel 1.4 kandungan minyak jarak pagar

I-7


BAB I Pendahuluan


I.2.2 Base Oil Base oil didefinisikan sebagai bahan dasar dalam

pembuatan pelumas atau biasa disebut pelumas dasar. Base oil yang dihasilkan merupakan gugus ester yaitu tri metyl propane ester (TMP ester). Base oil yang diproduksi masih banyak mengandung impuritis dan kandungan zat lain. Pengolahan base oil menjadi pelumas memerlukan tahapan proses yang lebih lanjut, diantaranya pemurnian, penambahan zat aditif sehingga menjadi pelumas yang baik. Pelumas sendiri adalah zat yang berada atau disisipkan diantara dua permukaan yang bergerak untuk mengurangi gesekan antar permukaan tersebut. Pelumas tidak boleh memiliki viskositas yang terlau tinggi dan juga terlalu rendah

Pelumas dasar atau base oil dikelompokkan menjdi 3 antara lain:

1. Minyak mineral

Merupakan satu jenis minyak yang banyak digunakana pada saat ini. Base oil ini merupakan hidrokarbon yang mengalami serangkaian proses pemurnian dan dapat digolongkan menjadi empat jenis, yaitu parafin, olefin, naftanik, dan aromatik. Kandungan lain di dalam minyak mineral adalah sulfur, nitrogen dan logam. Keunggulan minyak mineral sebagai pelumas dasar adalah : (1) harga murah (2) daerah suhu operasi lebar, meliputi seluruh pemakaian dalam industri, mesin-mesin transportasi, alat-alat berat lain, (3) penambahan adirtif dapat meningkatkan mutu dan kinerja, (4) tidak merusak bantalan, (5) stabil selama penyimpanan.(La Pupung 1986). Kebutuhan minyak mineral meningkat, sedangkan persediaan minyak bumi di dunia menipis karena bersifat tidak

I-8

BAB I Pendahuluan



terbarukan. Minyak bumi tidak bersifat terdegradasi karena mengandung senyawa aromatik dan racun.

2. Minyak nabati Base oil yang berasal dari minyak nabati, misalnya minyak kedelai, minyak sawit, minyak kelapa, minyak biji bunga matahari dan minyak biji jarak. Jika minyak nabati dibandingkan dengan minyak mineral sebagai minyak pelumas dasar, terdapat beberapa keunggulan yaitu, tingginya kemampuan pelumasan, tingginya indeks viskositas, rendahnya kehilangan minyak karena penguapan, tingginya kemampuan terdegradasi dan rendahnya kandungan racun. Minyak nabati sebagai pelumas dasar mempunyai keterbatasan, yaitu rendahnya stabilitas thermal, hidrolitik, dan oksidatif karna mengandung asam lemak tidak jenuh. Kelemahan ini bisa diatasi dengan memodifikasi minyak tersebut dengan menambahkan bahan aditif. Usaha yang dilakukan untuk meningkatkan stabilitas oksidasi adalah melakukan modifikasi minyak kedelai menjadi epoksi dan alkohol polihidrat, melakukan transesterifikasi trimetilol propan dan metil ester kanola.(Hwang 2003)

3. Minyak sintetis Base oil sintetis adalah pelumas dasar yang dibuat dengan proses kimiawi dengan menggabungkan beberapa bahan aditif. Pada awalnya, pelumas yang digunakan pada kendaraan tempo dulu adalah berasal dari minyak bumi, pada perkembanganya tidak mampu melayani mesin-mesin dengan teknologi tinggi maka dilakukan penambahan bahan aditif. Selanjutnya, hasil penelitian menunjukkan bahwa pelumas konvensional dari minyak bumi yang telah

I-9


BAB I Pendahuluan


ditambah dengan bahan aditif, tidak mampu mendukung kinerja mesin baru, maka dilakukan penggantian dengan bahan lain yang bukan berasal dari minyak bumi. Bahan ini merupakan bahan kimia yang memiliki kemampuan lebih unggul daripada minyak mineral dalam semua sifat dasar yang diperlukan, maka terbentuklah pelumas dasar sintetis.(Nugroho 2005)

I.2.3 Karakteristik Base Oil Berdasarkan API base oil dibedakan menjadi 6 golongan, yaitu:

Golongan I Pada golongan ini base oil terbentuk dari

proses distilasi fraksionasi mineral oil yang selanjutnya dimurnikan dengan proses ekstraksi pelarut.

Golongan II Pada golongan ini base oil terbentuk dari

proses distilasi fraksionasi mineral oil, dimana mengalami proses dewaxing dan hydrocracked untuk proses pemurniannya.

Golongan III Pada golongan ini, base oil yang dihasilkan

memiliki karakteristik yang sama dengan base oil pada Golongan II. Hanya saja base oil pada Golongan III memiliki viskositas indeks yang lebih tinggi. Beberapa base oil dari golongan III yang memiliki VHVI (Very High viscosity Index) masuk kedalam golongan III+.

Golongan IV Golongan ini merupakan salah satu tipe

synthetic oil yang terbuat dari PAOs (polyalphaolefin)

I-10

BAB I Pendahuluan



Golongan V Golongan ini mencakup segala jenis base oil

yang tidak tercantum pada Golongan I-IV. Yang termasuk golongan ini antara lain silikon, polyol ester, PAG (polyalkylene glycols), dan PFPAE (perfluoropolyalkylethers).

Golongan VI Golongan ini belum diakui di Amerika Serikat

oleh API. Golongan ini diperkenalkan di Eropa oleh ACEA untuk jenis base oil PIO (Polyinternalolefin).

Tabel I.5 Karakteristik Base Oil (viskositas 4 cSt pada suhu 100oC, tanpa zat aditif) *)

Golongan Indeks Viskositas Volatilitas

(%) Pour Point

(0C)

Flash Point (0C)

Golongan I 80-119 15-20 -5 sampai 15 100

Golongan II 80-119 10-15

-10 sampai 20 170

Golongan III 120 5-15

-10 sampai 25 190

Golongan III+ 140 5

-15 sampai -

30 200

Gologan IV PAO 135-140 1,8 -53 270

Golongan V

Polyol Esrer

140 1,0 -21 260

*) Sumber: www.zddplus.com/oil-base-stock

I.3. Kegunaan Base Oil

I-11


BAB I Pendahuluan


Gambar I.3. Tiga komponen penyusun pelumas mesin

(Gerard 2000)

Komposisi pelumas mesin umumnya terdiri dari 3 komponen dan 75% nya merupakan pelumas dasar seperti yang terlihat pada gambar di atas .

Pelumas dasar adalah sejenis minyak yang dapat digunakan sebagai bahan dasar pelumas. Pada formulasi pelumas 70-90 % campuran minyak pelumas dasar dan ditambah dengan bahan aditif untuk meningkatkan sifat-sifatnya.

Campuran ketiga komponen tersebutlah yang nantinya dapat digunakan sebagai bermacam-macam pelumas. Penambahan bahan aditif tersebut memiliki tujuan untuk memperbaiki sifat sifat pelumas dasar yang belum sesuai standar yang telah ditentukan.

I.4 Sifat Fisika dan Kimia I.4.1 Bahan Baku Utama

I-12

BAB I Pendahuluan



Minyak jarak mempunyai komposisi yang tetap dan memiliki sifat-sifat sebagai berikut. Berikut ini adalah tabel dari sifat fisiko-kimia minyak mentah jarak :

Tabel I.6 sifat fisiko-kimia dari minyak jarak pagar

I.4.2 Bahan Baku Pendukung Dalam proses stabilisasi, digunakan uap panas dengan

suhu 100o C 120 oC yang bertujuan untuk mendeaktivasi enzim lipase yang ada dalam dedak sehingga rendemen minyak meningkat dan kadar asam lemak bebas menurun. Berikut adalah tabel sifat fisik H2O.

Tabel I.7 Sifat Fisika dan Kimia H2O

Karakteristik Nilai

Densitas 0,99707 mg/m3 Viskositas 0,89 m Pa. S

(liquid) 9,35 M Pa. S

(gas) Heat Capacity 4,186 kj/kg. K

Heat capacity Critical 4,216 kj/kg. K

I-13


BAB I Pendahuluan


2.042 kj/kg. K (gas)

Freezing Point 00C Rumus Molekul H2O Berat Molekul 18.02 gr/gr mol

Dalam proses degumming, H3PO4 digunakan untuk menggumpalkan dan mengendapkan zat zat seperti protein, fosfatida, gum dan resin yang terdapat dalam minyak jarak.

Tabel I.8 Sifat Fisik Dan kimia H3PO4 Karakteristik Nilai

Bentuk Cair Warna Tidak berwarna

Berat molekul 98,00 Specific gravity 1,834 Titik didih 0C 213 Titik leleh 0C 42,35

Dalam proses Saponifikasi, NaOH digunakan untuk menghilangkan dan memperkecil Asam tak jenuh Free Fatty Acide (FFA) yang terdapat dalam minyak jarak.

Tabel I.9 Sifat Fisik dan Kimia NaOH Karakteristik Nilai

Bentuk Padat Warna Putih

Berat molekul 40 specific gravity 1.348 Titik didih 0C 128 Titik leleh 0C 38.25

Dalam proses esterifikasi, Zinc Chloride (ZnCl2) digunakan sebagai katalis yang berfungsi untuk menjaga kestabilan suhu dalam reaksi esterifikasi.

I-14

BAB I Pendahuluan



Tabel I.10 Sifat Fisik Dan kimia ZnCl2 Karakteristik Nilai

Bentuk Padat, sebuk Warna Tidak berwarna

Berat molekul 136.29 specific gravity 2.91 Titik didih 0C 732 Titik leleh 0C 283

Senyawa alkohol yang digunakan dalam proses esterifikasi adalah Trimethylolpropane (TMP).

Tabel I.11 Sifat Fisik dan Kimia Trimethylolpropane Karakteristik Nilai

Bentuk Cair, pekat Warna Tidak berwarna

Berat molekul 134.20 Densitas uap relatif 1.176

Flashy point 0C 172 (liquid) Titik didih 0C 285 Titik leleh 0C 58

*) Sumber: Perry, 1999

I.4.3 Produk 1.4.3.1 Produk Utama

Produk utama berupa base oil berasal dari golongan ester. Yang selanjutnya dipasarkan ke perusahaan atau industri skala besar untuk diolah lagi menjadi pelumas. Base Oil yang digunakan adalah senyawa polyol ester (Trimethyolpropane ester) yang merupakan hasil reaksi antara Trimethyolpropane (TMP) dan asam lemak (fatty acid). Pemilihan ester sebagai base oil didasarkan pada keunggulan dibandingkan mineral lainnya, antara lain ( Anton L. Wartawan, 1983 ) :

I-15


BAB I Pendahuluan


1.Mempunyai sifat viskositas yang relatif konstan terhadap suhu.

2. Memiliki volatilitas yang rendah. 3. Mempunyai stabilitas terhadap lingkungan suhu yang

tinggi. 4. Tidak korosif terhadap logam 5. Stabil terhadap terjadinya hidrolisa dan relatif tidak

beracun Tabel I.12 Sifat Fisik dan Kimia Base Oil (Trimethylpropane

Ester) Karakteristik Nilai

Bentuk Cair Warna Jernih

Wt% Volatility 2,9 Wt% Biodegradibility 96

Specific gravity 0,943-0,948 Pour point 0C -43

Viskositas -suhu 40 0C -suhu 100 0C

20,4 cSt 4,5 cSt

Viscosity index 137 *) Sumber: http://www.soltexinc.com

1.4.3.2 Produk Samping Produk samping dari pabrik base oil yaitu berupa

gliserol dan gum. Gliserol dihasilkan dari proses hidrolisa. Gliserol yang dihasilkan ditampung pada suatu tangki dengan tujuan dapat dimanfaatkan. Gliserol mempunyai nilai jual yang tinggi pula dikarenakan gliserol dapat dimanfaatkan untuk bahan produksi lain.

Gliserol merupakan bahan dasar untuk industri kosmetik, metanol, plastik, obat obatan dan lainnya. Sehingga gliserol sebagai produk samping ini dapat dipandang

I-16

BAB I Pendahuluan



bukan sebagai limbah yang membahayakan lingkungan. Sedangkan gum dihasilkan dari proses degumming pada saat dipisahkan melalui centrifuge. Gum dari minyak nabati non food grade untuk pemrosesan lebhlanjut yaitu dengan mengeringkan sekitar 35 hingga 50% kadarairnya dan dapat digunakan sebagai bahan pembuatan plastik, high acetone insoluble product, atau didistilasi untuk mendapatkan Fatty Acid yang masih terbawa pada pemisahan di centrifuge. (Bailey 1907-1953)

Tabel I.12 Sifat Fisik dan Kimia Gliserol

Karakteristik Nilai Bentuk Cair Rasa manis

Berat molekul 92.09 specific gravity 1.2636 Titik didih 0C 290 Titik lebu 0C 19

Densitas uap relatif (mmHg) 3,17 *) Sumber: http://www.sciencelab.com

pabrik base oil dari minyak jarak pagar dengan proses esterifikasi

Documents