Makalah Fat Splitting

Fat Splitting

Bab I. Pendahuluan

A. Latar Belakang

Permintaan akan produk oleokimia yang sangat tinggi. Hal ini dapat dimaklumi karena produkoleokimia mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan produk petrokimia, seperti harga, sumber yang dapatdiperbaharui dan produk yang ramah lingkungan.Pada saat ini industri oleokimia masih berbasis kepada minyak / trigliserida sebagai bahan bakunya. Hal ini terjadikarena secara umum, para pengusaha masih ragu untuk terjun secara langsung ke industri oleokimia. Masih sangat jarang dijumpai sebuah industri yang mengolah bahan baku langsung menjadi bahan kimia tanpa melalui trigliserida.Padahal secara ekonomi dan teknik, banyak produk dari bahan alami yang bisa diolah langsung dari bahan nabatitanpa melalui trigliserida.

Gambar 1.1 Bagan Alir Produksi Oleokimia Secara Umum

Produksi oleokimia dasar yang telah dilakukan dalam industri adalah melalui proses termik (menggunakan suhu 250^oC dan tekanan sekitar 50 atm), yaitu melalui proses pemecahan lemak (fat splitting), esterifikasi, transesterifikasi dan hidrogenasi. Proses tersebut memerlukan energi tinggi serta investasi peralatan yang mahal dan mutu produk yang dihasilkan tidak terlalu baik ditinjau dari warna danbaunya sebagai akibat proses panas tersebut.

Dalam makalah ini dibahas empat metode / proses pemecahan lemak yaitu proses Twitchell, proses autoclave batch, proses kontinu, dan proses secara ezimatis.Selain keempat metode pemecahan lemak diatas,karena keempat metode digunakan pada skala lab,maka untuk skala besar digunakan metode colgate emery,yaitu dengan memanfaatkan uap dari suhu tunggu tinggi yaitu 523K dengan tekanan tinggi 5 x 10⁶ dengan kapasitas produksi 5000 pound/jam,prinsip kerja nya pada proses metode ini hampir sama dengan proses reaksi dasarnya.

B. Tujuan Penulisan

Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah untuk mengetahui beberapa metode dalam pemecahan lemak. Selain itu, makalah ini disusun untuk melengkapi tugas mata kuliah Proses Industri Petro dan Oleokimia.

Bab II. Tinjauan Pustaka

A. Minyak Atau Lemak

Minyakataulemak secara umum merupakan trigliserida yang mengandung gliseroldan asam lemak baik jenuh maupun tidak jenuh.Dalam industrioleokimia, dengan proseskimia struktur minyak tersebut dipecah menjadistruktur lain seperti asam lemak, gliserol,metil ester asam lemak dan juga alkohol lemak.

Lemakadalah ester dari gliserol dengan asam-asam karboksilat suku tinggi. Asam penyusun lemak disebut asam lemak. Pada lemak, satu molekul gliserol mengikat tiga molekul asam lemak, oleh karena itu lemak adalah suatutrigliserida. Struktur umum molekul lemak seperti terlihat pada ilustrasi dibawah ini:

Gambar 2.1StrukturUmumMolekulLemak

Padarumusstrukturlemak di atas, R1–COOH, R2–COOH, dan R3–COOH adalahmolekulasamlemak yang terikatpadagliserol.Namalazimdarilemakadalahtrigliserida.

Molekullemakterbentukdarigliseroldantigaasamlemak.Olehkarenaitu, penggolonganlemaklebihdidasarkanpadajenisasamlemakpenyusunnya.Berdasarkanjenisikatannya, asamlemakdikelompokkanmenjadidua, yaitu:

1.      Asam lemak jenuh

Asam lemak yang semua ikatan atom karbon pada rantai karbonnya berupa ikatan tunggal (jenuh).

Contoh: asam laurat, asam palmitat, dan asam stearat.

2.      Asam lemak tak jenuh

Asam lemak yang mengandung ikatan rangkap pada rantai karbonnya.

Contoh: asam oleat, asam linoleat, dan asam linolenat

B. Proses Pemecahan Lemak (Fat Splitting)

Fat Splitting menurut bahasa berarti pemecahan lemak. Sedangkan secara definisi berarti proses pemecahan lemak atau minyak (trigliserida) menjadi Fatty Acid (asam lemak) serta gliserin sebagai produk samping, dengan menggunakan air (proses hidrolisa)atau menggunakan enzim. Secara tersirat dapat diketahui reaktan pada proses ini adalah minyak (crude palm oil, palm kernel oil, serta coconut oil) atau lemak yang sudah di kilang untuk pembersihan.

Adapun kegunaan dari proses “pemecahan lemak” ini adalah untuk menghasilkan asam lemak dan gliserin sebagai produk samping. Sebagaimana kita ketahui bersama kedua produk ini memiliki nilai jual lebih.Adapun asam lemak dapat juga dikatakan “basic oleochemical” terpenting, pada industri oleochemical asam lemak digunakan sebagai materi awal untuk sabun, medium-chain trigliserida, polyol ester, alkanoamida, dan sebagainya.

Dalam pohon industri oleochemical, dapat kita lihatproses fat splitting merupakan tahap awal perkembangan industri oleokimia. Proses fat splitting dapat dibagi menjadi 2 macam, yaitu jenis hydrolisa dan enzimatik, walaupun pada beberapa literatur dijelaskan proses enzimatik merupakan bagian dari proses fat splitting secara hidrolisa. Dan pada bagian selanjutnya akan dijelaskan:

a.       proses twitchell

b.      proses batch autoklav

c.       proses kontinu

d.      enzimatik

Gambar 2.2 Ilustrasi Fat Splitting

Reaksinya dijelaskan menurut persamaan.

Gambar 2.3ReaksiTrigliseridaDengan Air

Fat splitting merupakan reaksiessensial yang berlangsung pada tahapan sebagai berikut:

Asam lemak radikal berpindah tempat dari trigliserida satu kali dari tri ke di ke mono. Pemecahan yang tidak sempurna akan menghasilkan monogliserida, digliserida, dan mungkin juga masih berbentuk trigliserida. Semenjak proses inisiasi, reaksi berjalan lamban, terbatas oleh kelarutan air di dalam fasa minyak. Pada tahapan kedua, prosedur reaksi mulai bergerak cepat, karena peningkatan kelarutan air pada fasa minyak. Pada tahap akhir ditandai dengan dimishing rata-rata reaksi sebagai asam lemak dan gliserin sebagai produk kondisi equilibrium. Dapat di lihat pada ilustrasi berikut:

Gambar 2.4Mekanisme reaksi Fat Splitting

Pemecahan lemak merupakan reaksi yang reversibel, pada titik equilibrium nilai hidrolisis dan reesterifikasi adalah setimbang. Gliserin sebagai produk harus ditarik keluar secara kontinu, sebagai usaha untuk menghindari terjadinya reesterifikasi yang berlebihan.

Meningkatkan suhu dan tekanan akan mempercepat reaksi karena akan meningkatkan kelarutan air di dalam fasa minyak, dan untuk meningkatkan energi aktifasi. Temperatur pada bagian partikel akan menimbulkan efek yang signifikan. Menaikkan suhu dan temperatur (misal dari 150 – 220°C akan meningkatkan kelarutan air 2 sampai 3 kali lipat.Presentasi asam mineral yang kecil seperti asam sulfat atau oksida logam (seperti Zn dan Magnesium Clorida) meningkatkan reaksi pemecahan. Oksida logam adalah katalis sebenarnya. Ia juga berperan dalam formasi dan proses emulsi.

2.3       Macam-Macam Proses PemecahanLemak

1.      Proses Twitchell

Proses twitchell adalah proses yang mula-mula dikembangkan pada pemisahan lemak. Proses ini masih menggunakan cara yang sederhana karena murah serta kemudahan dari instalasi dan operasi. Tetapi proses ini membutuhkan energi yang besar dan kualitas produk yang rendah. Proses pemisahan menggunakan reagen Twitchell dan H₂SO₄ sebagai katalis dalam hidrolisis. Reagennya adalah campuran dari oleic atau asam lainnya dengan naptalen tersulfonasi.

Operasi terjadi dalam suatu wooden lead-lined atau tong tahan asam. Kandungan yang terdiri dari air yang jumlahnya ± ½ dari lemak, H₂SO₄ 1-2 %, dan reagen Twitchell 0,75-1,25 % dipanaskan sampai mendidih pada tekanan atmosfer selama 36-48 jam menggunakan steam terbuka. Proses biasanya diulangi dua sampai empat kali, fasa tiap tahap menghasilkan larutan gliserin dan air. Pada tahap akhir, air ditambahkan dan campuran dipanaskan kembali hingga mendidih guna mencuci asam yang tertinggal.

Pada periode reaksi yang panjang, steam yang dibutuhkan menjadi tinggi dan diskolorisasi asam lemak tidak merata sehingga pemakaian proses ini tidak menguntungkan.

Gambar 2.5Proses Twitchell

2.      Proses Batch Autoklav

Proses ini adalah metode komersial yang membutuhkan waktu yang cukup lama dalam pemisahan. Asam yang disediakan harus dalam jumlah yang cukup banyak untuk menghasilkan zat ligh-clored. Proses ini lebih cepat dibandingkan dengan proses Twitchell, butuh waktu selama 6-10 jam sampai selesai. Pemisahan menggunakan katalis zinc, Mg atau kalsium oksida. Dari semua katalis yang paling aktif adalah zinc. Sekitar 2-4 % katalis digunakan dan sejumlah dari serbuk zinc ditambahkan untuk meningkatkan warna dari asam lemak.

Autoclave merupakan silnder yang tinggi, dengan diameter 1220-1829 mm dan tinggi 6-12 m dibuat dari alloy yang tahan terhadap korosi (corrosion-resistant alloy) dan terlindungi secara penuh. Penginjeksian steam menyebabkan terjadinya pengadukan, meskipun pada beberapa kondisi digunakan mesin pengaduk.

Dalam operasi, autoclave diisi dengan lemak dan air yang jumlahnya (sekitar ± ½ dari lemak) dan katalis. Steam dihembuskan guna menggantikan udara terlarut dan autoclave ditutup. Steam yang digunakan untuk menaikkan tekanan sampai 1135 kPa dan diinjeksikan secara kontiniu, sementara sebagian kecil kisi-kisi menjaga agitasi dan tekanan operasi. Konversi dapat dicapai lebih dari 95% setelah 6-10 jam.

            Isi dari autoclave dipindahkan ke tangki, dimana terbentuk asam lemak dibagian atas dan gliserin pada bagian bawah. Asam lemak yang terbentuk ditambahkan asam mineral untuk memisahkan kandungan sabun dan selanjutnya dilakukan pencucian kembali guna memisahkan sisa asam mineral.

Gambar 2.6Proses Autoclave Batch

3.      Proses Kontinu

Proses kontinu merupakan proses pemisahan lemak dengan menggunakan suhu dan tekanan yang tinggi. Proses pemisahan asam lemak lebih dikenal dengan proses Coltage-Emery, merupakan metode yang paling efisien dalam hidrolisis lemak. Suhu dan tekanan tinggi dipergunakan untuk mempercepat waktu reaksi. Aliran counter current dipenuhkan oleh minyak dan air guna menghasilkan suatu derajat pemisahan yang maksimal tanpa memerlukan katalis.

Menara pemisah merupakan bagian utama dari proses ini. Kebanyakan dari menara pemisah mempunyai konfigurasi sama dan dioperasikan dengan cara yang sama. Tergantung dari kapasitas, menara bisa berkapasitas pad diameter 508-1220 mm dengan tinggi 18-25 m dan terbuat dari bahan tahan korosi seperti baja stainless 316 atau campuran logam yang dirancang untuk beroperasi pada tekanan sekitar 5000 kPa.

Gambar2.7Single-stage countercurrent splitting

Gambar 2.7 menunjukkan suatu rancangan Single-stage Countercurrent splitting, lemak terdegradasi pada sebuah cincin  sparge bagian tengah sekitar 1 meter dari dasar dengan sebuah pompa bertekanan tinggi. Air terdapat pada bagian atas dengan perbandingan 0-50% dari berat lemak. Temperatur pemisahan yang tinggi (250-260 ^oC) cukup menjamin penghancuran fase air pada minyak.

Volume kosong menara digunakan sebagai tempat reaksi. Lemak mentah lewat sebagai fase yang saling bersentuhan dari dasar atas menara, sementara cairan lebih berat mengalir turun sebagai fase terdispersi dalam bentuk campuran lemak dan asam. Derajat pemisahan dapat dicapai hingga 99%. Proses kontinu countercurrent tekanan tinggi memecah lemak dan minyak dengan lebih efisien dari pada proses lain dengan lama reaksi 2-3 jam.

       Konsumsiutilitasuntuk per ton umpanadalah :

               Steam (6000 kPa)        190 kg

               Air pendingin (20^oC)  3 m³

               Energi elektrik             10 kWj

               Air proses                    0,6 m³

4.      Enzimatik

Lemakdanminyakdapatdihidrolisisdenganenzimalami.Pemecahanlemakdenganenzimtelahdilakukanmelaluipercobaan.Tetapisaatiniprosesnyatidakbegitudianggappentingkarenabiayanya yang mahaldanwaktureaksinya yang lama.Pemecahanlemakdanminyaksecaraenzimatisoleh lipase dari Candida Rugosa, Aspergilusniger, danRhizopusArrhizustelahdipelajaripada range temperatur 26-40^oCdenganperiode 48-72 jam denganhasilpemecahankira-kira 98%.

Gambar 2.8 Proses Pemecahan Lemak

Perbandingan Beberapa Proses Fat Splitting

2.4       Uraian Proses

            Pada prinsipnya pembuatan pemisahan lemak ini terbagi menjadi beberapa tahap :

1.      tahap degumming

2.      tahap hidrolisa

3.      fatty acid distilation and fractionation opertion

4.      tahap penguapan

Gambar 2.9 Tahap proses

Degumming merupakan proses pemisahan getah (gum), yaitu lendir yang terdiri dari phospotida, protein residu, karbohidrat, air, resin, lechitin, dimana bahan-bahan tersebut merupakan bahan impuritis yang dapat mengganggu proses-proses selanjutnya. Misalnya lechitin pada suhu tinggi dapat menghasilkan warna gelap.

Biasanya proses ini dilakukan dengan cara dehidrasi gum dengan injeksi asam pospat sehingga kotoran terbentuk mudah lepas dari minyak, kemudian disusul dengan proses sentrifugasi minyak yang telah di degumming, selanjutnya dihidrolisa pada reaktor hidrolisa.

Hidrolisa lemak atau minyak untuk menghasilkan asam lemak dan gliserol dilakuakan dengan merasakan air bertekanan dengan minyak atau lemak pada menara splitting. Minyak dan air secara kontinu di alirkan ke splitting yang beroperasi pada suhu 250^oc dan tekanan 50 atm. Gliserol dapat larut dalam air sedangkan asam lemak tidak larut, sehingga trigliserida terikat bersama asam lemak merupakan bagian atas dari produk di menara splitting. Sedangkan gliserol dan air berada di bottom menara. Reaksi yang terjadi bersifat endotermis (memerlukan panas).

Selanjutnya produk gliserol yang masih mengandung sebagian besar air dilakuakan pemisahan dengan cara penguapan menggunakan evaporator yang merupakan unit operasi dimana gliserol dipisahkan dari komponen campurannya yaitu air. Hasil dari unit pemisahan ini diperkirakan menghasilkan produk gliserol 90,9%.

Selanjutnyadilakukandistilasidanoperasifraksionasi. Asamlemak yang dihasilkandibersihkandandipisahkandenganpenyulingandanfraksinasi

BAB III

PENUTUP

3.1       Kesimpulan

1.    Fat splitting (pemecahan lemak) adalah proses pemecahanlemakdenganreaksihidrolisaantara air danminyakmenghasilkangliseroldanasamlemak .

2.    Proses pemecahan lemak (fat splitting) ada empat macam yaitu proses Twitchell, proses Autoclave Batch, proses Kontinu, dan proses secara Enzimatis

3.    Proses Twitchell merupakan proses yang paling sederhana pada pemecahan lemak dan masih digunakan dalam skala kecil karena biayanya yang murah dan pengoperasian yang mudah. Namun, waktu reaksinya lama dan konsumsi steam-nya tinggi

4.    Proses Autoclave-Batch merupakan metode komersial paling tua yang digunakan untuk pemecahan lemak tingkat tinggi, waktu reaksinya lebih cepat daripada proses Twitchell. Namun, dibandingkan dengan proses Kontinu lebih lambat

5.    Proses Kontinu merupakan proses yang paling efisien dalam metoda hidrolisis lemak, menghasilkan konversi yang paling tinggi diantara semua proses fat splitting dengan waktu reaksi yang singkat.

6.    Proses secara enzimatis memanfaatkan enzim lipase dari mikroorganisme sebagai biokatalisator bagi reaksi penguraian minyak atau lemak (hidrolisis) menjadi gliserin asam-asam lemak murni tersebut, maka asam lemak hasil hidrolisis tersebut difraksinasi dengan cara destilasi

7.    Pemilihan proses dipertimbangkan berdasarkan : konversi produk yang tinggi, waktu reaksi lebih singkat, dan biaya operasi yang lebih murah

8.    Berdasarkan kriteria pemilihan proses di atas, maka proses kontinu adalah proses yang paling baik untuk diterapkan dalam proses pemecahan lemak yang paling efektif dan efisien