Abdullah K , Irwanto AK, Siregar N, Agustina E, Tambunan AH, Yamin M, Hartulistiyoso E, Purwanto YA, Wulandani D, Nelwan LO. 1998. Energi dan Listrik Pertanian. Japan International Cooporation Agency. IPB.
Choirunnisa NC. 2008. Rasio mol dan rasio energi proses produksi biodiesel minyak jelantah secara non-katalitik dengan reaktor kolom gelembung. Fateta IPB. Bogor.
Chumpitaz LDA, Countinho LF, Meirelles AJA. 1999. Surface Tension of Fatty Acids and Triglycerides. JAOCS 76: 379-382.
Coupland JN, McClements DJ. 1997. Physical Properties of Liquid Edible Oils. JAOCS 74: 1559- 1564.
Fatimah SS, Setiabudhi A, Ratnaningsih S, Rifan H, Marzuki U, Dora N, Natasha. 2009. Aplikasi Alur Sintesis Baru untuk Pembuatan Biodesel Super Setana Melalui Proses Hidrotreating Minyak Nabati Non Pangan Menggunakan Katalis. Pendidikan Kimia FPMIPA, Universitas Pendidikan Indonesia.
Furqon. 2011. Kajian Daur Ulang Panas pada Produksi Biodiesel Secara Non-katalitik Berdasarkan Analisis Eksergi. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
Joelianingsih, Tambunan AH, Nabetani H, Sagara Y, Abdullah K. 2006. Perkembangan Proses Pembuatan Biodiesel Sebagai Bahan Bakar Nabati (BNN). Jurnal Keteknikan Pertanian 20: 205-216.
Joelianingsih. 2008. Biodiesel Production from Palm Oil in A Bubble Column Reactor By Non-catalytic Process. The Graduate School. Bogor Agricultural University
Koide K, Takazawa A, Komura M, Matsunaga H. 1984. Gas Holdup and Volumetric Liquid-Phase Mass Transfer Coefficient in Solid-Suspended Bubble Columns. Journal of Chemical Engineering of Japan 17: 459-466.
Mittelbach, Martin. and Claudia R. 2004. Biodiesel: The Comprehensive Handbook. Vienna: Boersedruck Ges.m.b.H
Puspitosari RS. 2007. Kinerja Reaktor Kolom Gelembung Tipe Kontinyu untuk Produksi Biodiesel secara Non-Katalitik. Fateta IPB. Bogor.
Rabelo J, Batista E, Cavaleri FVW, Meirelles AJA. 2000. Viscosity Prediction for Fatty System. JAOCS 77: 1255-1262.
Sagara Y. 2006. State of The Art Technologies in Non-Catalytic Metanolisis for Biodiesel Fuel Production. Makalah pada Seminar Proceeding of Development in Biofuel Production and Biomass Technology, 21-22 Februari 2006, Jakarta.
Sigalingging. 2008. Analisis energi dan eksergi pada produksi biodiesel berbahan baku CPO (Crude Palm Oil) [tesis]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
Susila IW. 2009. Pengembangan Proses Produksi Biodiesel Biji Karet Metode Non-Katalis Superheated Metanol pada Tekanan Atmosfir . Jurnal Teknik Mesin 11: 115-124.
Teske V, Vogel E. 2006. Viscosity Measurements on Methanol Vapor and Their Evaluation. J. Chem. Eng. Data 51: 628-635.
36 Tuakia F. 2008. Dasar-dasar CFD Menggunakan FLUENT. Informatika, Bandung.
Kusdiana D. and S. Saka. 2000. Kinetics of Transesterification in Rapseed Oil to Biodiesel Fuel as Trated in Supercritical Metanol. Fuel 80: 693-698.
Wirawan SS. 2009. Efek Penggunaan Biodiesel pada Emisi Polutan dan Biaya Eksternal di Sektor Transportasi: Studi Kasus Jakarta [tesis]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
Wulandani D. 2010. CFD Analysis of Bubble Column Distribution in Non-Catalytic Reactor for Production of Biodiesel Fuel. National Food Research Institute (NFRI), NARO. Japan.
Yamazaki R, Iwamoto S, Nabetani H, Osakada K, Miyawaki O, Sagara Y. 2007. Noncatalytic Alcoholysis of Oils for Biodiesel Fuel Production by a Semi-batch Process. Japan Journal of Food Engineering 8: 11-18.
Yang JD, Wang NS. 1991. Local Gas Holdup Measurement in Aerated Agitated Bioreactors. Biotechnology Techniques 5 (5): 349-354.
DESAIN TIPE OBSTACLE PADA BUBBLE COLUMN REACTOR
UNTUK PRODUKSI BIODIESEL SECARA NON-KATALITIK
SKRIPSI
FAJRI ILHAM
F14080105
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
DESIGN OF OBSTACLE TYPES OF BUBBLE COLUMN REACTOR FOR BIODIESEL FUEL PRODUCTION BY NON-CATALYTIC PROCESS
Fajri Ilham
1, Dyah Wulandani
2, and Achmad Indra Siswantara
3Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO Box 220, Bogor, West Java,
Indonesia
Phone +62 812 20093993, e-mail: [email protected]
ABSTRACT
Biodiesel is produced through the transesterification reaction of methanol with vegetable oils such as soybean oil, rapeseed, palm, sunflower seeds or jatropha. Commonly, there are two methods used in producing biodiesel; a non-catalytic and catalytic. One of application of non-catalytic method of biodiesel production is the Superheated metanol vapor method (SMV)-Bubble Column. However, the reaction rate of this method is very low. The reaction rate of biodiesel production could be increased by adding a perforated plate (called obstacle) in the reactor, due to obstacle serves to enlarge the contact surface area between methanol vapor and oil. The design of obstacle structures is thought to affect the contact surface area between metanol vapor and oil. By using the Computational Fluid Dynamics (CFD), the several types of obstacle will be simulated. The analysis of the design of obstacles performed using Computational Fluid Dynamics (CFD) because the use of CFD in the design analysis can reduce costs and shorten the time of research. CFD can also clearly describe the shape and distribution of bubbles in the reactor, making it easier to analyze the performance of the obstacles created. The simulation result shows that obstacle A3 has higher contact surface area than other obstacles that is equal to 0.0257 m2. The verification of the simulation data has proven that the obstacle (A3) results a higher total production compared to obstacle that has lower contact surface area (obstacle DO7 with an average of 0.0200 m2 surface contact area). For 5 hours time of operation, the total biodiesel production using obstacle DO7 are 7.32 gram at the first production and 7.41 gram at the second production, while the total production of biodiesel by using A3 obstacle at the first and second production are 7.74 gram and 8.7 gram respectively.
Keyword : biodiesel, obstacle, bubble column reactor, non-catalytic
1
Student of Mechanical and Biosystem Engineering Departemant, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University.
2
Lecturer of Mechanical and Biosystem Engineering Departemant, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University.
3
FAJRI ILHAM. F14080105. Desain Tipe Obstacle pada Bubble Column Reactor untuk Produksi Biodiesel Secara Non-Katalitik. Di bawah bimbingan Dyah Wulandani dan Achmad Indra Siswantara. 2013
RINGKASAN
Biodiesel adalah salah satu sumber energi yang berpotensi untuk menggantikan minyak bumi. Biodiesel merupakan energi terbarukan yang diproduksi dengan menggunakan minyak nabati yang sangat cocok untuk dikembangkan di Indonesia, karena bahan utama yang biasa digunakan untuk pembuatan biodiesel seperti kelapa sawit, jarak pagar, tebu dan beberapa jenis tumbuhan lainnya merupakan komoditas pertanian yang banyak tumbuh di Indonesia. Biodiesel adalah bahan bakar yang ramah lingkungan karena dapat terdegradasi secara alami selain itu gas buang yang dihasilkan tidak megganggu kesehatan karena kandungan senyawa sulfur dan aromatik yang terkandung di dalamnya lebih rendah bila dibandingkan dengan diesel turunan minyak bumi.
Salah satu metode pembentukan biodiesel adalah secara non-katalitik metode Superheated Methanol Vapor (SMV)-Bubble Column. Metode Superheated Methanol Vapor (SMV)-Bubble Column memiliki laju reaksi lebih lambat daripada metode lainnya. Salah satu parameter yang dapat meningkatkan laju reaksi yang terjadi pada bubble column reactor adalah meningkatkan luas permukaan kontak antara minyak dan metanol (Yamazaki 2007, Joelianingsih 2006), yaitu dengan cara meningkatkan jumlah dan memperkecil ukuran gelembung metanol. Wulandani (2010) melaporkan bahwa pemasangan obstacle pada bubble column reactor merupakan salah satu cara untuk menambah jumlah gelembung yang disemprotkan oleh nozzle. Desain tipe obstacle diduga mempengaruhi luas permukaan kontak antara uap metanol dengan minyak. Melalui simulasi dengan menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) akan dianalisis beberapa tipe desain obstacle. Oleh karena itu tujuan penelitian ini adalah untuk mencari tipe obstacle agar diperoleh peningkatan luas permukaan kontak untuk meningkatkan laju reaksi pembentukan biodiesel.
Analisis rancangan obstacle dilakukan dengan menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) karena penggunaan CFD dalam analisis rancangan dapat menghemat biaya produksi dan mempersingkat waktu penelitan. CFD juga dapat menggambarkan secara jelas bentuk dan sebaran dari gelembung di dalam reaktor, sehingga memudahkan dalam menganalisis kinerja dari obstacle yang dibuat. Simulasi CFD yang dilakukan menggunakan 9 tipe rancangan obstacle yaitu N1, N2, N3, N2+DO7, A1, A2, A3 dengan S dan DO7 sebagai pembanding.
Rata-rata luas permukaan kontak pada reaktor kosong (S) adalah sebesar 0.0081 m2, jauh lebih rendah bila dibandingkan dengan reaktor kolom gelembung yang menggunakan obstacle. Pada reaktor kolom gelembung yang menggunakan obstacle DO7, rata-rata luas permukaan kontak metanol dan minyak adalah sebesar 0.0200 m2. Luas permukaan kontak pada reaktor kolom gelembung yang menggunakan obstacle DO7 sedikit lebih besar daripada reaktor yang menggunakan obstacle N1, N2, N3, dan DO7+N2 yaitu rata-rata luas permukaan kontak yang diperoleh adalah sebesar 0.0132, 0.0131, 0.0108, dan 0.0189 m2. Luas permukaan kontak pada reaktor kolom gelembung yang menggunakan obstacle A1, A2, dan A3, jauh lebih tinggi daripada reaktor yang menggunakan obstacle lain (DO7 dan N), yaitu sebesar 0.0250, 0.0254, dan 0.0257 m2. Penggunaan obstacle sangat berpengaruh terhadap luas permukaan kontak metanol dan minyak.
Hasil simulasi reaktor diperoleh bahwa penggunaan obstacle A3 dapat meningkatkan luas permukaan kontak yang lebih tinggi daripada yang lain. Oleh karena itu, maka dipilih obstacle A3 untuk selanjutnya dibuat dengan menggunakan bahan steinless steel S316 yang tahan terhadap reaksi kimia pada suhu tinggi. Hasil perbandingkan produksi biodiesel menggunakan obstacle A3 dan DO7 diperoleh bahwa secara kuantitas penggunaan obstacle A3 dapat meningkatkan produksi biodiesel, walaupun peningkatan laju reaksi tersebut masih belum signifikan. Total produksi biodiesel ketika menggunakan obstacle DO7 adalah 7.32 gram pada ulangan pertama dan 7.41 gram pada ulangan kedua, sedangkan total produksi biodiesel dengan menggunakan obstacle A3 pada ulangan pertama adalah 7.74 gram dan 8.7 gram pada ulangan kedua. Dari hasil produksi biodiesel terbukti bahwa luas permukaan kontak yang tinggi akan menghasilkan produksi biodiesel yang tinggi pula.