Persamaan Arrhenius dapat digunakan untuk menggambarkan pengaruh dari perubahaan temperatur pada tetapan reaksi dan laju reaksi. Jika misalkan tetapan laju berlipatganda, maka laju reaksi juga akan berlipatganda. Utami et al. (2007) dan Dasari (2003) telah membuktikan bahwa kenaikan temperatur berpengaruh terhadap kenaikan konstanta laju reaksi atau dengan kata lain mempercepat terjadinya reaksi. Faktor frekuensi (A) dalam persamaan ini kurang lebih konstan untuk perubahaan temperatur yang kecil. Katalis akan menyediakan rute agar reaksi berlangsung dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis adalah suatu zat yang mempercepat suatu laju reaksi, namun ia sendiri, secara kimiawi, tidak berubah pada akhir reaksi. Ketika reaksi selesai, akan diperoleh massa katalis yang sama seperti pada awal ditambahkan (Clark 2004)
Salah satu faktor yang mempengaruhi kinetika reaksi pada proses ini adalah pencampuran dan intensitas pengadukan. Sudah jelas bahwa kinetika yang melibatkan reaksi dengan alkohol sangat dipengaruhi oleh intensitas pengadukan reaktan di dalam campuran, karena proses ini terjadi pada sistem yang heterogen dari dua fase yang tidak terlarut. Oleh karena itu diperlukan kondisi pengadukan yang mampu meningkatkan yield biodiesel atau untuk mempersingkat waktu proses, misalnya high shear mixer, reaktor dengan aliran yang berputar, dan
METODE
Tempat dan Waktu
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Surya bagian Teknik Energi Terbarukan, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB Bogor. Penelitian dilaksanakan mulai bulan Januari 2011 – Juni 2011. Analisis laboratorium dilakukan di Laboratorium Pengujian, Departemen Teknologi Industri Pertanian, IPB Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: minyak goreng kelapa sawit (Refined Bleached Deodorized Palm Olein-RBDPO), metanol teknis dan KOH PA (pro analysis). Bahan penunjang adalah akuades.
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah prototipe static mixing reactor (SMR) berkapasitas 3000 ml. Skematik static mixing reactor yang digunakan dalam penelitian ini diperlihatkan oleh Gambar 8.
Tangki air pendingin Tangki pengumpul 2
Heat exchanger
Pressure gauge
Ball valve 1
Produk Tangki pengumpanan bahan 2
Gate valve 2
Keran air Gate valve 4 Reaktor
Heater
E-86
Tangki pengumpul 1
Tangki pengumpanan bahan 1
Gate valve 1
Gate valve 3 Pompa
SMR terdiri dari beberapa bagian utama dengan fungsi yang berbeda, antara lain:
1 Tangki pengumpul
Tangki ini berfungsi sebagai tempat untuk mengumpulkan bahan sebelum bahan dialirkan melewati reaktor yang dilengkapi oleh static mixer dan heater. Tangki yang digunakan berbentuk silinder dengan diameter 10 cm dan tinggi 40 cm, bahan SS304.
2 Tangki pengumpan
Tangki pengumpan berfungsi sebagai pintu pemasukan bahan dengan ukuran diameter 10 cm dan tinggi 10 cm. Terbuat dari bahan stainless steel.
3 Pompa
Pompa berfungsi untuk mensirkulasikan bahan dari Tangki pengumpul melewati Reaktor.
4 Reaktor
Reaktor berfungsi sebagai tempat yang menyediakan kondisi untuk terjadinya reaksi (tumbukan, temperatur dan aliran). Reaktor yang digunakan berupa pipa berdiameter 4.09 cm dengan panjang 34 cm, terbuat dari pipa SS304. Elemen mixer yang terangkai di dalam reaktor berjumlah 6 elemen berbentuk heliks dengan panjang masing-masing elemen heliks sebesar 4 cm dan terbuat dari plat SS304.
5 Pemanas (heater)
Pemanas berfungsi untuk menyediakan panas yang dibutuhkan dalam proses transesterifikasi. Pemanas yang digunakan berupa selimut (band heater) yang menyelubungi dan dipasang pada dinding reaktor bagian luar.
6 Termostat digital
Termostat berfungsi sebagai pengatur dan pengontrol heater dalam penyediaan panas untuk reaktor.
7 Termokopel
Termokopel berfungsi sebagai sensor temperatur pada reaktor. Termokopel yang digunakan adalah tipe C/C dan tipe K.
8 Isolator
Isolator berfungsi untuk mengurangi kehilangan panas reaktor ke lingkungan. Bahan yang digunakan sebagai isolator adalah glass wool dan sumbu kompor. 9 Control panel
Control panel digunakan untuk menempatkan tombol on-off pompa dan termostat.
Gambar 9 Reaktor
Static mixer yang digunakan terdiri dari 6 elemen mixer berbentuk heliks. Bentuk heliks tersebut dihasilkan melalui proses puntir dengan sudut puntir 90o pada masing-masing ujung plat yang digunakan sebagai bahan pembuat static mixer dan dipuntir dengan arah yang berlawanan.
Gambar 10 Elemen static mixer
Jumlah elemen = 6 1 2 3 4 5 6 Gambar 11 Rangkaian elemen static mixer
Gambar utuh dari alat diperlihatkan pada Gambar 12.
Gambar 12 Alat (Static mixing reactor)
Peralatan penunjang yang digunakan antara lain: gelas ukur 250 ml (ketelitian ±1 ml), labu reaksi, tabung Erlenmeyer, timbangan digital (merek ADAM AQT-200 dengan tingkat ketelitian ±0.01 g), corong pemisah 300 ml, corong, pH meter (merek HORIBA pH-ion meter F-23), evaporator dan botol sampel 120 ml. Peralatan keamanan berupa masker, sarung tangan, dan kacamata laboratorium (google).
Untuk menentukan kebutuhan daya pada pompa dan heater yang digunakan pada alat, maka dilakukan perhitungan dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1 Menghitung fraksi massa kedua bahan
... (11) ... (12) Dimana,
mf1 = fraksi mol metanol mf2 = fraksi mol minyak nttl = n1 + n2
n1 dan 2 = mol metanol dan mol minyak (mol) 2 Menghitung nilai viskositas dan densitas campuran.
... (13) ... (14) 3 Menghitung kecepatan aliran fluida pada pipa dengan asumsi bahwa aliran
fluida memiliki bilangan Reynold sebesar 3000 (mendekati aliran turbulen). ... (15) 4 Menentukan Head total pompa.
Htotal = hkerugian + hstatis ... (16) (Sularso dan Tahara 2000)
a Menghitung Head Kerugian - Head kerugian gesek
1 Jalur pipa (hfg) (17)
f = ... (18) (Streeter 1979)
2 Housing static mixer (hfgsm) = 0.45 m (Admix 1998)
- Head Kerugian pada Jalur Pipa (hfp) ... (19) 1 Ujung masuk pipa
2 Belokan
f = 1.129 (Sularso dan Tahara 2000) 3 Pembesaran penampang secara mendadak
f = 1 (Sularso dan Tahara 2000) 4 Pengecilan penampang secara mendadak f = 0,48 (Sularso dan Tahara 2000) 5 Ujung keluar pipa
f = 1 (Sularso dan Tahara 2000)
- Head Kerugian pada Katup (hfk) ... (20) f = 0,09 (Sularso dan Tahara 2000)
- Head Static Mixer (hfm) ... (21) f = 42.72 (menurut perhitungan dalam Admix 1998)
b Head Statis (hfs): perbedaan tinggi muka fluida di sisi isap dan di sisi keluar.
Dari hasil perhitungan pada masing-masing head, maka head total yang diperoleh dari alat dapat dihitunng dengan rumus
Ht = hfg + hfgsm + hfp + hfk + hfm + hfs ... (22) 5 Kebutuhan Daya a. Daya Fluida (Pf) = ρ g Q Ht ... (23) Q1 = Q2 = Q ... (24) ... (25) Q = A.v ... (26) b. Daya Pompa (P) ... (27)
c. Perhitungan Daya Heater (Ph) = ... (28)
q = m Cp ΔT ... (29)
Prosedur Penelitian
Sistem produksi yang digunakan dalam penelitian ini adalah sistem batch, dimana bahan (minyak, metanol dan KOH) dimasukkan seluruhnya sebelum
proses dijalankan. Minyak dipanaskan terlebih dahulu hingga mencapai temperatur yang diinginkan. Sedangkan, katalis (KOH) dilarutkan ke dalam metanol untuk menghasilkan larutan yang lebih homogen sebelum dimasukkan ke dalam alat yang telah berisi minyak yang telah dipanaskan, kemudian proses dijalankan.
Salah satu tujuan penelitian ini adalah untuk melakukan kajian pengurangan pemakaian KOH. Dengan demikian perlu dibuat suatu kondisi demi tercapainya tujuan tersebut. Kondisi-kondisi tersebut meliputi temperatur proses (30, 40 dan 60 oC), mol rasio (1:6 mol minyak:mol metanol), persentase KOH (0.3%, 0.4%, dan 0.5% massa KOH/massa minyak) dan waktu pemutaran bahan (10, 20, dan 30 menit). Dengan sistem pengambilan sampel seperti pada Tabel 2.
Tabel 2 Pola pengambilan sampel
T (oC) KOH (%) 30 40 60 0.3 √ 0.4 √ 0.5 √ √ √
Pengambilan sampel dilakukan pada perlakuan KOH (0.3%, 0.4%, dan 0.5%) untuk temperatur 60 oC dan pada perlakuan temperatur 30, 40, dan 60 oC untuk KOH 0.5%. Waktu pengambilan sampel untuk masing-masing perlakuan adalah 10, 20, dan 30 menit. Diagram alir penelitian yang dilakukan ditunjukkan oleh Gambar 13:
Mulai
Input perlakuan: temperatur, %KOH, rasio mol
Heater dan pompa dinyalakan
Selesai - Analisis laboratorium (angka asam, angka penyabunan, dan gliserol total).
- Menghitung %metil ester
Analisis data Bahan dimasukkan Pengambilan sampel Pencucian Pengeringan Pemisahan gliserol
Gambar 13 Diagram alir penelitian.
Semua sampel dianalisis di laboratorium pengujian untuk mendapatkan angka asam, angka penyabunan dan gliserol total. Dimana, angka asam merupakan miligram KOH yang dibutuhkan untuk menetralkan asam-asam bebas di dalam satu 1 gram contoh biodiesel, angka penyabunan adalah banyak miligram KOH yang dibutuhkan untuk menyabunkan satu 1 gram contoh biodiesel, dan gliserol total adalah jumlah gliserol bebas dan terikat di dalam sampel (gliserol bebas adalah gliserol yang terdapat dalam sampel dan gliserol terikat adalah gliserol dalam bentuk mono, di, dan trigliserida di dalam sampel).
Dari ketiga parameter analisa tersebut, maka nilai metil ester dalam sampel biodiesel dapat dihitung dengan menggunakan persamaan empiris (30):
... (30) dengan pengertian:
As : angka penyabunan yang ditentukan dengan metoda AOCS Cd 3-25, mg KOH/g biodiesel
Aa : angka asam yang ditentukan dengan metoda AOCS Cd 3-63, mg KOH/g biodiesel.
Gttl : kadar gliserol total dalam biodiesel yang ditentukan dengan metoda Ca 14- 56, %-massa. (SNI 2006).
Dari ketiga perlakuan akan dilihat dan dianalisis pengaruhnya terhadap nilai konversi reaksi, yield dan kinetika reaksi transesterifikasi.
1 Konversi reaksi
Konversi reaksi (α) untuk seluruh reaksi pada proses transesterifikasi merupakan persentasi (dalam mol) reaktan (uME) yang dikonversikan terhadap produk akhir (ME) per jumlah total minyak (dalam % mol):
... (31)
dimana CuME,0 = 100% (mol/mol), CuME,0 dan CuME,t merupakan konsentrasi dari uME (unmethyl esterified) di dalam total sistem pada kondisi awal reaksi dan setelah reaksi berlangsung selama waktu t.
2 Yields
Yield merupakan persentase massa ME (methyl esterified) di dalam produk yang bereaksi per massa awal minyak.
3 Kinetika Reaksi Transesterifikasi
Konstanta laju reaksi merupakan nilai gradien (slope) pada garis linear yang terbentuk dari hubungan antara perubahan konsentrasi reaktan (sesuai orde reaksi yang berlaku selama proses transesterifikasi) terhadap waktu reaksi (pengambilan sampel) untuk tiap temperatur reaksi yang digunakan. Dari nilai konstanta laju reaksi ini dapat diperoleh nilai frekuensi tumbukan dan energi aktivasi dari reaksi yang berlangsung. Kedua nilai ini diperoleh dari persamaan regresi yang terbentuk pada grafik hubungan antara ln k terhadap 1/T, yang membentuk persamaan (10).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Static Mixing Reactor
Analisis Kebutuhan Daya
Alat penelitian dirancang dan dibangun tanpa perhitungan rancangan struktural yang rinci. Meskipun demikian, perhitungan lebih rinci untuk pompa dan pemanas dilakukan agar proses dapat berlangsung dengan baik selama percobaan. Berikut adalah hasil perhitungan nilai parameter yang dibutuhkan dalam penentuan kebutuhan daya pompa dan pemanas.
Tabel 3 Nilai parameter hasil perhitungan
Parameter Nilai Satuan
Fraksi massa Minyak 0.143 Metanol 0.857 Volume Minyak 2392 ml Metanol 608 ml Total 3000 ml mix 9.31E-04 kg m -1 s-1 ρmix 794.23 kg m-3 mix 6.217E-06 m2 s-1 mminyak 2.117 kg q 134.95 kj Laju aliran
Ujung masuk pipa 2.1 ms-1
Belokan 1.9 ms-1
Pembesaran penampang secara mendadak 2.1 dan 0.5 ms-1
4.7 dan 0.5 ms-1
Pengecilan penampang secara mendadak 0.5 dan 2.1 ms-1
Ujung keluar pipa 4.7 ms-1
Hasil perhitungan nilai head yang terjadi selama fluida mengalir terlihat pada Tabel 4. Tabel 4 menunjukkan bahwa nilai head terbesar terjadi akibat keberadaan static mixer pada pipa reaktor yaitu sebesar 19.19 m. Besarnya nilai head ini disebabkan oleh elemen static mixer yang berbentuk heliks. Fluida yang pada awalnya bergerak mengikuti jalur pipa mengalami tahanan pada saat melewati elemen static mixer akibat bentuk elemen tersebut. Tahanan ini
menyebabkan terjadinya penurunan tekanan yang sangat besar pada aliran fluida yang pada awalnya mendapatkan tekanan dari pompa (head pompa).
Tabel 4 Kebutuhan Head pompa
Head Nilai Satuan
Head kerugian gesek dalam pipa (hfg) 1.77 m
Head kerugian gesek housing static mixer 0.45 m
Head kerugian jalur pipa (hfp)
1. Ujung masuk pipa 0.11 m
2. Belokan 1.29 m
3. Pembesaran penampang secara mendadak 0.14 m
4. Pengecilan penampang secara mendadak 1.09 m
5. Ujung keluar pipa 1.14 m
Head kerugian pada katup (hfk) 0.12 m
Head Static mixer (hfm) 19.19 m
Head statis (hfs) 0.35 m
Head Total 25.65 m
Berdasarkan perhitungan diperoleh nilai head total pada fluida (campuran minyak dan metanol-KOH) yang mengalir sebesar 25.65 m. Dengan demikian, maka pompa yang digunakan harus memiliki head tekan lebih besar dari head total perhitungan. Sehingga pompa dapat bekerja dengan baik untuk menjalankan fungsinya sebagai pengalir fluida melewati jalur pipa dan static mixer. Daya yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluida dan untuk memanaskan fluida dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Kebutuhan daya berdasarkan perhitungan
Daya Nilai Satuan
Daya fluida (Pf) 119.72 W
Daya pompa (P) 171.03 W
Daya heater 856.26 W
Tabel 5 menunjukkan bahwa daya minimum yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluida sebesar 119.72 W dan daya minimum pompa sebesar 171.03 W. Untuk memenuhi persyaratan tersebut, maka dalam penelitian ini digunakan pompa dengan daya sebesar 200 W. Sedangkan pemanas reaktor yang dipakai sebesar 900 W.
Proses Produksi Biodiesel secara Katalitik dengan Static Mixing Reactor Proses produksi biodiesel secara katalitik merupakan proses produksi yang membutuhkan bantuan katalis untuk mempercepat terjadinya reaksi. Katalis yang digunakan dalam penelitian ini adalah katalis basa (KOH) dengan jumlah pemakaian yang dikurangi dari kondisi biasa (Tabel 1) menjadi sebesar 0.3%, 0.4% dan 0.5% (w/w). Dalam produksi biodiesel, terdapat beberapa variabel yang dapat mempengaruhi produk yang dihasilkan. Antara lain, temperatur, jumlah katalis serta mol rasio antara reaktan dan pereaksi. Selain itu, terdapat faktor lain yang juga sangat berperan dalam proses tersebut, yaitu faktor frekuensi tumbukan.
Tumbukan dapat ditingkatkan dengan peningkatan temperatur. Namun, peningkatan temperatur akan menambah biaya produksi dan tumbukan yang terjadi kurang optimal untuk menghasilkan reaksi. Karena, minyak dan metanol merupakan larutan yang immiscible sehingga sangat sulit untuk bercampur. Oleh karena itu, jika kedua bahan ini dicampur dan didiamkan, maka akan terbentuk dua layer (layer minyak pada bagian bawah dan layer metanol di bagian atas). Sehingga, apabila temperatur terus ditingkatkan untuk menghasilkan tumbukan, maka metanol akan menguap (metanol merupakan fluida yang mudah menguap meskipun di temperatur ruang, titik uap metanol berkisar 64.5 oC) dan reaksi akan sangat sulit terjadi akibat perbedaan fase dari kedua bahan tersebut.
1 Pengaruh Static Mixing Reactor
Proses terjadinya tumbukan dapat dibantu melalui pengadukan. Alat yang biasa digunakan adalah blade agitator. Proses pencampuran dengan blade agitator terjadi karena putaran yang diciptakan oleh motor yang disalurkan menuju blade agitator oleh batang pengaduk. Sistem pengadukan dengan alat ini memiliki kelemahan yaitu, proses pencampuran sebagian besar terjadi di sekitar pengaduk (blade) sehingga fluida yang berada jauh dari pengaduk kurang mengalami pencampuran atau cenderung tidak tercampur (Livenspiel 1972). Biasanya, untuk mengatasi masalah tersebut dilakukan dengan membuat putaran yang sangat tinggi (rigorous stirring).
Proses pengadukan dengan putaran tinggi ini akan memudahkan terjadinya kerusakan pada pengaduk. Karena, pengaduk harus memberikan gaya yang besar terhadap fluida yang disalurkan oleh blade yang terdapat pada batang pengaduk.
Akibat tahanan yang diberikan oleh fluida yang diaduk (terlebih lagi fluida yang diaduk memiliki viskositas yang tinggi), maka blade yang digunakan akan mudah mengalami abrasi dan batang pengaduk akan mudah mengalami aus akibat tahanan gesek pada saat batang pengaduk diputar.
Permasalahan tersebut dapat dikurangi oleh sistem pegadukan statis, karena pada pengadukan statis proses pencampuran terjadi karena aliran fluida yang melewati elemen pengaduk. Pengaduk melakukan fungsi pengadukan tanpa menggerakkan elemen pengaduk dan proses pengadukan yang terjadi akan menghasilkan produk yang lebih homogen, karena susunan elemen static mixer
membuat aliran mengalami pembelahan, pencampuran dan pembalikan selama melintasi elemen-elemen tersebut.
Sistem pengadukan statis yang digunakan dalam penelitian ini dilakukan oleh elemen-elemen yang berbentuk heliks yang disusun sehingga dapat menciptakan fungsi pembelahan, pencampuran dan pembalikan fluida. Fluida yang mengalir melewati elemen ini akan terbagi menjadi beberapa lapisan aliran yaitu sebesar 2n aliran (n adalah jumlah elemen). Dalam penelitian ini digunakan 6 buah elemen sehingga ketika fluida keluar dari reaktor, maka seolah-olah fluida telah mengalami pembelahan aliran sebanyak 32 kali. Apabila aliran dilewatkan melalui elemen static mixer berulang kali, maka fluida akan mengalami pencampuran yang lebih homogen dan seolah-olah telah mengalami pencampuran dengan sistem batch konvensional dalam tangki.
Gambar 14 Pola pencampuran dalam static mixer (Kenics 1998)
2 Pengaruh Jalur Pipa dan Pompa
Bentuk sistem secara keseluruhan juga ikut berpengaruh terhadap proses reaksi transesterifikasi dalam penelitian ini. Dimana, jalur pipa maupun pompa
sentrifugal yang digunakan dalam penelitian juga memungkinkan mempengaruhi laju reaksi.
Pompa sentrifugal terdiri dari beberapa impeler yang berfungsi untuk mengangkat fluida dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutarkan impeler. Sehingga, fluida yang ada di dalam impeler ikut berputar karena adanya dorongan dari sudu-sudu impeler dan mengalir dari tengah impeler ke luar melalui saluran di antara sudu-sudu (Sularso dan Tahara 2000). Karena putaran tersebut, campuran fluida (minyak dan metanol-KOH) dapat mengalami pencampuran di dalam pompa (Alamsyah 2010).
Pada saat fluida mengalir masuk ke dalam tangki sebelum akhirnya dihisap oleh pompa, juga terjadi reaksi dan pencampuran saat campuran fluida jatuh ke dasar tangki dan membentur dinding tangki maupun pipa hisap pompa yang berada di tengah-tengah tangki.
3 Produksi Biodiesel
Berikut adalah langkah-langkah dalam proses produksi biodiesel secara katalitik: KOH dilarutkan ke dalam metanol terlebih dahulu sebelum dicampur dengan minyak di dalam tangki pengumpul. Pemanas dan pompa dijalankan sehingga variabel temperatur dan fungsi pengadukan dapat tercapai. Pengambilan sampel dilakukan tiap 10 menit waktu pemutaran bahan. Sampel yang diambil masih mengandung KOH, sisa metanol, dan gliserol. Oleh karena itu, biodiesel kotor (crude biodiesel) harus dipisahkan terlebih dahulu dari gliserol dengan cara diendapkan (didiamkan), kemudian biodiesel crude dicuci dengan menggunakan akuades untuk memisahkan KOH dari biodiesel crude. Setelah dicuci, biodiesel dikeringkan sehingga metanol yang masih tersisa bisa teruapkan.
(a) (b) (c) (d)
Gambar 15 Sampel (a) minyak (RBDPO), (b) biodiesel crude (layer atas) dan gliserol (layer bawah), (c) biodiesel crude, dan (d) biodiesel
Untuk melihat bagaimana pengaruh static mixer terhadap produk yang dihasilkan dapat dilihat dari nilai konversi reaksi, produksi metil ester dan yield
biodiesel yang dihasilkan selama reaksi berlangsung.
Konversi Reaksi
Nilai konversi reaksi dalam proses produksi biodiesel menyatakan banyaknya jumlah trigliserida yang bereaksi membentuk biodiesel (% mol/mol) (cara perhitungan dapat dilihat pada Lampiran 8). Jumlah katalis dapat mempengaruhi nilai konversi reaksi seperti yang terlihat pada Gambar 16.
Gambar 16 Konversi reaksi pada temperatur 60 oC dengan KOH 0.3 %, 0.4 % dan 0.5 % (w/w). 0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 K o n v er si (%m o l/ m o l) Waktu (menit) KOH= 0.3% KOH= 0.4% KOH = 0.5%
Penggunaan KOH 0.3% sebagai katalis menyebabkan konversi reaksi lebih rendah sejak awal proses jika dibandingkan dengan KOH 0.4% dan 0.5%. Pada umumnya, penambahan katalis akan memberikan dampak yang besar terhadap peningkatan konversi reaksi. Namun, konversi reaksi pada penggunaan KOH 0.4% tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan dengan penggunaan KOH 0.5%. Hal ini membuktikan bahwa meskipun dilakukan penambahan katalis (dari 0.4% menjadi 0.5%) untuk perlakuan temperatur 60 oC dalam penelitian ini, maka pengaruh yang diberikan tidak terlalu besar lagi.
Gambar 17 Konversi reaksi pada KOH 0.5 % (w/w) dan temperatur 30, 40, 60 oC Gambar 17 menunjukkan konversi reaksi tiap 10 menit waktu pemutaran bahan pada temperatur yang berbeda yaitu 30, 40 dan 60 oC dengan perlakuan jumlah KOH yang sama untuk ketiga perlakuan temperatur yaitu sebesar 0.5% (w/w). Nilai konversi reaksi meningkat dengan meningkatnya temperatur reaksi. Hal ini sesuai dengan teori distribusi Maxwell-Boltzmann, yaitu partikel-partikel hanya dapat bereaksi ketika mereka bertumbukan. Jika suatu benda dipanaskan, maka partikel-partikelnya akan bergerak lebih cepat sehingga frekuensi tumbukan akan semakin besar. Hal ini akan mempercepat laju dari reaksi (Clark 2004).
Nilai konversi reaksi juga meningkat dengan bertambahnya waktu pemutaran bahan (Gambar 17). Dengan menambah waktu pemutaran bahan berarti campuran minyak dan larutan metanol-KOH mengalami peningkatan intensitas pengadukan statis yang terjadi di dalam reaktor. Hal ini memberikan dampak positif terhadap reaksi yaitu dapat meningkatkan frekuensi tumbukan.
0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 K o n v er si r ea ks i (%m o l/ m o l) Waktu (menit) T = 30 C T = 40 C T = 60 C
Menurut Reyes et al. (2010), reaksi yang melibatkan campuran fluida yang tidak terlarut membutuhkan intensitas pengadukan yang besar agar terjadi reaksi. Dengan kata lain, jumlah reaktan yang terkonversi menjadi produk akan semakin bertambah hingga mencapai kinerja maksimumnya. Nilai konversi reaksi tertinggi terjadi pada temperatur 60 oC dengan waktu pemutaran bahan selama 30 menit, yaitu sebesar 95.82% (mol/mol).
Gambar 18 Hubungan antara temperatur dan produk yang dihasilkan tiap waktu pemutaran bahan
Peran static mixer dalam meningkatkan persentase produk terlihat melalui proses pengadukan dan pencampuran dalam reaktor. Persentase produk meningkat dengan meningkatnya waktu pemutaran bahan. Dengan kata lain, jika sirkulasi bahan melewati static mixer ditingkatkan, maka pencampuran dan pengadukan akan menjadi lebih baik.
Produksi Metil Ester dan Yield Biodiesel
Salah satu tujuan dari penelitian ini adalah mengurangi pemakaian katalis. Sehingga dengan sedikit jumlah katalis diharapkan akan mampu menghasilkan metil ester yang masuk ke dalam standard SNI (min. 96.5 %w/w). Keberadaan
static mixer di dalam reaktor, diharapkan dapat membantu tercapainya tujuan di atas. Dari hasil pengujian diperoleh nilai persentase metil ester tertinggi sebesar 95.82% (w/w) yang terjadi pada perlakuan KOH sebanyak 0.5 % (w/w) dan temperatur 60 oC dengan waktu pemutaran bahan selama 30 menit.
75 80 85 90 95 100 30 40 50 60 K ada r P ro duk (%) Temperatur (oC) 10 menit 20 menit 30 menit
Nilai metil ester yang dihasilkan memang berada sedikit di bawah nilai standard SNI. Namun, nilai tersebut masih bisa dinaikkan dengan cara meningkatkan intensitas tumbukan yang terjadi, yaitu dengan menambah waktu pemutaran bahan ataupun dengan memperpanjang reaktor yang dilengkapi dengan
static mixer. Dengan demikian, kinerja sistem dapat dimaksimalkan dan diharapkan menghasilkan % metil ester yang masuk standard SNI. Karena, grafik konversi reaksi (Gambar 16) terlihat masih mengalami peningkatan walaupun sudah mulai melambat.
Gambar 19 menunjukkan pengaruh konsentrasi katalis terhadap yield yang dihasilkan. Yield merupakan persentase massa yang menunjukkan banyaknya metil ester yang dihasilkan per massa minyak awal (cara perhitungan dapat dilihat pada Lampiran 8). Dari Gambar 19 terlihat bahwa dengan temperatur yang sama dan pemakaian jumlah katalis yang berbeda, mengahasilkan yield yang berbeda pula yaitu nilai yield semakin meningkat karena adanya peningkatan jumlah katalis.
Pengaruh katalis terlihat dari yield yang dihasilkan dalam waktu 10 menit dengan KOH 0.3 % (88.76%), lebih kecil dari yield yang dihasilkan dengan KOH 0.4 % (94.23%). Katalis akan menyediakan rute agar reaksi berlangsung lebih cepat. Sehingga, dengan menambah jumlah katalis dapat membantu mempercepat terjadinya reaksi.
Gambar 19 Hubungan antara yield biodiesel dan waktu pemutaran bahan berdasarkan % KOH 75 80 85 90 95 100 10 20 30 B io di es el Y ie ld % (w /w ) Waktu (menit) KOH = 0.3% KOH = 0.4% KOH = 0.5%
Tabel 6 Data hasil penelitian % KOH (w/w) Suhu (oC) Waktu (menit) ME (%) Konversi (%mol/mol) Yield (%w/w) 0.3 60 10 88.45 88.45 88.76 0.3 60 20 89.66 89.66 89.97 0.3 60 30 92.57 92.57 92.89 0.4 60 10 93.90 93.90 94.23 0.4 60 20 95.27 95.27 95.61 0.4 60 30 95.48 95.48 95.82 0.5 60 10 94.77 94.77 95.10 0.5 60 20 95.54 95.54 95.87 0.5 60 30 95.82 95.82 96.15 0.5 30 10 79.88 79.88 80.16 0.5 30 20 81.68 81.68 81.96 0.5 30 30 84.54 84.54 84.84 0.5 40 10 87.37 87.37 87.67 0.5 40 20 90.17 90.17 90.49 0.5 40 30 92.50 92.50 92.82
Untuk mengetahui lebih jelas mengenai pengaruh pemakaian static mixer
pada reaktor, maka perlu dianalisis mengenai kinetika reaksi transesterifikasi selama reaksi berlangsung.
Kinetika Reaksi Transesterifikasi Laju Reaksi
Laju reaksi kimia merupakan perubahan konsentrasi reaktan terhadap waktu. Laju reaksi transesterifikasi dalam penelitian ini menunjukkan perubahan nilai konsentrasi metil ester tiap menit pengambilan sampel (Gambar 20). Dari