Simposium Nasional Teknologi Terapan(SNTT)2 2014

Transkripsi

1 PERNNGN REKTR PENGLN MINYK GRENG BEKS PEDGNG GRENGN DN RUM MKN MENJDI BIDIESEL Robiah, ni Melani, Netty erawati Jurusan Teni Kimia, Faultas Teni Univeritas Muhammadiyah Palembang Jl. Jend.. Yani 3 Ulu Palembang superrobiah@yahoo.com, animelanihamid@yahoo.co.id, netty_herawati34@yahoo.co.id bstra Sejalan dengan rencana Pemerintah yang tercantum dalam Lampiran II Keppres No.5/26 untu mengembangan Energi Baru dan Terbaruan (EBT pada tahun 225 aan memanfaatan EBT 25%, maa dibuat rancangan reator biodiesel dengan meneliti data inetia reasi transesterifiasi jelantah menjadi biodiesel. Biodiesel merupaan bahan baar diesel yang bersifat biodegradable, tida beracun, ramah lingungan (tida mengandung sulfur, rendah arbon monosida, arbon diosida yang dihasilan dari pembaaran dapat didaur ulang oleh tumbuhan berfotosintesis. Karena jelantah mengandung asam lema bebas cuup tinggi (>5% maa perlu diesterifiasi dahulu sebelum ditransesterifiasi. Dengan mereasian jelantah (trigliserida dan methanol dibantu atalis K dihasilan etil ester (biodiesel dan gliserol dalam labu leher tiga yang dilengapi pemanas dan pengadu. Digunaan rasio metanol dan minya :6, jumlah pengaduan 3 rpm dan jumlah atalis 2% dan suhu 6 o., dihasilan inetia reasi transesterifiasi berlangsung orde satu, dengan onstana ecepatan reasi = 5,2. -2.exp(7.57/T. Spesifiasi reator tangi berpengadu yang coco untu menghasilan biodiesel sebanya 25 ml per batch (2,97 jam diperluan volume tangi 5 L; diameter tangi 6,9 cm; tinggi tangi 24,29 cm; tinggi liquid 9,44 cm; lebar baffle,62 cm; diameter pengadu 5,4 cm, ecepatan putaran pengadu 3 rpm, daya motor pengadu,97 hp. Kata unci : reator tangi berpengadu, biodiesel, transesterifiasi. PENDULUN..Latar Belaang Potensi minya goreng beas banya terdapat di ota Palembang arena masyaraatnya gemar mengonsumsi maanan yang digoreng. Kurangnya pengetahuan masyaraat adangadang minya goreng beas tersebut dibuang saja e lingungan sehingga dapat mencemari. da sebagian masyaraat urang mampu membeli minya goreng beas untu dionsumsi, hal ini berbahaya bagi esehatan. Sehingga perlu pencegahan hal diatas dengan memanfaatan minya jelantah untu dionversi menjadi biodiesel. Biodiesel adalah bahan baar diesel terdiri dari rantai alil pende (metil atau etil ester, merupaan turunan dari minya/lema tumbuhan atau hewan sebagai bahan baar diesel alternatif yang renewable (dapat diperbarui, bersifat ramah lingungan arena biodegradable (dapat teruraian, nontoxic, dan rendah emisi. (Zhang, 23, dapat dibuat melalui proses esterifiasi, transesterifiasi, atau esterifiasi-transesterifiasi dengan alohol (aloholisis. Keuntungan pemaaian biodiesel (Ju et.al., 23 diantaranya : a. Merupaan bahan baar ramah lingungan arena menghasilan emisi yang cuup bai (bebas sulfur, smoe number rendah. b. nga cetana (etane number tinggi (bilangan yang menunjuan uuran bai tidanya ualitas solar berdasar sifat ecepatan baar dalam ruang baar mesin, sehingga efisiensi pembaaran lebih bai. c. Visositas tinggi sehingga mempunyai sifat pelumasan yang lebih bai daripada solar sehingga memperpanjang umur mesin. d. Dapat diprodusi secara loal. e. Merupaan renewable energy arena terbuat dari bahan alam yang dapat diperbaharui. K-23

2 Dalam perancangan reator diperluan data ondisi operasi (suhu, perbandingan pereasi, jumlah atalis, pengaduan serta data inetia..2.teori Dasar.2.3.Fator yang mempengaruhi reasi transesterifiasi Minya goreng beas mempunyai omponen utama berupa trigliserida dan asam lema bebas. Pada pengolahan minya goreng beas pada penelitian ini menggunaan transesterifiasi dengan pretreatment esterifiasi, arena banya mengandung asam lema bebas (2-7%, sehingga jia langsung dilauan proses transesterifiasi dapat terjadi reasi penyabunan. Pada proses esterifiasi asam lema bebas direasian dengan alohol membentu ester (biodiesel dan air, dengan reasi sebagai beriut : R + 3 R ( sam lema bebas Metanol Metil ester ir Katalis yang coco pada proses esterifiasi adalah asam uat seperti asam sulfat, asam sulfonat organi atau resin penuar ation asam uat. Pada penelitian ini digunaan asam sulfat sebagai atalis. Tahap ini diharapan tida mengandung asam lema bebas lagi, selanjutnya trigliserida dionversi menjadi biodiesel melalui reasi transesterifiasi. Proses transesterifiasi, trigliserida direasian dengan alohol dengan atalis basa, biasanya (Na, K, atau alosida seperti natrium metosida, sodium etosida. lohol bereasi dengan trigliserida membentu alil ester (atau biodiesel dan gliserol. R R 2 R R alohol atalis R R R R 2 R R 3 alil ester gliserol trigliserida Gambar 2. Reasi transesterifiasi pembentuan senyawa alil ester lohol lebih banya digunaan adalah metanol arena lebih murah, merupaan senyawa polar berantai arbon terpende sehingga bereasi lebih cepat dengan trigliserida, dan melarutan semua jenis atalis bai basa maupun asam (Zhang et al., 23. Pada penelitian ini digunaan atalis basa K, arena lebih murah juga didasaran pada penelitian Freedman et al. (986 menunjuan bahwa transesterifiasi atalis alali urang orosif terhadap peralatan daripada menggunaan atalis asam. Secara umum, fator-fator yang mempengaruhi ecepatan reasi adalah suhu, perbandingan pereasi, pengaduan, jumlah dan jenis atalisator. Suhu. Semain tinggi suhu reasi, semain besar pula energi ineti yang dimilii zat-zat pereasi sehingga semain banya moleul-moleul yang memilii energi ineti yang melebihi energi ativasi. ibatnya semain banya tumbuan antar moleul yang mengaibatan reasi. Kecepatan reasi meningat dengan meningatnya suhu, sehingga onversi yang dihasilan aan semain besar. Perbandingan zat pereasi. Jia salah satu zat pereasi dibuat berlebihan maa reasi yang dapat bali aan bergeser e anan. Untu esterifiasi minya nabati, menurut Swern (982, umumnya alohol diberian,2 -,75 ali ebutuhan stoiiometrisnya. Sedangan pada transesterifiasi alohol yang ditambahan biasanya lebih dari 3 alinya. Pengaduan. Pencampuran yang bai dapat menurunan tahanan perpindahan massa dan panas secara onvesi. Tingat pencampuran ditunjuan oleh tingat turbulensi cairan pereasi (Johnstone and Thring, 957. Penurunan tahanan perpindahan massa terutama penting untu reasi-reasi heterogen. Dengan berurangnya tahanan perpindahan massa, main banya moleul-moleul yang dapat mencapai fase reasi, sehingga meningatan emunginan terjadinya reasi. Jumlah dan jenis atalisator. Pada reasi yang berjalan lambat, penambahan atalis bertujuan untu mempercepat reasi dengan jalan menurunan energi ativasinya. Katalis basa tida memerluan suhu yang tinggi, sementara atalis asam umum digunaan untu suhu seitar (Kir & thmer, 98. ( 2 K-24

3 .2.4. Kinetia reasi transesterifiasi Persamaan reasi transesterifiasi : Dengan : : trigliserida B : alohol : ester D : gliserol Kecepatan reasi persamaan (3 dapat ditulis menjadi : a b r = B 2 Dengan :, 2 : onstanta ecepatan reasi a,b,c,d : orde reasi T : suhu reasi : onsentrasi trigliserida pada watu t B : onsentrasi alohol pada watu t : onsentrasi gliserol pada wau t : onsentrasi ester pada watu t D + 3 B c D d D (3 (4 Reasi aloholisis merupaan reasi bola bali yang berjalan lambat (Groggins, 958, sehingga untu reasi relatif pende, reasi e iri diabaian terhadap reasi e anan. Bila B (alohol berlebih, maa onsentrasi alohol dianggap onstan, sehingga persamaan 4 menjadi : d = α α r = (5 (6 Kemunginan I, jia reasi orde maa ecepatan reasi pengurangan adalah : d = d =. Persamaan diintegrasi menjadi : ln =. t ( x (7 (8 (9 ln Vs t Dengan membuat grafi ( x, jia grafi menunjuan garis lurus berarti asumsi orde satu adalah benar, aan diperoleh nilai. Kemunginan II, jia reasi orde 2 maa ecepatan reasi pengurangan adalah : d = d 2 =. 2 Persamaan diintegrasi menjadi : ( ( K-25

4 (2 = +. t Dengan membuat grafi Vs t, jia grafi menunjuan garis lurus berarti asumsi orde dua adalah benar aan diperoleh harga Spesifiasi Reator Neraca massa reator batch : F F + rdv = F = F V dn Volume onstan : X N ( r = dx V t (3 Dimana : V : Volume reator, satuan volume N : Banya mol zat awal yang masu reator x : onversi t : watu r : ecepatan reasi r = f(onsentrasi, suhu, atalis, pengaduan Volume reator dapat dihitung, dengan menentuan onversi dan jumlah produ yang diinginan. Uuran Reator : i. Volume reator (V Volume reator dihitung dari persamaan (3. ii. Diameter tangi ( Dt Diambil rasio antara (tinggi/ diameter tangi, t / Dt =,5 / iii. Ratio antara diameter impeller dan tangi, Di / Dt =,3 iv. Ratio antara tinggi liquid dan diameter tangi, i / Dt =,5 v. Ratio antara baffle dan diameter tangi, Wb / Dt =, vi. Ratio antara tinggi impeller dari bottom tangi dan diameter tangi, i / Dt = vii. Jumlah baffle dipaai 4 buah 2 SistemPengaduan (a Diameter pengadu, (Dp Diameter pengadu dihitung dengan persamaan: Dt / Dp = 3/ (4 (5 (6 (7 (8 (9 (b Kecepatan putaran pengadu = N Kecepatan putaran pengadu dihitung dengan persamaan : K-26

5 N = ( WEL / 2Dp,5 X (6/ πdp Dengan WEL = Water Equivalent Liquid eight = ( ρ cairan/ ρ air x Dt (2 (c Daya motor pengadu (Dhp Daya yang diperluan oleh motor pengadu dihitung dengan persamaan: 3 5 Dhp = P. N.. Dp / ρ g c (2 Dengan: Dhp = daya motor pengadu = hp Po = Fungsi bilangan Reynolds = 5,5 g c = Percepatan gaya gravitasi = 32,2 ft/sec 2 Dp = Diameter pengadu N = Kecepatan putaran pengadu 2. METDE PENELITIN Untu menentuan rancangan reator diperluan data inetia reasi dengan tahapan proses beriut : Proses Esterifiasi Minya jelantah ditambahan asam sulfat peat sebanya,25% berat minya, emudian dipanasan dengan hotplate sampai suhu 6 o dalam erlenmeyer. Kemudian methanol,25 ali banya minya dimasuan dalam erlenmeyer yang dilengapi pendingin bali, dipanasan sampai 6 o dengan hotplate lalu dimasuan dalam reator dilengapi dengan pengadu stirrer magenitc, condensor. Pendingin menggunaan air es yang ditampung dalam water batch. Suhu dalam reator dipertahanan pada 6 o. Setelah menit reasi dihentian, emudian hasil reasi dimasuan dalam corong pemisah dan didiaman sampai suhu amar selama satu malam. Minya hasil reasi dicuci dengan aquadest sambil diadu dengan magnetic stirrer selama 5 menit sebanya dua ali. Selanjutnya minya dan aquadest dipisah dengan corong pemisah, lalu minya dipanasan pada o menghilangan air sisa sampai berat onstan. Proses Transesterifiasi Pada tahapan ini disiapan larutan metosida dengan melarutan K,8 gram dalam 7 ml methanol diadu dengan magnetic stirrer. Minya ml dipanasan dengan hotplate dengan suhu 6 o, lalu ditambahan larutan Kalium metosida (2% dari volume jelantah, sambil dilauan pengaduan 3 rpm, selama 7 menit. al tersebut di atas dilauan jumlah atalis Kalium metosida 2%. Pemurnian hasil ampuran hasil reasi dimasuan dalam alat distilasi untu memisahan metanol. Setelah ester dan gliserol terbentu menjadi dua lapisan sempurna, distilasi dihentian. Lapisan bawah berupa gliserol dan lapisan atas berupa ester dan sisa minya,emudian gliserol dipisahan dengan corong pemisah, gliserolnya dianalisis sedangan ester dan sisa minya dicuci dengan aquadest dan 2 ml asam asetat untu memisahan sisa atalis sambil diadu dengan mercury dengan ecepatan 5 rpm selama 5 menit, pencucian dilauan dua ali. Setelah itu ester (biodiesel hasil pencucian dimasuan dalam corong pemisah dibiaran sampai membentu dua lapisan, ester di atas dan air di bawah lalu dipisahan. Biodiesel dimasuan dimasuan dalam beaer glass dipanasan pada o selama jam untu menguapan air sisa. 3. SIL DN PEMBSN 3.. Kondisi perasi Kondisi operasi yang bai dari hasil penelitian sebelumnya (Robiah d, 23 diperoleh rasio metanol terhadap minya jelantah pada 6:, dengan onversi minya jelantah,77 setelah 7 menit, jumlah pengaduan 3 rpm, jumlah atalis 2% (berat, dan suhu 6 o. 3.2.Menentuan orde reasi: K-27

6 a. Kemunginan I (asumsi orde reasi menggunaan persamaan (9, dengan membuat grafi ln Vs. t aan diperoleh nilai. ( x Grafi 5. ubungan ln Vs. t pada suhu 4 o ( x Kecenderungan grafi menunjuan garis lurus, maa asumsi reasi orde satu adalah benar. Selanjutnya dihitung harga untu suhu o, seperti ditunjuan pada Tabel beriut. Tabel. Data onversi dan nilai pada berbagai suhu. Konversi (% Suhu ( o 4 men 5 men 6 men 7 men (/mol.men 4 29,34 58,68 66,25 75,7, ,85 7, ,6, , ,66,9 arga E (Energi ativasi dan persamaan, dihitung dengan menggunaan rumus rhenius : E ln = ln R. T Dibuat grafi ln Vs /T, maa aan diperoleh harga E. (2 Suhu (K /T - ln 33,33 3,32 33,32 3,4 323,3 4,7 Grafi. ubungan antara /T Vs ln K-28

7 Dari grafi, diperoleh harga E = 59.53,3 Joule dan persamaan onstana ecepatan reasi = 5,2. -2.exp(7.57/T. Maa persamaan ecepatan reasi transesterifiasi diperoleh sebagai beriut : r (23 = Dengan : = 5,2. -2.exp(7.57/T Spesifiasi Reator pada Sintesa Biodisel dari Minya Jelantah Watu reasi (t r Dari persamaan (3 neraca massa reator batch : Reasi orde satu : T = 6 o = 333 K = 5,2. -2.exp(7.57/T. =5,2. -2.exp(7.57/333 = Jia diinginan x =,77 r N ( r = N t = V x dx t = ( x dx ( x Watu pembersihan asumsi 45 menit, maa total watu satu cycle batch(t b: t b = 33 menit + 45menit = 78menit = 2, 97 jam Volume reator Jia diinginan metal ester (biodiesel sebanya 25 ml tiap batch. Jia : trigliserida, B : methanol, : metyl ester, D : gliserol N = 3N x = 25 ml/jam = 25 ml/jam (,999 gr/ml =,883 gmol/jam N = N /(3x = [,883 gmol/jam] / [3x,77] =,382 gmol/jam (847 gr/gmol m = 323,59 gram / jam V =,798 L Vol atalis = 2% =,6 L Volume methanol = 6(,798 = 3,2 L Volume atalis =,6 L Volume total umpan =,798 L + 3,2 L +,6 L = 4 L X dx V X t t = ( ln( x ] x t = ( ln( x ] x t = ( ln(,77,49455 t = 33menit + 3B 3+ D = ( x K-29

8 Fator eamanan 25% Volume reator =,25 x 4 L = 5 Liter Spesifiasi reator Spesifiasi reator mempunyai uuran sebagai beriut : a.diameter tangi, Dt = 6,9 cm b. Tinggi silinder, t = 24,29 cm c.tinggi liquid, l =9,44 cm d. Lebar baffle, Wb =,62 cm e.diameter pengadu, (Dp = 5,4 cm f. Daya motor pengadu (Dhp =,97 hp 4. KESIMPULN Dari hasil penelitian dapat disimpulan bahwa dengan rasio metanol dan minya :6, jumlah pengaduan 3 rpm dan jumlah atalis 2% dan suhu 6 o., dihasilan inetia reasi transesterifiasi berlangsung orde satu, dengan onstana ecepatan reasi = 5,2. -2.exp(7.57/T. Spesifiasi reator tangi berpengadu yang coco untu menghasilan biodiesel sebanya 25 ml per batch (2,97 jam diperluan volume tangi, Vt = 5 L; diameter tangi, Dt = 6,9 cm, tinggi tangi, t = 24,29 cm; Tinggi liquid, l = 9,44 cm; Lebar baffle, Wb =,62 cm. diameter pengadu,dp = 5,4 cm, ecepatan putaran pengadu N = 3 rpm, daya motor pengadu, Dhp =,97 hp. UPN TERIM KSI Tida lupa ami ucapan banya terima asih epada DP2M Dirjen Diti yang telah membantu terlasananya penelitian ini. DFTR PUSTK Freedman, B., Butterfield, R.., Prude, E..,986. Transesterification Kinetics of Soybean oil, J.m. il Soc. hem., 63, Groggins, P.., 958, "Unit Processes in rganics Synthesis", 5 ed., pp , McGraw- ill Boo ompany, Inc., New Yor. Ju Yi-su, S.., Vali.,., Jeng,. Widjaya, 23, Biodiesel from Rice Bran il, Prosiding Seminar Nasional Teni Kimia, Yogyaarta. Kir, R.E and thmer, D.F., 978, Encyclopedia of hemical Technology, 3rd ed, Willey Interscience Publicatioin, John Wiley and Sons, Inc, New Yor. Robiah, Melani., erawati N., 23, Perancangan Reator Pengolahan Minya Goreng Beas Pedagang Gorengan dan Rumah Maan Menjadi Biodiesel, Laporan Penelitian ibah Bersaing, Proye Multitahun, Diti, Jaarta. Swern, D., 982a, Introduction to Fat and il Technology, John Wiley and Sons, New Yor Zhang, Y., Dube, M.., McLean, D.D., Kates, M., (23, Review paper : Biodiesel production from waste cooing oil :. Process design and technological assessment, Bioresource Technoogyl., 89, hal. - 6 K-3