Laporan Tesis
PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK BIJI NYAMPLUNGDENGAN PROSES TRANSESTERIFIKASI
DALAM KOLOM PACKED BED
Oleh :Yanatra
NRP. 2309201015
Pembimbing :Prof. Dr. Ir. HM. Rachimoellah, Dipl. EST
Lab. Biomassa & Konversi EnergiJurusan Teknik Kimia – FTI - ITS
Pendahuluan
Latar belakang : Aspek ekonomi ;
Krisis BBM fossil (langka) & mahal BBM fossil tidak lama lagi akan habis (non-renewable)
Aspek lingkungan ; Emisi gas buang membahayakan Pemanasan global
Aspek bahan baku (renewable) ; Bahan baku minyak nabati tersedia beragam dan cukup
banyak (sawit, bunga matahari, kedelai, biji jarak, biji karet, nyamplung, dll.)
Maka dicoba diteliti pembuatan BBM alternatif yang ramahlingkungan, yaitu biodiesel dari minyak biji nyamplung dengan proses transesterifikasi dalam reaktor alir packed bed
Rumusan masalah:Apakah ada pengaruh pengaruh suhu, Laju alir dalam reaktor dan Laju alir produk terhadap persentase (%)famepada reaksi transesterifikasi minyak biji nyamplung dalam reaktor alir packed bed.
Tujuan penelitian Mempelajari pengaruh suhu, Laju alir dalam reaktor
dan Laju alir produk terhadap persentase (%) famepada reaksi transesterifikasi minyak biji nyamplung dalam reaktor alir packed bed.
Manfaat penelitian Untuk pengembangan proses produksi biodiesel
secara kontinyu.
Tinjauan Pustaka
Reaksi transesterifikasi
Reaksi overall :
Tahapan reaksi :
Variabel yang mempengaruhi reaksi : Mutu minyak biji nyamplung
Kandungan air, asam lemak bebas, gum, lignin, partikel padat.
Jenis alkohol Metanol.
Perbandingan jumlah alkohol thd. minyak Jenis katalis
NaOH.
Intensitas pengadukan Bilangan Reynold (NRe), tumbukan, homogenitas
campuran Suhu Waktu reaksi Laju alir dalam reaktor Laju alir dalam produk
Aspek teknologi / proses ; Proses esterifikasi Proses transesterifikasi
Aspek metode proses / reaktor ; Metode / reaktor curah (batch) Metode / reaktor alir
REAKTOR PACKED BED Reaktor Packed Bed banyak digunakan dalam aplikasi industri
untuk separasi, absorption, stripping dan destilasi. Reaktor packed bed biasanya berbentuk tabung dan terdiri dari
packing yang tersusun rapi atau acak. Keuntungan dari reaktorpacked bed adalah konversi yang lebih tinggi per berat katalisdari reaktor katalitik lainnya.
Perbedaan bahan packing juga mempengaruhi areapermukaan dan rongga kosong. Hal tersebut dapatmempengaruhi kinerja packing.
Selain perbedaan bahan packing dan luas permukaan faktorlain yang berpengaruh adalah distribusi liquid dan vapor yangmasuk ke dalam reaktor.
Jika liquid vapor tidak terdistribusi dengan baik dalam areareaktor maka poses pemisahan tidak akan berjalan denganbaik, karena packing tidak bekerja secara maximal
II. Metodologi
A. Bahan yang digunakan Biji nyamplung Metanol (Unilab-Ajax) Sodium hidroksida (Merck) Asam fosfat (Merck) Asam sulfat (Merck) Benzyl alcohol (Merck) C.Variabel Percobaan Kondisi Operasi 1. Perbandingan mol minyak : metanol = 1 : 6 2. Katalis NaOH = 0,5 % terhadap berat minyak Variabel berubah : 1. Suhu reaksi ; 50, 60,65, 80 oC. 2. Laju alir dalam reaktor ; 2,22; 6,93; 14,73 cm3/s 3. Laju alir produk ; 0,21;0.55;0,90; 1,26; 1,74 cm3/s
Diagram alir percobaan
Hasil
Biji nyamplung
Pemisahan kernel
Pemerasan dan penyaringan
Esterifikasi Asam
Analisa FAME
Ampas/bungkil
Pemisahan
Gliserin
Transesterifikasi BasaDalam
REAKTOR PACKED BED
Perhitungan
Cangkang biji nyamplung
Minyak biji nyamplung (crude oil)•Mol rasio methanol : minyak biji nyamplung 6:1
•Asam sulfat 0,5% wt minyak•Suhu 50 oC, waktu 2 jam
•Mol rasio methanol : minyak 6:1•NaOH 0,5 %wt minyak•Variabel : suhu, Laju alir dlm. reaktor dan Laju. alir produk
DegummingH3PO4 Gum
H2SO4 & Methanol sisa
Minyak biji nyamplung (refined)
Alat percobaan
Feed minyak
Feed metanol & NaOH
Termokontroler
Reaktor Packed Bed
Flowmeter produk
Valve
Sampel produk
Pompa
Pemanas listrik
Flowmeter masuk reaktor
Valve
Valve
Dimensi alat (reaktor packed bed) : Diameter : 2,093 cm. Tinggi : 75 cm. Isian : raschig rings kaca
Diameter : 5 mm. Tebal : 1 mm. Tinggi : 6 mm. Density : 2,55 g/cm3
Pemanas : listrik dg. termokontroler Kolom masukan minyak ;
Diameter : 4,96 cm. Tinggi : 60 cm.
Kolom masukan metanol ; Diameter : 2,47 cm. Tinggi : 60 cm.
D. PROSEDUR PENELITIAN Persiapan Bahan
Pengepressan biji nyamplung Proses degumming Analisa asam lemak bebas (FFA) Proses esterifikasi Proses transesterifikasi Analisa hasil FAME dengan GC 5890 dengan
kolom HP 1 Analisa viskositas
Data % FAME pada Laju alir masuk dalam reaktor 2.22 cm3/s pada berbagai suhu
Suhu (oC) Kecepatan alir produk (cm3/s)
1.74cm3/s 1.26cm3/s 0.9cm3/s 0.55cm3/s 0.21cm3/s
50oC 10.61 % 10.99% 14.53% 14.63% 15.46%
60oC 15.55% 16.87% 16.88% 20.71% 21.52%
65oC 11.18% 10.03% 9.96% 9.87% 9.71%
80oC 8.03% 7.96% 6.54% 5.96% 5.22%
Gambar 4.1. Data % FAME pada Laju alir masuk dalam reaktor 2.22 cm3/s pada berbagai suhu
0
5
10
15
20
25
0 0.5 1 1.5 2
Laju Alir (cm3/s)
% F
AM
E 50 0C
60 0C
65 0C
80 0C
Gambar 4.2 Kurva pengaruh suhu dan laju alir produk untuk laju alirdalam reaktor 2.22 cm3/s
50
60
70
80
0
0.5
1
1.5
25
10
15
Fame (%)
Laju produk (cm3/s) Suhu (oC)
Data % FAME pada Laju alir masuk dalam reaktor 6.93 cm3/s pada berbagai suhu
Suhu (oC) Kecepatan alir produk (cm3/s)
1.74cm3/s 1.26cm3/s 0.9cm3/s 0.55cm3/s 0.21cm3/s
50oC 15.11% 17.67% 18.26% 21.96% 21.99%
60oC 18.98% 21.12% 24.26% 25.40% 28.84%
65oC 15.28% 14.60% 14.28% 12.15% 11.81%
80oC 10.94% 10.14% 9.74% 8.22% 6.31%
Data % FAME pada Laju alir masuk dalam reaktor 6.93 cm3/s pada berbagai suhu
0
5
10
15
20
25
30
35
0 0.5 1 1.5 2
Laju Alir (cm3/s)
% F
ame
50 C60 C65 C80 C
Gambar 4.4. Kurva pengaruh suhu dan laju alir produk thd. % FAMEuntuk laju alir dalam reaktor 6.93 cm3/s.
50
60
70
80
0
0.5
1
1.5
25
10
15
20
25
Fame (%)
Laju produk (cm3/s) Suhu (oC)
Data % FAME pada Laju alir masuk dalam reaktor 14.73 cm3/s pada berbagai suhu
Suhu (oC) Kecepatan alir produk (cm3/s)
1.74cm3/s 1.26cm3/s 0.9cm3/s 0.55cm3/s0.21cm3/s
50oC 27.27% 27.97% 28.53% 29.02% 29.54%
60oC 33.76% 35.32% 40.73% 40.91% 43.82%
65oC 27.15% 27.00% 26.51% 26.25% 25.24%
80oC 20.64% 15.90% 14.86% 12.86% 11.36%
Data % FAME pada Laju alir masuk dalam reaktor 14.73 cm3/s pada berbagai suhu
05
101520253035404550
0 0.5 1 1.5 2
Laju Alir (cm3/s)
% F
ame
50 C60 C65 C80 C
Gambar 4.6. Kurva pengaruh suhu dan laju alir produk thd. % FAMEuntuk laju alir dalam reaktor 14.73 cm3/s.
50
60
70
80
0
0.5
1
1.5
215
20
25
30
35
40
Fame (%)
Laju produk (cm3/s) Suhu (oC)
Pembahasan Pada 65 oC terjadi penurunan % FAME karena methanol sudah
ada yang menguap disebabkan suhu didih methanol 64,7 oC, sehingga jumlah methanol yang terlibat dalam reaksi jauh berkurang % FAME dalam produk berkurang.
Suhu juga berpengaruh terhadap proses pencampuran, Pencampuran pada suhu tinggi lebih cepat homogen.
Dengan lebih homogennya campuran pada suhu tinggi, maka tumbukan yang terjadi diantara reaktan menjadi lebih baik, sehingga reaksi yang terjadi lebih cepat.
Pada reaksi dalam reaktor packed bed, laju alir dalam reaktor berkaitan dengan faktor intensitas pengadukan, yang dalam hal ini direprentasikan dalam bentuk Bilangan Reynold, dan waktu tinggal reaktan dalam reaktor
Laju alir dalam reactor berbanding lurus dengan bilangan Reynold . Makin tinggi kecepatan alir dalam reaktor, maka makin tinggi bilangan Reynoldnya, yang berarti makin tinggi intensitas pengadukan yang terjadi, sehingga tumbukan antar molekul reaktan makin besar. Akibatnya reaksi berjalan lebih cepat %FAME yang dihasilkan besar
Pembahasan Viskositas Kinematik
Dari hasil pengujian vikositas pada minyak nyamplung mula -mula sebesar 59.12mm2/s. setelah ditransesterifikasi terjadi penurunan tetapi tidak banyak.
No. Kecepatan alir dlm Suhu Kecepatan alir Viskositas Kinematik
reaktor (cm3/s) produk (cm3/s) pada 40 C
1 2.22 50 1.74 39.09
2 2.22 50 1.26 38.74
3 2.22 50 0.9 35.23
4 2.22 50 0.55 29.61
5 2.22 50 0.21 36.31
6 2.22 60 1.74 35.62
7 2.22 60 1.26 32.81
8 2.22 60 0.9 37.65
9 2.22 60 0.55 38.25
10 2.22 60 0.21 40.94
11 2.22 65 1.74 38.93
12 2.22 65 1.26 42.94
13 2.22 65 0.9 42.88
14 2.22 65 0.55 44.12
15 2.22 65 0.21 44.85
16 2.22 80 1.74 50.11
17 2.22 80 1.26 47.38
18 2.22 80 0.9 49.12
19 2.22 80 0.55 51.73
20 2.22 80 0.21 46.47
Data viskositas pada Laju alir masuk dalam reaktor 2.22 cm3/s pada berbagai suhu
Gambar 4.4. Data viskositas pada Laju alir masuk dalam reaktor 2.22 cm3/s pada berbagai suhu
0
10
20
30
40
50
60
0 0.5 1 1.5 2
Laju Alir (cm3/s)
Vis
kosi
tas
(mm
2 /s)
50 0C60 0C65 0C80 0C
No. Kecepatan alir dlm Suhu Kecepatan alir Viskositas Kinematik
reaktor (cm3/s) produk (cm3/s) pada 40 C
1 6.93 50 1.74 37.28
2 6.93 50 1.26 36.51
3 6.93 50 0.9 37.26
4 6.93 50 0.55 36.31
5 6.93 50 0.21 37.02
6 6.93 60 1.74 34.60
7 6.93 60 1.26 33.56
8 6.93 60 0.9 31.12
9 6.93 60 0.55 31.99
10 6.93 60 0.21 29.41
11 6.93 65 1.74 37.18
12 6.93 65 1.26 38.93
13 6.93 65 0.9 38.64
14 6.93 65 0.55 39.57
15 6.93 65 0.21 40.94
16 6.93 80 1.74 40.17
17 6.93 80 1.26 41.42
18 6.93 80 0.9 43.41
19 6.93 80 0.55 41.45
20 6.93 80 0.21 45.92
Data viskositas pada Laju alir masuk dalam reaktor 6.93 cm3/s pada berbagai suhu
Gambar 4.5. Data viskositas pada Laju alir masuk dalam reaktor 6.93 cm3/s pada berbagai suhu
05
101520253035404550
0 0.5 1 1.5 2
Laju Alir (cm3/s)
Vis
kosi
tas
(mm
2 /s)
50 0C60 0C65 0C80 0C
No. Kecepatan alir dlm Suhu Kecepatan alir Viskositas Kinematik
reaktor (cm3/s) produk (cm3/s) pada 40 C
1 14.73 50 1.74 30.54
2 14.73 50 1.26 29.11
3 14.73 50 0.9 27.30
4 14.73 50 0.55 27.81
5 14.73 50 0.21 27.18
6 14.73 60 1.74 26.11
7 14.73 60 1.26 25.06
8 14.73 60 0.9 23.51
9 14.73 60 0.55 25.29
10 14.73 60 0.21 24.14
11 14.73 65 1.74 25.01
12 14.73 65 1.26 28.82
13 14.73 65 0.9 30.54
14 14.73 65 0.55 33.25
15 14.73 65 0.21 32.63
16 14.73 80 1.74 32.15
17 14.73 80 1.26 33.56
18 14.73 80 0.9 33.84
19 14.73 80 0.55 34.29
20 14.73 80 0.21 34.10
Data viskositas pada Laju alir masuk dalam reaktor 14.73 cm3/s pada berbagai suhu
Gambar 4.6. Data viskositas pada Laju alir masuk dalam reaktor 14.73 cm3/s pada berbagai suhu
05
10152025303540
0 0.5 1 1.5 2
Laju Alir (cm3/s)
Vis
kosi
tas
(mm
2 /s)
50 0C60 0C65 0C 80 0C
viskositas tersebut sangat tinggi, sehingga tidak baik digunakansebagai bahan bakar solar karena dapat menyebabkan keausan pada bagian-bagian pompa bahan bakar.Secara keseluruhan hasil tersebut sangat tinggi dan tidak memenuhi standart dari biodiesel yang sudah ditetapkan yakni untuk minyak nabati (2.50 -6.00 mm 2/S pada 40 C ) Hal ini disebabkan perlu adanya pengolahan lebih lanjut sesudahdilakukan proses transesterifikasi
Proses drying (menghilangkan kadar air dalam biodiesel). Proses filtering (penyaringan kotoran dari biodiesel) Proses neutralization(proses penetralan NaOH yang tersisa
dengan menggunakan H3PO4 sehingga menghasilkan Na3PO4 dan air sekaligus sabun yang terbentuk).
Kesimpulan1. Ada pengaruh suhu, laju alir dalam reaktor dan laju alir produk
terhadap persentase (%) fame pada reaksi transesterifikasi minyak biji nyamplung dalam reaktor alir packed bed.
2. Makin tinggi suhu reaksi transesterifikasi, makin tinggi persentase (%) fame yang dihasilkan sampai batas mendekati titik didih metanol.
3. Persentase (%) fame dengan kadar tertinggi yang diperoleh sebesar 43.82% didapatkan pada kondisi operasi suhu 60 oC, laju alir dalam reactor 14,73 cm3/s dan laju alir produk 0,21 cm3/s.
Sekian dan terima kasih
Alat uji viskositas