3.4.2.6 Optimasi Proses Transesterifikasi Penetapan Jenis Kondisi Proses.
Tahapan ini bertujuan untuk menentukan kondisi proses transesterifikasi yang akan digunakan untuk proses
optimasi. Kondisi proses yang dimaksud meliputi suhu, kecepatan pengadukan, nisbah molar metanol dan konsentrasi katalis. Percobaan dilakukan secara terpisah
menggunakan rancangan acak lengkap RAL. Parameter empat perlakuan tersebut adalah viskositas mengacu De Filippis et al. 1995 yang menyatakan bahwa
peningkatan metil ester selama transesterifikasi berkorelasi positif dengan penurunan viskositas dan densitas.
Pengukuran viskositas dilakukan terhadap metil ester setelah dipisahkan dari gliserol. Dengan menggunakan corong pemisah metil ester dipisahkan dari
gliserol. Metil ester yang diperoleh dicuci dengan air panas bersuhu 60-70
o
C yang telah ditambahkan asam asetat sebanyak 0,03 dari volume minyak. Pencucian
dilakukan sampai air cucian jernih dan mempunyai pH netral. Selanjutnya metil ester dikeringkan dengan menggunakan pemanasan suhu 105
o
C selama 20 menit dilanjutkan dengan pengeringan vakum suhu 80
o
C selama sampai tidak terbentuk gelembung uap air lagi ± 10 menit. Model matematika untuk rancangan acak
kelompok Mattjik dan Sumertajaya 2002 adalah sebagai berikut : a.
Penetapan nisbah molar metanol terhadap minyak Y
ij
=
µ
+ M
i
+ Є
ij
Y
ij
= Viskositas pada perlakuan nisbah molar metanol
transesterifikasi ke-i, dan ulangan ke j
µ
= Nilai rata-rata sebenarnya M
i
= Pengaruh nisbah molar metanol terhadap minyak sebagai triolein ke-i
Є
ij
= Galat percobaan pada perlakuan ke-i dan ulangan ke-j Perhitungan gram metanol pada setiap percobaan mengikuti rumus berikut:
R x M
1
x A Gram metanol = ---------------
M
2
ml metanol = gram metanol 0,7918
R = Nisbah molar metanol terhadap minyak yang dihitung
sebagai triolein M
1
= BM metanol = 32 A
= Bobot trigliserida dalam minyak gram M
2
= BM trigliserida minyak dinyatakan sebagai triolein = 885,46 b.
Penetapan kecepatan pengadukan Y
ij
=
µ
+ R
i
+ Є
ij
Y
ij
= Viskositas pada perlakuan kecepatan pengadukan ke-i dan ulangan ke-j
µ
= Nilai rata-rata
sebenarnya R
i
= Pengaruh kecepatan pengadukan ke-i Є
ij
= Galat percobaan pada perlakuan ke-i dan ulangan ke-j c.
Penetapan katalis Y
ij
=
µ
+ K
i
+ Є
ij
Y
ij
= Viskositas pada perlakuan konsentrasi katalis ke-i dan ulangan ke-j
µ
= Nilai rata-rata
sebenarnya K
i
= Pengaruh perlakuan konsentrasi katalis ke-i Є
ij
= Galat percobaan pada perlakuan ke-i dan ulangan ke-j Perhitungan NaOH pada setiap percobaan mengikuti rumus berikut:
gram NaOH = Katalis x Bobot minyak gram d.
Penetapan suhu transesterifikasi Y
ij
=
µ
+ T
i
+ Є
ij
Y
ij
= Viskositas pada perlakuan suhu transesterifikasi ke-i, dan ulangan ke k
µ
= Nilai rata-rata sebenarnya T
i
= Pengaruh perlakuan suhu tranesterfikasi ke-i Є
ij
= Galat percobaan pada perlakuan ke-i dan ulangan ke-j Masing-masing percobaan di atas diulang tiga kali dengan analisis
keragaman satu arah dan untuk mengetahui taraf perlakuan yang berbeda digunakan uji Duncan. Nisbah molar metanol yang digunakan ada 3 taraf yaitu 3,
6, dan 9. Kecepatan pengadukan yang dicobakan ada lima taraf yaitu 100 rpm, 200 rpm, 300 rpm, 400 rpm dan 500 rpm. Suhu transesterifikasi yang dicobakan
ada tiga taraf yaitu 45, 60, 75 C. Konsentrasi katalis terhadap minyak sebagai
triolein yang dicobakan ada 4 taraf yaitu 0.5, 1, 1.5, dan 2.
Optimasi Kondisi Proses.
Optimasi proses transesterifikasi optimasi respon proses transesterifikasi dilakukan berdasarkan pengaturan kondisi proses
dengan cara menentukan titik-titik optimum pada setiap variabel perlakuan proses dengan menggunakan metode permukaan respon Surface Respon Methode Box
et al. 1978, Montgomery 1991 dan Gaspers 1996. Optimasi dilakukan untuk
mendapatkan rancangan yang paling menguntungkan. Kondisi proses yang paling
optimum digunakan untuk menentukan kinetika reaksi pada tahapan berikutnya.
Respon hasil transesterifikasi yang dioptimasi meliputi : kadar asam lemak bebas, rendemen biodiesel dan viskositas. Pengolahan data optimasi respon menggunakan
program Minitab 14. Faktor, kode dan taraf kode yang dicobakan dapat dilihat pada Tabel 20 dan 21.
Taraf percobaan yang diambil didasarkan pada hasil penelitian kajian pengaruh dan dikaitkan dengan hasil studi pustaka. Rentang nisbah molar metanol
terhadap minyak mempertimbangkan hasil penelitian Freedman et al. 1984; Darnoko dan Cheryan 2000; Lele 2005; Van Gerpen et al. 2004 yaitu sekitar
6:1. Rentang katalis mempertimbangkan hasil penelitian Darnoko dan Cheryan 2000; Lele 2005; Canacki dan Van Gerpen 2003; Van Gerpen et al. 2004
yaitu sekitar yaitu 1 dari jumlah minyak. Suhu esterifikasi, waktu esterifikasi dan kecepatan pengadukan ditetapkan sama untuk seluruh perlakuan berdasarkan
hasil penelitian pendahuluan. Tabel 20 Faktor dan taraf kode pada percobaan proses transesterifikasi
No. Faktor Kode
Taraf kode
α
-1.414
Rendah -1
Tengah Tinggi
+1 α
+1.414 1 Nisbah
molar metanol terhadap
minyak sebagai triolein.
X
1
1,8 3 6 9
10,4
2 Konsentrasi katalis
terhadap minyak sebagai triolein
X
2
. 0,3
0,5 1 1,5 1,7
Optimasi respon hasil transesterifikasi terdiri dari 2 variabel bebas yang dicobakan yaitu: nisbah molar metanol terhadap minyak sebagai X
1
dan konsentrasi katalis terhadap minyak X
2
. Model permukaan respon orde dua dengan k = 2 adalah Y = βo + β
1
X
1
+ β
2
X
2
+ β
11
X
1 2
+ β
22
X
2 2
+ β
12
X
1
X
2
+
ε.
Tabel 21 Nilai taraf kode dan nilai taraf aktual optimasi proses transesterifikasi
Matrik rancangan
No Nilai taraf kode
Nilai taraf aktual X1 X2
Nisbah molar
metanol terhadap minyak
Kosentrasi katalis terhadap minyak
Faktorial 2
3
1 -1
1 3,0
1,5 2
-1 -1
3,0 0,5
3 1
1 9,0
1,5 4
1 -1
9,0 0,5
Tambahan faktorial
α=2
k4
5 1,414
10,4 1,0
6 -1,414
1,8 1,0
7 -1,414
6,0 0,3
8 1,414
6,0 1,7
Pengulang- an titik
pusat
9 6,0
1,0 10
6,0 1,0
11 6,0
1,0 12
6,0 1,0
13 6,0
1,0 3.4.2.6 Analisis Pemodelan Kinetika Reaksi Transesterifikasi
Penentuan tetapan laju reaksi esterifikasi menggunakan metode integral Laidler 1979. Metode tersebut juga digunakan untuk penentuan kinetika reaksi
transesterifikasi oleh Freedman et al. 1986; Noureddini Zhu 1997; Darnoko dan Cheryan 2001. Data yang diperoleh dari pemodelan kinetika yang akan
digunakan dalam proses perancangan adalah nilai tetapan laju reaksi, model laju reaksi berdasarkan suhu, konversi, waktu tinggal dan energi aktivasi. Sebanyak
300 ml minyak nyamplung hasil proses esterifikasi dimasukkan dalam reaktor 500 ml kemudian ditambahkan larutan metanol dan NaOH. Campuran tersebut
direaksikan pada suhu tertentu dengan pengadukan kecepatan tinggi. Setiap lima
menit diambil sampelnya untuk pemeriksaan kadar metil ester dan viskositas. Berdasarkan data yang diperoleh dilakukan penentuan tetapan laju reaksi seperti
yang dilakukan pada proses esterifikasi. Penentuan energi aktivasi dilakukan dengan mengukur tetapan laju reaksi pada beberapa suhu reaksi, kemudian dibuat
grafik hubungan antara k dengan 1T dan energi aktivasi ditentukan dari slope grafik tersebut. Cara penentuan energi aktivasi reaksi transesterifikasi sama
dengan yang dilakukan pada esterifikasi. Berdasarkan kinetika reaksi, dilakukan perancangan kondisi operasi reaktor yaitu menentukan waktu operasi waktu
tinggal optimum yang berkaitan dengan volume reaktor. Rate of input – rate of output – Rate of Reaction
= Rate of accumulation 0 - 0 -
V. r
T
= d [ME] dt d [ME]
V . -r
T
= ----------- dt
Volume V konstan, sehingga : d[ME]
−−−−− = - r
T,
karena d[ME]dt = dxdt dt
d x ----------- = dt
- r
T
Waktu untuk mencapai [ME] pada kondisi isothermal adalah : x
d x t= ----------
0 - r
T
- r
T
=k [TG]o - x [M]o-3x -1 1 1
t = 1k ln ln 3 [TG]o -1 [M]o [TG]o - x [M]o - 3x
3.4.2.7 Analisis Produk Pengujian Sifat Fisiko-Kimia Biodiesel.