Tahap 1 model umum yaitu model reaksi dan model semi-umum. Tahap 2 yaitu model semi pirolisis bahan Sheth et al. 2006.
Reaksi paralel tahap 1 : Biomassa Volatil + Gas
1
6 Biomassa Arang
1
7 Interaksi Sekunder tahap 2 :
Volatil + Gas
1
+ Arang
1
Volatil + Gas
2
+ Arang
2
8 Model ini mengindikasikan tentang biomassa mengalami dekomposisi
menghasilkan volatil, gas dan arang. Produk volatil dan gas bereaksi dengan arang menghasilkan volatil, gas dan arang reaksi 1 dan 2. Selanjutnya pirolisis produk
primer dalam interaksi sekunder reaksi 3, menghasilkan modifikasi produk akhir Koufopanos et al. 1991. Didasarkan atas unit daerah permukaan surface area
dalam sistem padatan gas persamaan kinetika untuk mekanisme pirolisis dapat ditulis sebagai berikut :
r
1
= k
1
B
n1
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛
V SA
9 r
2
= k
2
B
n1
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛
V SA
10
r
3
= k
3
G
1 n2
C
1 n3
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛
V SA
11 Keterangan:
ri = Laju reaksi i V = Volume partikel
k
1
= Konstanta kinetika reaksi 1 B = Konsentrasi biomassa
k
2
= Konstanta kinetika reaksi 2 C
1
= Konsentrasi arang k
3
= Konstanta kinetika reaksi 3 G
1
= Konsentrasi komponen asap cair n i = Orde reaksi ke i
SA = Surface Area partikel Model kinetika pirolisis yang akan ditelaah disini adalah model Arrhenius dan
Tsamba sebagai berikut :
a. Model Arrhenius
Model Arrhenius yang menghubungkan faktor suhu, energi aktivasi dan konstanta kinetika. Persamaan Arrhenius dituliskan sebagai berikut :
k = A e
–EaRT
12 Pada persamaan Arrhenius 12, Ea yang dikenal sebagai energi aktivasi
memainkan peranan yang sangat penting dalam kinetika kimia. Persamaan 12 dapat diintegrasikan sebagai berikut Gustaffson Richards 2009 :
ln k = ln A RT
Ea −
13
b. Model Tsamba
Model Tsamba yang menjelaskan karakterisasi kinetika pirolisis untuk determinasi energi aktivasi dan faktor pre eksponensial. Metode Coats dan
Redfern dapat dijelaskan dari persamaan dasar kinetika kimia sebagai berikut : ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ τ
d dx
= k T Ψ x
14 k = A exp
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛ −
RT E
a
15
x =
f
w w
w w
− −
τ
16
Ψ x = 1-x
n 17
T = ξ τ + T0
18
ξ = τ
d dT
19
∫
x
x dx
ψ = ξ
A
∫
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛ −
x
RT Ea
Exp dT
20 Fx =
∫
x
x dx
ψ =
Ea ART
ξ
2
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛ −
Ea RT
2 1
exp ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛− RT
Ea 21
2
ln T
x F
= ln Ea
ART
ξ
2
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛ −
Ea RT
2 1
- ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ RT
Ea 22
Ψ x merupakan suatu fungsi yang tergantung pada mekanisme reaksi dan laju konversi,
ξ adalah laju pemanasan, k adalah konstanta kinetika reaksi, yang tergantung pada suhu T, w
o
, w
f
dan w
r
adalah berat awal, berat akhir dan berat sampel pada saat waktu t, A adalah faktor pre eksponensial Arrhenius, R adalah
tetapan gas, τ adalah waktu, T adalah suhu absolut yang merupakan fungsi laju
pemanasan dan suhu, n adalah orde reaksi. Persamaan 14-19 secara umum menggambarkan teori reaksi kinetika kimia. Sedangkan persamaan 20-22
tergantung perbedaan asumsi dari metode Coats dan Redfern, persamaan diberikan di bawah ini :
F x = - ln 1-x untuk n =1, F x = ln −
{ }
n x
n
− −
− −
−
1 1
1 ln
1
untuk n = 1 23 ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ Ea
RT = 0
24
2
ln T
x F
= ln Ea
AR
ξ
- ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ RT
Ea 25
Persamaan 25 ditranformasi ke dalam fungsi linear sehingga menjadi F
T
X = B-cX 26
dengan F
T
X =
2
ln T
x F
, B = ln Ea
AR
ξ
, c
=
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛
R Ea
dan X = T
1 plotkan data termogravimetrik dari persamaan 26, maka faktor pre eksponensial
A dan energi aktivasi Ea yang dijelaskan dari persamaan Arrhenius dapat diperoleh. Dari persamaan 15 konstanta kinetika dapat diplotkan terhadap suhu
menjadi : ln k = ln A -
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛
RT Ea
27 Persamaan 27 ini dapat digunakan untuk mempelajari akses kenaikan interval
suhu dan faktor laju pemanasan. Persamaan 25 dijabarkan menjadi persamaan 32
2
ln T
x F
= ln AR-ln ξEa‐ ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ RT
Ea 28
2
ln T
x F
= ln A- ln R- ln ξEa‐ ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ RT
Ea 29
2
ln T
x F
= ln A‐ ⎟
⎠ ⎞
⎜ ⎝
⎛ RT
Ea + ln R- ln ξEa
30
2
ln T
x F
= ln k + Ea
R ξ
ln 31
ln k =
2
ln T
x F
- Ea
R ξ
ln 32
Persamaan 32 diperoleh nilai konstanta kinetika untuk model Tsamba yang dihasilkan dari nilai energi aktivasi dan faktor pre eksponensial.
Peningkatan suhu sangat mempengaruhi laju reaksi dan juga konstanta kinetika. Kenaikan suhu dapat mempercepat laju reaksi karena dengan naiknya suhu, energi
kinetika partikel zat-zat meningkat sehingga meningkatkan terjadinya tumbukan yang efektif. Faktor suhu yang mempengaruhi laju reaksi ini sesuai dengan teori
Arrhenius. Model Arrhenius dan Tsamba mempertimbangkan pengaruh suhu pirolisis
terhadap konstanta kinetika. Perbedaannya adalah model Arrhenius menfokuskan nilai konstanta kinetika terhadap suhu pirolisis. Model Tsamba menfokuskan
pembahasan pada nilai konstanta kinetika terhadap suhu pirolisis, dengan memperhatikan faktor pre eksponensial A dan laju pemanasan ξ.
Berdasarkan persamaan Arrhenius yang digunakan dalam pengembangan model kinetika pirolisis model Tsamba adalah :
1. Suhu pirolisis konstan pada nilai maksimum. 2. Konstanta kinetika tidak tergantung pada waktu pirolisis.
c. Waktu paruh
