26 kedua bahan tersebut mempunyai phase yang berbeda, di samping itu TG dan
MeOH mempunyai sifat elektronegatifitas yang berbeda dan menyebabkan ikatan keduanya menimbulkan tolakan karena keduanya memiliki elektronegatifitas yang
tinggi Atkins, 1986 Untuk menjadikan reaksi berlangsung dan mengarah ke sebelah kanan
sehingga terbentuk 3 BE biodiesel maka diperlukan efek pengadukan yang sangat tinggi vigorous stirring yang salah satunya dipunyai oleh static-mixer
yang bisa menghasilkan gaya inersia yang tinggi atau shear stress yang tinggi. Kondisi ini sangat diperlukan terutama dalam tahap-tahap awal reaksi
transesterifikasi persamaan 11 :
Di dalam reaksi transesterifikasi seperti di atas maka nilai konstanta laju reaksi k harus mengikuti k
1
k
2
k
3
Levenspiel, 1972
2.2.3.2. Energi tumbukan dan Laju Reaksi
Di dalam reaksi transesterifikasi partikel-partikel tersebut tidak dapat bertumbukan melampui energi minimum yang disebut dengan energi aktivasi
reaksi Ea. Ea adalah adalah energi minimum yang diperlukan untuk melangsungkan terjadinya suatu reaksi. Secara garis besar reaksi eksotermal
termasuk reaksi transesterifikasi dapat dijelaskan seperti Gambar 9 di bawah ini
k
1
TG + CH
3
OH DG +
CH
3
COOR
1
k
2
DG + CH
3
OH MG +
CH
3
COOR
2
…………..…[11] k
3
MG + CH
3
OH GL
+ CH
3
COOR
3
27 Ea adalah energi minimum untuk menghasilkan FAME dan gliserol dari reaktan
TG dan MeOH. Jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang lebih rendah dari energi aktivasi Ea maka fluida yang diproses masih dalam bentuk
reaktan TG dan MeOH dan tidak akan terjadi reaksi transesterifikasi. Reaktan akan kembali ke keadaan semula energi aktivasi sebagai tembok dari reaksi.
Hanya tumbukan yang memiliki energi sama atau lebih besar dari energi aktivasi yang dapat menghasilkan terjadinya reaksi product. Di dalam reaksi kimia,
ikatan-ikatan dipisahkan membutuhkan energi dan membentuk ikatan-ikatan baru melepaskan energi. Umumnya, ikatan-ikatan harus diceraikan sebelum
yang baru terbentuk. Energi aktivasi dilibatkan dalam menceraikan beberapa dari ikatan-ikatan tersebut TG, DG, dan MG. Hubungan antara jumlah atau
persentase frekuensi tumbukan energi aktivasi Ea dan konstanta reaksi dinyatakan dalam rumus Arhenius, dalam persamaan [12] dan konstanta laju
reaksi dinyatakan dalam persamaan [13] Levenspiel, 1972:
Gambar 9. Hubungan energi dan reaksi bahan kimia
28
2.2.3.3 Kinetika Kimia
Kinetika kimia adalah studi tentang laju reaksi atau perubahan konsentrasi reaktan atau produk per satuan waktu Atkins., 1986. Laju reaksi sangat penting
untuk diketahui karena mampu meramalkan kecepatan campuran reaksi mendekati keseimbangan.
Tahap awal dalam analisis kinetika reaksi adalah menentukan stoikiometri reaksi dan mengenali setiap reaksi samping, maka data dasar tentang kinetika
kimia adalah konsentrasi reaktan dan produk pada waktu yang berbeda-beda setelah reaksi dimulai. Karena reaksi kimia pada umumnya peka terhadap suhu,
maka suhu campuran reaksi harus dijaga konstan selama reaksi berlangsung, jika tidak maka laju reaksi yang diamati akan merupakan laju rata-rata pada
temperatur yang berbeda-beda yang tidak berarti Atkins, 1986. Faktor yang mempengaruhi laju reaksi antara lain adalah sifat alami reaktan, konsentrasi
reaktan, suhu, dan adanya katalis. Hukum laju reaksi adalah persamaan yang menyatakan laju reaksi sebagai
fungsi dari konsentrasi semua spesies yang ada, termasuk produknya. Konstanta laju reaksi k tidak bergantung pada konsentrasi, tetapi bergantung pada
temperatur. Hukum laju reaksi ditentukan secara eksperimen dan umumnya tidak dapat diduga dari persamaan reaksi. Dengan diketahuinya hukum laju reaksi dan
konstanta laju maka laju reaksi dapat diramalkan dari komposisi campurannya, selain itu hukum laju merupakan pemandu untuk mekanisme reaksi.
Orde dari suatu reaksi menggambarkan bentuk matematika yang dapat ditunjukkan oleh hasil percobaan Atkins, 1986. Orde reaksi hanya dapat
ditentukan berdasarkan eksperimen, dan hanya dapat diramalkan jika suatu mekanisme reaksi diketahui. Orde reaksi terhadap suatu komponen merupakan
pangkat dari konsentrasi komponen itu di dalam hukum laju, sedangkan orde keseluruhan reaksi adalah penjumlahan orde semua komponennya Atkins, 1996.
29 Secara umum laju reaksi bertambah dengan naiknya temperatur.
Pengamatan empiris menunjukkan bahwa reaksi mempunyai konstanta laju yang mentaati persamaan Arrhenius Atkins, 1996:
Untuk kebanyakan reaksi ternyata grafik antara ln k terhadap 1T menghasilkan garis lurus. Persamaan Arrhenius sering dituliskan sebagai:
A disebut faktor praeksponensial atau frekuensi tumbukan dan Ea merupakan energi pengaktifan atau energi aktivasi. Energi aktivasi merupakan
energi minimum yang harus dimiliki reaktan untuk berlangsungnya proses, sedangkan faktor praeksponensial ditafsirkan sebagai fraksi tumbukan yang
mempunyai cukup energi untuk menghasilkan reaksi. Secara bersamaan keduanya disebut parameter Arrhenius reaksi Atkins, 1996. Secara garis besar reaksi
secara keseluruhan dari reaksi trasnesterifikasi dapat dituliskan sebagai nerikut persamaan 14:
TG + 3CH3OH
⇔
3CH3COOR + GL ..............................[10] Karena reaksi yang berlangsung merupakan reaksi bolak-balik dan mengikuti
reaksi orde pertama , konstanta reaksi k ke arah kanan berdasarkan k
1
dan ke arah kiri berdasarkan k
2
sehingga reaksi mengikuti pseudo orde pertrama k’. Kalau dimisalkan reaksi 11 dengan reaksi yang dituliskan sebagai berikut
persamaan 15 Ln k = ln A – EaRT ………...………………………………………..…..…..[12]
k = A e
– EaRT
………...…………………………………………...……..……[13]
k
r
TG + 3 CH
3
OH 3 CH
3
COOR + GL ………………………….……[14] k
l
k
r
A + B D + C …………………...…………………………..…[15]
k
l
30 Laju reaksi pengurangan reaktan A adalah :
- dC
A
dt = k
r
C
A
- k
l
C
A
= k
r
- k
l
C
A
= k ’ C
A
dC
A
C
A
= k ’ dt ln C
A
= k’ t , batas integrasi C
A
dan C
Ao
, C
Ao
adalah konsentrasi awal C
A
C
A
C
A o
= e
- k ’ t
C
A
= C
A o
e
- k ’ t
Untuk jumlah masa metil ester asam lemak D ekivalen dengan : C
D
= 3 C
A o
- C
A
C
D
= 3 C
A o
- C
A o
e
- k ’ t
C
D
= 3 C
A o
1- e
- k ’ t
C
Me
= 3 C awal TG 1- e
- k ’ t
..................................................................[16] Me adalah konsentrasi metil ester, dan sehingga jumlah mol metil ester yang
terbentuk 3 kali mol awal TG dikalikan 1- e
- k ’ t
2.3. Static-mixer 2.3.1 Profil Turbulensi Fluida dalam Static-mixer
Static-mixer merupakan rangkaian elemen untuk pencampuran yang
diletakkan dalam sebuah pipa dan menggunakan energi dari aliran untuk menciptakan pencampuran antara dua atau lebih fluida Oldshue, 1983; Paul et al.,
2003. Static-mixer merupakan satu jenis mixer yang mempunyai kehilangan tekanan yang sangat rendah di samping memberikan efek getaran yang sangat
rendah sehingga dikenal sebagai motionless mixer. Dalam operasionalnya input tenaga listrik static-mixer yang diperlukan cukup rendah dibandingkan dengan
jenis mixer lainnya. Static-mixer dapat diaplikasikan untuk mencampur fluida yang mempunyai viskositas rendah, viskositas tinggi, material berserat fibrous
materials dan untuk keperluan proses blending Odlshue, 1983; Paul, 2003.
Dalam operasinya
static-mixer ditempatkan dalam pipa dan pada kedua
ujung pipa dibuat flens. Struktur bagian dalam static-mixer bersifat rigid dan dihubungkan dengan cara pengelasan dengan housing atau bisa juga dilepas
