21 Waktu yang dibutuhkan untuk mensimulasikan 1.5 detik proses pembentukan gelembung di
dalam reaktor kolom gelembung dengan menggunakan CFD memerlukan waktu 3-4 hari. Lamanya waktu komputasi dipengaruhi oleh ukuran mesh yang digunakan, semakin kecil ukuran mesh maka
hasil yang diperoleh semakin teliti, akan tetapi waktu komputasi yang diperlukan akan semakin lama. Ukuran mesh harus diatur sedemikian rupa supaya hasil simulasi yang diperoleh cukup teliti dan
waktu komputasi tidak terlalu lama. Mesh yang digunakan untuk simulasi dapat dilihat pada Gambar 10.
Proses meshing hanya dilakukan pada bidang yang berbentuk fluida sedangkan pada bidang solid tidak dilakukan meshing karena pada bidang padatan tidak dilakukan analisis saat simulasi
dengan menggunakan FLUENT. Bidang batas yang digunakan untuk inlet adalah tipe velocity inlet sedangkan untuk outlet digunakan tipe pressure outlet. Kondisi batas bahan yang digunakan terdiri
dari dua fasa, yaitu oil minyak dan vapor uap metanol. Saat kondisi awal simulasi bagian atas reaktor seharusnya diisi dengan udara, karena simulasi
hanya menggunakan dua fasa, yaitu fasa cair minyak dan fasa gas metanol super-terpanaskan, maka bagian tersebut langsung diisi dengan metanol super-terpanaskan, semua udara yang ada di
dalam reaktor dianggap sudah keluar dan digantikan oleh uap metanol superterpanaskan. Hal ini tidak berpengaruh terhadap hasil simulasi, karena data simulasi yang diambil adalah pada saat kondisi
gelembung yang ada di dalam reaktor sudah konstan. Kondisi awal dari simulasi CFD pada reaktor kolom gelembung dapat dilihat pada Gambar 11. Warna merah pada gambar adalah uap metanol
super-terpanaskan dan warna biru adalah minyak cairan.
Gambar 11. Kondisi awal dari simulasi penggunaan obstacle pada reaktor kolom gelembung menggunakan CFD tampilan pada bidang XY
4.2.2 Pengaruh Penggunaan Obstacle Terhadap Luas Permukaan Kontak
Luas permukaan kontak merupakan luas permukaan gelembung metanol super-terpanaskan yang bersentuhan dengan dengan permukaan minyak. Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya
Wulandani 2010, dibuktikan bahwa semakin tinggi luas permukaan kontak maka laju reaksi dari bahan akan semakin tinggi pula. Hal ini sesuai dengan pernyataan Yamazaki 2007, bahwa
meningkatnya jumlah luas permukaan kontak gas dan cairan akan meningkatkan laju reaksi dan menyebabkan total produksi FAME juga akan ikut meningkat.
Luas permukaan kontak diperoleh dengan menghitung luas permukaan yang memiliki nilai fraksi volume 0.5 pada simulasi CFD. Pada nilai fraksi volume 0.5, berarti pada permukaan tersebut
metanol bersentuhan dengan minyak dimana 0.5 bagian adalah permukaan minyak dan 0.5 bagian
S
DO7
N1 N2
N3
N2+DO7
A1 A2
A3
22 adalah permukaan metanol. Dari hasil simulasi reaktor kolom gelembung yang diperoleh, luas
permukaan kontak reaktor yang menggunakan obstacle N1, N2, N3, DO7, N2+DO7, A1, A2, dan A3 selama 1.5 detik jauh lebih tinggi daripada reaktor tanpa obstacle S, seperti yang terlihat pada
Gambar 12. Data luas permukaan kontak hasil simulasi juga dapat dilihat pada Lampiran 9.
Gambar 12. Pengaruh penggunaan obstacle terhadap luas permukaan kontak Rata-rata luas permukaan kontak pada reaktor kosong S adalah sebesar 0.0081 m
2
, jauh lebih rendah bila dibandingkan dengan reaktor kolom gelembung yang menggunakan obstacle. Pada
reaktor kolom gelembung yang menggunakan obstacle DO7, rata-rata luas permukaan kontak metanol dan minyak adalah sebesar 0.0200 m
2
. Luas permukaan kontak pada reaktor kolom gelembung yang menggunakan obstacle DO7 sedikit lebih besar daripada reaktor yang menggunakan obstacle N1, N2,
N3, dan DO7+N2 yaitu rata-rata luas permukaan kontak yang diperoleh adalah sebesar 0.0132, 0.0131, 0.0108, dan 0.0189 m
2
. Luas permukaan kontak pada reaktor kolom gelembung yang menggunakan obstacle A1, A2, dan A3, jauh lebih tinggi daripada reaktor yang menggunakan
obstacle lain DO7 dan N, yaitu sebesar 0.0250, 0.0254, dan 0.0257 m
2
. Ini membuktikan penggunaan obstacle sangat berpengaruh terhadap luas permukaan kontak metanol dan minyak.
Pada reaktor tanpa obstacle S, terjadi penurunan luas permukaan kontak secara drastis ketika melewati puncaknya, tetapi tidak demikian halnya dengan reaktor yang menggunakan obstacle seperti
A1, A2, A3 dan DO7, pada reaktor ini setelah mencapai nilai luas permukaan kontak tertentu, kemudian konstan tanpa mengalami penurunan, sehingga luas permukaan kontak pada reaktor yang
menggunakan obstacle tetap tinggi. Luas permukaan kontak akan terus naik hingga mencapai titik puncak, yaitu pada saat gelembung pertama dari metanol mencapai permukaan minyak dan kemudian
pecah. Setelah mencapai titik puncak maka luas permukaan kontak akan turun sampai diperoleh luas permukaan kontak yang konstan. Keberadaan obstacle di dalam reaktor dapat menahan gelembung
metanol sehingga luas permukaan kontak di dalam reaktor tidak turun drastis setelah mencapai puncak, seperti yang terlihat pada Gambar 13.
0.000 0.005
0.010 0.015
0.020 0.025
0.030
0.0 0.2
0.4 0.6
0.8 1.0
1.2 1.4
1.6
L u
a s
p e
r m
u k
a a
n k
o n
ta k
m
2
Waktu detik
A1 A2
A3 N1
N2 N3
23 Gambar 13. Pengaruh penggunaan obstacle terhadap penurunan luas permukaan kontak
Pada reaktor N N1, N2, dan N3, luas permukaan kontak yang diperoleh lebih kecil bila dibandingkan dengan reaktor lain yang menggunakan obstacle DO7 dan A. Hal ini disebabkan oleh
fungsi obstacle pada reaktor N untuk memperkecil ukuran gelembung tidak bekerja optimal, gelembung metanol yang sudah dipecah oleh obstacle setelah melewati lubang akan bersatu kembali
menjadi gelembung besar. Sehingga obstacle hanya berfungsi untuk menghambat laju aliran gelembung tetapi tidak memperkecil ukurannya, Ini dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14. Distribusi gelembung metanol pada reaktor N3 0.000
0.005 0.010
0.015 0.020
0.025 0.030
0.0 0.2
0.4 0.6
0.8 1.0
1.2 1.4
1.6
L u
a s
p e
r m
u k
a a
n k
o n
ta k
m
2
Waktu detik
A1 A2
A3 DO7
Gelembung metanol yang kembali bergabung dan membentuk gelembung besar
Gelembung metanol yang dipecah menjadi gelembung kecil oleh obstacle berbentuk
nozzle
24 Luas permukaan kontak A1, A2, dan A3 lebih tinggi daripada reaktor yang lain karena
gelembung yang dihasilkan oleh obstacle pada reaktor ini memiliki ukuran diameter yang lebih kecil dan jumlah gelembung yang lebih banyak sehingga laju reaksi juga diharapkan akan lebih tinggi,
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15. Menurut Joelianingsih et al. 2006, laju reaksi dikendalikan oleh perpindahan massa di bidang antarmuka permukaan kontak, Hal ini dapat
diperbaiki dengan memperbesar luas antarmuka minyak dan metanol dengan cara memperbanyak jumlah gelembung dan memperkecil diameter gelembung. Semakin luas bidang antarmuka maka
perpindahan massa akan semakin baik sehingga waktu reaksinya menjadi lebih pendek.
Gambar 15. Ukuran gelembung metanol setiap reaktor pada t = 1 detik Selain dipengaruhi oleh jumlah dan ukuran dari gelembung, luas permukaan kontak minyak
dengan metanol juga dipengaruhi oleh besarnya permukaan kontak antara gelembung metanol dengan dinding alat, semakin tinggi luas permukaan kontak antara gelembung dengan dinding alat maka luas
permukaan kontak antara minyak dengan metanol akan menurun. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 16.
S
DO7
N1 N2
N3
N2+DO7
A1 A2
A3
25 Gambar 16. Permukaan kontak metanol dengan minyak pada DO7
Pada obstacle DO7 luas permukaan kontak antara bahan baik minyak maupun metanol dengan permukaan alat terbilang cukup luas, karena pada DO7 terdapat silinder dalam yang menyebabkan
kemungkinan terjadinya kontak antara bahan dengan dinding alat semakin besar, sehingga luas permukaan kontak antara metanol dengan minyak menjadi semakin berkurang. Pada A1, A2, dan A3,
silinder dalam diganti dengan poros yang juga berfungsi untuk memecah metanol yang disemprotkan oleh nozzel. Luas selimut poros yang jauh lebih kecil dibandingkan silinder dalam menyebabkan
kontak antara bahan dengan permukaan alat akan semakin berkurang. Sehingga dari hasil simulasi, luas permukaan kontak pada A1, A2, dan A3 jauh lebih tinggi bila dibandingkan dengan DO7.
4.2.3 Pengaruh Penggunaan Obstacle Terhadap Gas Holdup
