Tetapan Laju Reaksi Esterifikasi

4.2.5 Analisis Model Kinetika Reaksi Esterifikasi

Kinetika reaksi berguna untuk menetapkan kondisi operasi, metode pengendalian, kebutuhan peralatan dan teknologi dari suatu proses kimia, sehingga dapat dimanfaatkan untuk merancang reaktor Petrucci, 1992. Pengukuran kinetika reaksi esterifikasi digunakan untuk perancangan reaktor batch khususnya waktu tinggal sesuai dengan Hill 1977; Perry 1988, Richardson and Peacock 1994 yang menyatakan bahwa dalam perancangan reaktor batch harus diketahui waktu yang diperlukan untuk mengkonversi sejumlah bahan pada kondisi reaksi spesifik. Pengukuran kinetika reaksi esterifikasi dilakukan pada kondisi optimum yang diperoleh pada optimasi proses pada tahap sebelumnya yaitu pada nilai peubah nisbah molar metanol terhadap ALB 22,2:1 dan konsentrasi katalis HCl terhadap ALB 5,9.

4.2.5.1 Tetapan Laju Reaksi Esterifikasi

Penentuan tetapan laju reaksi esterifikasi menggunakan metode isolasi Atkins 1999 yang dikombinasikan dengan metode integral Laidler 1979 dengan asumsi reaksi berlangsung secara irreversibel lihat pada Lampiran 7. k 1 RCOOH + CH 3 OH RCOO– CH 3 + H 2 O Hubungan konsentrasi asam lemak bebas dengan waktu esterifikasi ditampilkan pada Gambar 20 dan data konversi perubahan kadar ALB sebelum dan setelah esterifikasi dibagi kadar ALB awal dinyatakan dalam persen dapat dilihat pada Tabel 28. 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Waktu menit Kadar ALB 28 oC 45 oC 60 oC 70 oC Gambar 20 Hubungan antara kadar ALB dengan waktu reaksi pada berbagai suhu esterifikasi. Tabel 28 Data konversi bagian asam lemak bebas menjadi metil ester Waktu menit Konversi bagian 28 o C 45 o C 60 o C 70 o C 0,00 0,00 0,00 0,00 5 0,38 0,35 0,50 0,67 10 0,46 0,61 0,73 0,75 15 0,58 0,67 0,76 0,78 20 0,59 0,73 0,78 0,82 25 0,65 0,78 0,81 0,84 30 0,69 0,79 0,83 0,85 35 0,71 0,80 0,83 0,85 40 0,72 0,81 0,83 0,86 45 0,71 0,81 0,84 0,86 50 0,74 0,81 0,83 0,86 55 0,77 0,81 0,83 0,85 60 0,79 0,82 0,83 0,86 Pola hubungan antara kadar ALB dengan waktu reaksi menyerupai hasil penelitian Guner et al. 1996; Oluwaniyi dan Ibiyemi 2003 dan Sendzikiene et al. 2004. Kadar ALB turun secara bertahap sampai dengan 15 menit pertama kemudian sangat lambat dan setelah 30 menit mendekati konstan. Hubungan antara 1[ALB] t – 1 [ALB] dengan waktu pada esterifikasi dengan nisbah molar metanol 22,2:1, katalis HCl 5,9 keduanya dihitung berdasarkan jumlah ALB, kecepatan pengadukan 300 rpm, suhu 28 o C, 45 o C, 60 o C dan 70 o C ditampilkan pada Gambar 21. 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Waktu es terifikas i m enit 1[ALBt- 1[ALB]o 28 oC 45 oC 60 oC 70 oC Gambar 21 Hubungan antara waktu reaksi esterifikasi dengan 1[ALB] t -1[ALB] o . Melihat fenomena hubungan antara t dengan nilai 1[ALB]t -1[ALB]o yang tidak linier maka nilai k dihitung berdasarkan slope kemiringan garis awal sesui dengan Goud et al. 2006. Nilai k ditentukan dengan metode integral sampai didapat nilai k yang konsisten atau linearitas paling tinggi yaitu pada pseudo orde dua lihat lampiran 7. Menurut Sanchez et al. 1997 kinetika reaksi esterifikasi mengikuti orde dua semu pseudo second order. Grafik hubungan antara 1[ALB] t -1[ALB] o dengan waktu pada berbagai suhu esterifikasi dapat dilihat pada Gambar 22. 60 o C y = 0,2093x R 2 = 0,9215 70 o C y = 0,2515x R 2 = 0,9019 45 o C y = 0,1515x R 2 = 0,985 28 o C y = 0,0866x R 2 = 0,9674 0,0000 1,0000 2,0000 3,0000 4,0000 5,0000 6,0000 7,0000 5 10 15 20 25 30 Waktu menit 1[ALB]t- 1[ALB]o Gambar 22 Grafik hubungan antara 1[ALB] t -1[ALB] o dengan waktu reaksi untuk penentuan nilai k reaksi esterifikasi. Berdasarkan Gambar 22 maka tetapan laju reaksi esterifikasi pseudo orde dua k 1 pada suhu 343 K, 333 K, 318 K dan 301 K masing-masing berturut-turut adalah 0,252 liter mol menit, 0,209 liter mol menit, 0,152 liter mol menit dan 0,087 liter mol menit. Guner et al. 1996 mengukur tetapan laju esterifikasi antara asam oleat dengan gliserol dengan katalis asam sulfat pada suhu 180 o C dengan orde 2 yaitu 1.633 x 10 -4 wt -1 menit -1., 4.2.5.2 Model Kinetika Reaksi Esterifikasi Orde Dua Semu pseudo- second - order Berdasarkan Persamaan Arhenius Hubungan antara tetapan laju reaksi dengan energi aktivasi berdasarkan persamaan Arhenius adalah sebagai berikut: k 1 = A exp EaRT -ln k = EaR 1T - ln A Y = a x + b Grafik hubungan antara -ln k 1 dengan 1T proses esterifikasi pada suhu 301 K, 318 K, 333 K dan 343 K dapat dilihat pada Gambar 23 sedangkan penentuan energi aktivasi selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 7. y = 2618x - 6,2868 R 2 = 0,9908 0,0000 0,5000 1,0000 1,5000 2,0000 2,5000 3,0000 0,0028 0,0029 0,0030 0,0031 0,0032 0,0033 0,0034 1T -l n k 1 Gambar 23 Plot -ln k dengan 1T pada proses esterifikasi minyak biji nyamplung pada suhu 301 K, 318 K, 333 K dan 343 K. Dari persamaan -ln k = EaR 1T - ln A diperoleh persamaan y = 2618x -6,2868 dengan R 2 = 0,9908 dengan demikian : ln A = 6,2868, A = 537,4 liter mol menit. EaR = 2618, Ea = 5201,97 cal mol K= 5,202 kcalmol 21,7 kJmol. Hangx et al.2001 memperoleh energi aktivasi pada reaksi esterifikasi etanol dan asam asetat sebesar 48,3 kJmol. Sendzikiene et al. 2004 melakukan esterifikasi asam lemak bebas dengan metanol pada suhu 20-60 o C memperoleh energi aktivasi sebesar 13,3 kJmol. Guner et al. 1996 melakukan esterifikasi asam oleat dengan gliserol pada suhu 180-240 o C memperoleh energi aktivasi 21.32 k calmol 89,1 kjmol. Nilai k 1 pada berbagai suhu esterifikasi dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan Arrhenius k 1 = A exp -EaRT k 1 = 537,4 exp - 5202 1,987T k 1 = 537,4 exp - 2618 T sehingga model laju reaksi esterifikasi r Es adalah : d[ALB] r Es = _____ = – k 1 [ALB] 2 dt r Es = –537,4 exp - 2618 T [ALB] t 2 –537,4 exp - 2618 T [ALB] -x 2 Dengan model tersebut dapat ditentukan nilai k 1 pada berbagai suhu dalam kisaran suhu percobaan 301 – 343 K misalnya apabila digunakan suhu 340 K maka diperoleh nilai k sebesar 0,243 liter mol menit.

4.2.5.3 Perancangan Waktu Reaksi Ideal