Analysis of Obstacle Perforated Plate Content Metil Ester Biodiesel In Bubble Column Reactor Non-Catalytic
ANALISIS OBSTACLE PLAT BERLUBANG TERHADAP
KADAR METIL ESTER BIODIESEL DALAM REAKTOR
KOLOM GELEMBUNG NON-KATALITIK
ANGGA DEFRIAN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
ii
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Analisis Obstacle Plat
Berlubang Terhadap Kadar Metil Ester Biodiesel Dalam Reaktor Kolom
Gelembung Non-Katalitik adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Pebruari 2014
Angga Defrian
NRP F151110061
RINGKASAN
ANGGA DEFRIAN. Analisis Obstacle Plat Berlubang Terhadap Kadar
Metil Ester Biodiesel Dalam Reaktor Kolom Gelembung Non-Katalitik.
Dibimbing oleh Dr Ir DYAH WULANDANI M Si dan Prof Dr Ir
ARMANSYAH H TAMBUNAN.
Biodiesel dihasilkan melalui reaksi transesterifikasi minyak nabati
atau lemak hewani dengan methanol. Teknologi produksi biodiesel
dikelompokkan dalam 2 kategori yaitu katalitik dan non katalitik. Salah satu
metoda produksi biodiesel non katalitik adalah metoda superheated
methanol vapor (SMV), dimana superheated uap methanol bereaksi dengan
minyak di dalam reaktor kolom gelembung (bubble column reactor), pada
suhu tinggi dan tekanan atmosfer untuk menghasilkan FAME (Fatty acid
methyl ester) dan glycerol.
Laju reaksi pada metoda SMV masih lebih rendah daripada
konvensional, dan kadar biodiesel lebih rendah daripada Standart Nasional
Indonesia (SNI). Laju reaksi dan kadar biodiesel diharapkan dapat
ditingkatkan oleh peningkatan luas permukaan kontak antara uap methanol
dan minyak. Hal ini diperoleh dengan memberikan perforated of
plate(obstacle) didalam reaktor kolom gelembung. Tujuan penelitian ini
adalah menentukan bentuk obstacle yang terbaik dan mempelajari pengaruh
obstacle terhadap kadar biodiesel yang berkaitan dengan perilaku
gelembung didalam reaktor kolom gelembung.
Delapan belas (18) skenario obstacle disimulasikan dengan metode
Computational Fluid Dynamics (CFD), agar mendapatkan gambaran
distribusi gelembung di dalam reaktor kolom gelembung, terutama pada
luas permukaan kontak antara methanol dan minyak. Kemudian hasil
tersebut akan diverifikasi dengan hasil pengujian laboratorium.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa nilai luas permukaan kontak
tertinggi diperoleh dari obstacle BBE (2 layer, diameter lubang 2 mm, jarak
antar lubang 7 mm, kecepatan laju methanol 4 gr.mnt-1) adalah 0.023529
m2.s-1. dengan kadar metil ester 77.96%(w/w), dan laju produksi biodiesel
2.00 g.jam-1. Sedangkan pengaruh obstacle AAE (2 layer, diameter lubang 1
mm, jarak antar lubang 7 mm, kecepatan laju methanol 4 g.mnt-1)
memberikan kadar biodiesel 98.68%(w/w), hal ini sesuai dengan SNI. Hasil
laju produksi biodiesel didapatkan 1.62 g.jam-1.
Kata Kunci: Metoda non-katalitik, SMV, CFD, luas permukaan kontak,
obstacle.
ii
SUMMARY
ANGGA DEFRIAN. Analysis of Obstacle Perforated Plate Content Metil
Ester Biodiesel In Bubble Column Reactor Non-Catalytic. Dibimbing oleh
Dr Ir DYAH WULANDANI M Si dan Prof Dr Ir ARMANSYAH H
TAMBUNAN.
Biodiesel is produced by transesterification reaction of vegetable oils
or animal fats and methanol. Production technology of biodiesel is grouped
into 2 categories: namely catalytic and non catalytic. One of the methods for
the non catalytic one is superheated methanol vapor (SMV), where
superheated methanol vapor is reacted with oil in bubble column reactor, at
high temperature and atmospheric pressure to produce FAME (Fatty Acid
methyl ester) and glycerol.
However, reaction rate by the SMV method is still lower than the
convensional one, and the content of biodiesel is lower than Indonesian
National Standard (SNI). The reaction rate and content of biodiesel is
expectedly can be improved by improvement of contact surface area
between methanol vapor and oil. It could be obtained by giving perforated
plate (obstacle) in bubble column reactor. Therefore, the objectives of this
study are to determine the best obstacle configuration and to study the
influece of the obstacle to biodiesel content in terms of bubble behavior in
the column reactor.
Eighteen (18) scenarios of obstacle are simulated by Computational
Fluid Dynamics (CFD) method to obtain bubble distribution in bubble
column reactor, especially for increasing contact surface area between
methanol and oil. Then the result will be verified by laboratory experiments.
Based on the simulation result, it is shown that the highest value of
surface contact area was obtained by the obstacle BBE (2 layer, 2 mm hole
diameter, 7 mm distance among holes, and 4 g.s-1 methanol flow rate),
which was 0.023529 m2.s-1. By the obstacle, methyl ester content was found
to be 77.96%(w/w) and rate of biodiesel production was 2.00 g.hr-1. While
the obstacle AAE (2 layer, 1 mm hole diameter, 7 mm distance among
holes, and 4 g.mnt -1 methanol flow rate) gave biodiesel content of
98.68%(w/w), which has met SNI. The rate of biodiesel production was
found to be 1.62 g.hr-1.
Keywords: non-catalytic method, SMV, CFD, contact surface area, obstacle
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
4
ANALISIS OBSTACLE PLAT BERLUBANG TERHADAP KADAR
METIL ESTER BIODIESEL DALAM REAKTOR
KOLOM GELEMBUNG NON-KATALITIK
ANGGA DEFRIAN
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
5
Dosen penguji luar komisi pada ujian Tesis: Dr Ir YAris Purwanto, MSc
6
Judul Tesis : Analisis Obstacle Plat Berlubang Terhadap Kadar Metil Ester
Biodiesel Dalam Reaktor Kolom Gelembung Non-Katalitik.
Nama
: Angga Defrian
NIM
: F151110061
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Ir Dyah Wulandani, M Si
Ketua
Prof Dr Ir Armansyah, H Tambunan
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir YAris Purwanto, MSc
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 17 Pebruari 2014
Tanggal Lulus:
Judul Tesis : Analisis Obstacle Plat Berlubang Terhadap Kadar Metil Ester
Biodiesel Dalam Reaktor Kolom Gelembung Non-Katalitik.
: Angga Defrian
Nama
: F 15111 0061
NIM
Disetujui oleh
Kornisi Pembimbing
Dr Ir Dyah Wulandani, M Si
Ketua
Prof Dr Ir Annansyah, H Tambunan
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
Dr Ir Y Aris Purwanto MSc
Tanggal Ujian: 17 Pebruari 2014
Tanggal Lulus:
24 MAR 20 14
7
8
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Pebruari 2012.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr Ir Dyah Wulandani M Si dan Prof
Dr Ir Armansyah H. Tambunan selaku pembimbing atas segala perhatian dan
bimbingannya selama penelitian dan penulisan naskah tesis ini. Penulis juga
mengucapkan terima kasih kepada Dr Ir YAris Purwanto, MSc atas kritik dan
sarannya terhadap tesis ini.
Ucapan terima kasih kepada staf tenaga pengajar Progam Studi Teknik
Mesin Pertanian dan Pangan Sekolah Pascasarjana IPB atas ilmu yang diberikan
selama penulis kuliah di IPB. Penulis mengucapkan terima kasih kepada United
Nations University dan Kirin leading company, melalui program UNU-Kirin
Fellowship (2012-2013) yang telah memberikan dana, Laboratorium Pindah
Panas dan Massa, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor (20122014) , Laboratorium Energi Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas
Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor (2012-2014). Di samping itu,
penghargaan penulis sampaikan bang Elwi, Mufid, Naufal, Nenek, Datuk, Mami,
Om Boni, Om Fery, Om Yon, Om God, Tan Linda, Tan Adik, Tan Desi, Tan Lis,
Tan Hauda, Om Herman, Om Yus, Om Husni, Tan Eli, Tante Yen, Tan Ami,
Dayat, Elda, Risti, Egi, Hafis, Mimi, Naya, Uni Shinta, mas Bayu, mas Kiman,
mbak Meika, mas Bos, Ika, Cecep, mas Tri, mas Ale, dodik, Agus, Tian, Irfan,
Hasbi, mbak Reni, Setya, mbak Ketih, Hendri, Alpian, Ipeh, mas Kholis, mas
Rudi, Handoko, Sari rahayu, Sari, Thomas, Susilo, Gita, Suardana, Novi, rekanrekan Laboratorium Energi, seluruh TMP 2010, TMP 2011, Fajri, Yayan dan
rekan-rekan kerja yang telah membantu selama pengumpulan data dan telah
memberikan semangat serta dukungan.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Ayah (Helmi Azhar), Ibu
(Kemala Wijaya), Abang, Adik-adikku serta seluruh keluarga, atas segala doa dan
kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Pebruari 2014
Angga Defrian
ii
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan
Manfaat Penelitian
LANDASAN TEORI
Definisi Biodiesel
Teknologi Produksi Biodiesel
Perilaku Gelembung pada Proses Produksi Biodiesel oleh SMV
Luas Permukaan Kontak
Gas Holdup
Computational Fluid Dynamics (CFD)
METODE DAN BAHAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Alat dan Bahan
Prosedur Penelitian
Perancangan Obstacle
Eksperimen Biodiesel Non-katalitik pada Berbagai Obstacle
Simulasi CFD Penggunaan Obstacle pada Produksi Biodiesel Non-katalitik
Variabel Pengamatan dan Pengukuran
HASIL DAN PEMBAHASAN
Rancangan Obstacle
Simulasi CFD
Hasil Simulasi
Hasil Pengujian Laboratorium
Korelasi Hasil Simulasi CFD terhadap Hasil Pengujian Laboratorium
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
ii
iii
1
1
2
2
2
3
3
3
6
6
6
7
8
8
8
10
11
13
15
16
19
19
20
21
29
31
37
37
37
38
40
DAFTAR TABEL
Perbandingan kelebihan dan kelemahan proses produksi katalitik dan
non-katalitik
Skenario desain dengan obstacle 1 layer
5
13
iii
Skenario desain dengan obstacle 2 layer
13
Parameter tetap yang digunakan dalam proses produksi biodiesel
14
o
Sifat bahan methanol dan trigliserida pada kondisi temperature (290 C)
16
Pengaruh bentuk obstacle pada perbedaan diameter lubang terhadap luas
permukaan kontak
22
Gap gas holdup dari hasil asumsi dengan hasil simulasi
24
Rata-rata gas holdup pada perubahan waktu
27
Hasil kadar ME dari berbagai tipe obstacle
31
Perhitungan rata-rata diameter gelembung
33
DAFTAR GAMBAR
Reaksi transesterifikasi
Perbandingan antara porous plate dengan perporated plate
Alat produksi biodiesel secara non-katalitik
Diagram alir prosedur penelitian
Bentuk Obscale
Dimensi reaktor kolom gelembung
Bubble formation at the micro-tubes (jarak = 700 mm),QG = 0.11
cm3.s-1 (Kazakis, 2008)
Diagram pengujian pada alat biodiesel non katalitik
Skema produksi biodiesel non-katalitik metode superheated methanol
vapor (SMV)
Diagram prosedur simulasi
Diameter gelembung pada lubang plat (Noel de Nevers, 2005).
Rancangan obstacle
Desain obstacle di dalam reaktor kolom gelembung
Pendefinisian domain pada simulasi CFD
Kondisi awal simulasi CFD
Luas permukaan kontak pada pengaruh obstacle 1 layer
Luas permukaan kontak pada pengaruh obstacle 2 layer
Perilaku gas holdup konstan
Pengukuran gap gas holdup konstan dengan hasil simulasi CFD pada
obstacle 1 layer
Pengukuran gap gas holdup konstan dengan hasil simulasi CFD pada
obstacle 2 layers
Perilaku gas holdup pada obstacle CCE
Perilaku gas holdup pada pengaruh obstacle 1 layer
Perilaku gas holdup pada pengaruh obstacle 2 layer
Perilaku gelembung didalam reaktor kolom gelembung.
iii
4
7
8
10
12
11
12
15
14
17
18
19
20
20
21
23
23
25
25
26
27
28
27
28
iv
Hubungan rata-rata luas permukaan kontak dan gas holdup pada
pengaruh obstacle 1 layer
Hubungan rata-rata luas permukaan kontak dan gas holdup pada
pengaruh obstacle 2 layer
Hubungan luas permukaan kontak dengan kadar ME.
Sebaran gas holdup perilaku gelembung pada obstacle AAE dan obstacle
BBE selama 1 s
Sebaran luas permukaan dan gas holdup (eg) pada obstacle AAE dan
obstacle BBE selama 1 s
Visual simulasi gelembung pada pengaruh obstacle AAE dan obstacle
BBE
Perilaku gelembung contoh 1
Perilaku gelembung contoh 2
29
29
31
32
32
34
35
35
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Biodiesel adalah bahan bakar motor diesel yang berupa ester alkil yang
dibuat dari minyak nabati melalui proses transesterifikasi atau esterifikasi
(Krwczyk, 1996; Mittelbach, 2004; Knothe, 2005). Biodiesel memiliki sifat fisik
yang mirip dengan solar, tetapi memiliki kelebihan lain yaitu merupakan energi
terbarukan dan ramah lingkungan. Campuran biodiesel 30% volume terhadap
solar menghasilkan kinerja mesin yang tidak jauh berbeda dengan pemakaian
100% solar dan pada komposisi ini tidak memerlukan modifikasi apapun pada
mesin kendaraan, asap buangan biodiesel tidak hitam, tidak mengandung sulfur
serta senyawa aromatic sehingga emisi pembakaran yang dihasilkan ramah
lingkungan (Wirawan, 2008; Carraretto, 2004; Legowo, 2005).
Teknologi proses pembuatan biodiesel dapat diklasifikasikan kedalam dua
kategori yaitu katalitik dan non–katalitik. Metoda katalitik merupakan produksi
biodiesel melalui proses reaksi minyak dengan alkohol, menggunakan katalis pada
tekanan atmosfer dan suhu lebih rendah dari 65 0C. Metoda ini sudah
diaplikasikan ke industri, namun produksi biodiesel secara katalitik membutuhkan
pengadukan dan proses pemurnian untuk pemisahan katalis dan produk hasil
samping. Dari beberapa hal tersebut ternyata prosesnya mengakibatkan biaya
yang tinggi untuk menghasilkan produksi biodiesel.
Metoda non katalitik adalah metoda produksi biodiesel tanpa katalitik. Salah
satu metoda non katalitik adalah metoda superheated methanol vapor (SMV)
dimana uap methanol lewat jenuh bereaksi dengan minyak di dalam reaktor kolom
gelembung (bubble column reactor), pada suhu tinggi dan tekanan atmosfer,
menjadi FAME (Fatty acid methyl ester) dan glycerol. Metoda ini dapat dilakukan
pada minyak yang memiliki kadar asam lemak bebas atau free fatty acid (FFA)
tinggi, dan proses pemurnian produk lebih sederhana daripada metoda katalitik,
serta tanpa limbah karena tidak menggunakan katalitis, sehingga ramah
lingkungan. Namun pada metoda ini, laju reaksi lebih rendah daripada metoda
pembuatan biodiesel lainnya dan kadar metil ester (ME) masih belum sesuai SNI
yaitu 96.2%(w/w) (Miura, 2011). Ada beberapa faktor yang mempengaruhi laju
reaksi, antara lain luas permukaan kontak antara methanol dan minyak
(Joelianingsih et al, 2008) dan waktu kontak antara minyak dan methanol yang
memberikan efek negatif pada laju produksi biodiesel (Miura, 2011). Untuk
meningkatkan luas permukaan tersebut maka perlu diberikan perforated plate
(obstacle). Obstacle merupakan perangkat tambahan di dalam reaktor kolom
gelembung untuk memecahkan gelembung methanol menjadi bagian yang lebih
kecil dari sebelumnya, sehingga terjadi peningkatan luas permukaan antara
methanol dengan minyak. Hal tersebut dinyatakan oleh Wulandani (2011) bahwa
penggunaan obstacle dapat meningkatkan luas permukaan kontak antara
gelembung methanol dengan minyak, dimana nilai luas permukaan kontak
0.020m2. Namun proses pembentukan biodiesel yang dihasilkan dari penambahan
obstacle tersebut masih lebih rendah dibandingkan dengan metoda katalitik atau
masih dibawah standar SNI dengan nilai kadar ME adalah 96.5%(w/w). Oleh
sebab itu perlu eksplorasi desain obstacle dengan metode Computational Fluid
Dynamics (CFD). Penggunaan CFD dalam analisis rancangan disamping dapat
2
menghemat biaya produksi dan mempersingkat waktu, juga dapat
menggambarkan secara jelas bentuk gelembung dan sebaran dari gelembung di
dalam reaktor kolom gelembung, sehingga memudahkan analisis kinerja dari
obstacle yang dibuat.
Perumusan Masalah
Permasalahan pada penelitian ini adalah kadar biodiesel secara non-katalitik
pada metoda SMV masih rendah dari metoda secara katalitik, dengan demikian
masih perlu eksplorasi untuk meningkatkan kadar ME. Peningkatan kadar ME
dilakukan dengan cara meningkatkan luas permukaan kontak antara gelembung
methanol dengan minyak. Peningkatan luas permukaan kontak tersebut
diharapkan dapat diperoleh dengan penambahan obstacle di dalam reaktor kolom
gelembung.
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan disain obstacle terbaik
dari seluruh disain obstacle yang diuji, dan mempelajari pengaruh desain obstacle
tersebut terhadap peningkatan kadar ME pada metoda non katalitik superheated
methanol vapor (SMV).
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan menjadi data pendukung dalam merancang reaktor
kolom gelembung biodiesel dalam rangka meningkatkan kadar biodiesel sesuai
dengan SNI.
`
3
LANDASAN TEORI
Definisi Biodiesel
Biodiesel didefinisikan sebagai monoalkil ester dari asam-asam lemak rantai
panjang yang terkandung dalam minyak nabati atau lemak hewani untuk
digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel, (Krawczyk, 1996). Biodiesel
dihasilkan melalui reaksi transesterifikasi atau reaksi esterifikasi asam lemak
bebas tergantung dari kualitas minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku.
Transesterifikasi adalah proses yang mereaksikan trigliserida dalam minyak
nabati atau lemak hewani dengan alkohol rantai pendek seperti methanol atau
etanol (pada saat ini sebagian besar produksi biodiesel menggunakan methanol)
menghasilkan ester asam lemak (Fatty Acids Metyl Esters / FAME) dan gliserol.
Gliserol adalah produk samping dari produksi biodiesel yang memiliki beberapa
manfaat untuk diaplikasikan di bidang industri kimia dan kosmetik. Sedangkan,
esterifikasi adalah proses yang mereaksikan asam lemak bebas (FFA) dengan
alcohol rantai pendek (methanol atau etanol) menghasilkan metil ester asam
lemak (FAME) dan air, (Joelianingsih, 2006).
Minyak nabati yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan
biodiesel antara lain minyak sawit (Elaeis Guinensis), minyak rapeseed (Brassica
Napus), minyak kedelai (Glycine Max), minyak biji bunga matahari (Helianthus
Annuus), minyak kelapa (Cocos Nucifera), minyak jagung (Zea Mays), minyak
dari biji kapas (Gossypium Hirsutum), minyak almond (Prunus Dulcis), minyak
hazelnut (Corylus Avellana), minyak kacang (Arachis Hypogaeae), minyak
safflower (Carthamus Tinctorius), minyak biji gandum (Triticum Aestivum),
minyak jarak (Jathropa Curcas), minyak castor (Ricinus Communis). Sedangkan
lemak hewan yang bisa digunakan berupa beef tallow, minyak ikan, lard, lemak
unggas (Mittelbach, 2004).
Teknologi Produksi Biodiesel
Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif dari sumber terbarukan
(renewable), dengan komposisi ester asam lemak dari minyak nabati. Kelebihan
biodiesel antara lain: tidak perlu modifikasi mesin jika campuran biodiesel dalam
solar tidak melebihi 20%, bilangan setana tinggi, ramah lingkungan, daya
pelumasan tinggi, aman dan tidak beracun, dan meningkatkan efisiensi
pembakaran (Mittelbach dan Remschmidt, 2004).
Komponen utama dari minyak nabati dan lemak hewani adalah
triasilgliserol (TAG) atau biasa disebut trigliserida. Secara kimiawi TAG
termasuk ester yang tersusun dari fatty acids (FA) dengan gliserol. Biodiesel
didapatkan dengan mereaksikan secara kimiawi minyak nabati dan lemak hewani
dengan alkohol (biasanya methanol) sehingga terbentuk metil ester dan gliserol
dengan reaksi transesterifikasi (Knothe, 2005). Biodiesel dapat diproduksi dengan
bantuan katalis (katalitik) dan tanpa katalis (non-katalitik). Katalis yang biasa
digunakan dalam reaksi dapat digolongkan kedalam tiga macam, yaitu katalis
asam (H2SO4, H3PO4), katalis basa (NaOH, KOH), dan katalis enzim (lipase).
Penggunaan jenis katalis tergantung pada kandungan FFA (free fatty acid) dalam
minyak/lemak. Katalis basa digunakan untuk proses transesterifikasi, sedangkan
katalis asam untuk proses esterifikasi (Joelianingsih, 2007).
4
Reaksi kimia yang terjadi dalam pembuatan biodiesel merupakan
transesterifikasi seperti ditunjukkan pada Gambar 1, dimana R1, R2, R3 adalah
hidrokarbon rantai panjang dari asam lemak. Reaksi transesterifikasi terjadi tiga
tahapan sebelum terbentuknya gliserol. Tahapan pertama adalah trigliserida
bereaksi dengan methanol akan membentuk Digliserida dan FAME seperti yang
ditunjukkan pada persamaan 1. Digliserida bereaksi kembali dengan methanol
menghasilkan monogliserida dan FAME seperti yang ditunjukkan pada
Persamaan 2, dan selanjutnya monogliserida bereaksi dengan methanol
menghasilkan gliserida dan FAME, sehingga Persamaan reaksi keseluruhan
ditunjukkan pada Persamaan 4.
TG + MeOH
DG + MeOH
MG + MeOH
TG + 3 MeOH
DG + ME
MG + ME
GL + ME
3FAME + Gliserol
(1)
(2)
(3)
(4)
Gambar 1 Reaksi transesterifikasi
Kusdiana dan Saka (2001) menyatakan bahwa pembuatan biodiesel
dengan katalis diawali dengan reaksi transesterifikasi, pengembalian methanol
yang tidak bereaksi, pemurnian metil ester dari katalis, pemisahan gliserol yang
merupakan produk samping, pemurnian menggunakan air (aquades) dengan cara
pencucian berulang, sehingga proses ini lebih boros air. Reaksi pembuatan
biodiesel dengan katalis mempunyai kelebihan yaitu reaksi dapat berjalan lebih
cepat pada suhu yang rendah, sedangkan kekurangannya adalah diperlukannya
proses yang panjang untuk memurnikan produk dan perlu pengadukan yang kuat
dalam reaksi karena methanol sulit larut dalam minyak. Menurut Joelianingsih
(2007) proses pembuatan biodiesel secara non-katalitik mempunyai beberapa
kelebihan diantaranya adalah tidak memerlukan penghilangan FFA dengan cara
refining atau pra-esterifikasi. Reaksi esterifikasi dan transesterifikasi dapat
berlangsung dalam satu reaktor kolom gelembung, sehingga minyak dengan kadar
FFA tinggi dapat langsung digunakan. Selain itu, karena tanpa menggunakan
katalis, proses pemisahan dan pemurnian produk menjadi lebih sederhana dan
ramah lingkungan. Namun, proses non-katalitik biasanya menggunakan methanol
sangat berlebih dengan suhu dan tekanan operasi lebih tinggi bila dibandingkan
dengan proses katalitik. Perbandingan kelebihan dan kelemahan proses produksi
katalitik dan non-katalitik dapat dilihat pada Tabel 1.
5
Tabel 1 Perbandingan kelebihan dan kelemahan proses produksi katalitik dan
non-katalitik
Metode
Kelebihan
Kekurangan
1) Proses dapat terjadi
1) Membutuhkan
pada suhu dan tekanan
perlakuan khusus
rendah (60-65o C, 1
pada bahan baku,
atm),
2) Pemurnian yang
Transesterifikasi
1
2) Rasio molar methanol
panjang,
katalis basa
terhadap minyak
3) Perlu pengadukan
rendah,
kuat,
3) Tidak bersifat
4) Butuh katalis dan
korosif.
agen penjernihan.
1) Cocok untuk bahan
1) Laju reaksi rendah,
yang mengandung
2) Membentuk produk
FFA tinggi (bisa
samping yang tidak
sekaligus esterifikasi),
diharapkan pada
Transesterifikasi
2
2) Cocok untuk
suhu reaksi tinggi,
katalis asam
memproduksi ester
3) Konversi ester
Katalitik
rantai bercabang,
menurun dengan
3) Digunakan sebagai
adanya air.
tahap esterifikasi.
1) Konversi dapat
1) Membutuhkan
dilakukan pada
waktu reaksi lama,
kondisi suhu, tekanan,
konsentrasi katalis
dan PH rendah,
yang tinggi, dan
2) Fase pemisahan
imobilisasi enzim,
mudah dan
2) Enzim dapat mudah
3
Katalis biologi
menghasilkan gliserol
tidak aktif karena
dengan kualitas
kandungan campuran
tinggi,
pada minyak seperti
3) Dapat digunakan
fosfolipid sehingga
langsung untuk bahan
terjadi degumming
dengan FFA tinggi.
pada minyak.
1) Dapat digunakan
1) Suhu dan tekanan
langsung pada FFA
tinggi,
Kondisi
tinggi,
2) Rasio molar
2) Laju reaksi tinggi,
methanol
superkritik
4
methanol
3) Penjernihan produk
terhadap minyak
mudah dan ramah
tinggi.
Nonlingkungan.
katalitik
1) Dapat digunakan
1) Rasio molar
langsung pada FFA
methanol terhadap
Tekanan
tinggi,
minyak tinggi,
5
2) Penjernihan produk
2) Suhu reaksi tinggi,
atmosfir
mudah dan ramah
3) Laju reaksi rendah.
lingkungan.
Sumber: Tambunan (2010)
6
Perilaku Gelembung pada Proses Produksi Biodiesel oleh SMV
Perilaku gelembung mempengaruhi proses produksi biodiesel secara nonkatalitik terutama pada metoda superheated methanol vapor (SMV). Parameter
perilaku gelembung tersebut terdiri dari luas permukaan kontak, gas holdup dan
kecepatan gelembung. Hal ini dijelaskan dari beberapa penelitian sebagai berikut;
Luas Permukaan Kontak
Suatu zat bereaksi apabila bercampur dan bertumbukan. Pada
pencampuran reaktan yang terdiri dari dua fasa atau lebih, tumbukan berlangsung
pada bagian permukaan zat. Semakin luas permukaan partikel, maka frekuensi
tumbukan kemungkinan semakin tinggi sehingga reaksi dapat berlangsung lebih
cepat. Hal ini telah dibuktikan oleh Wulandani (2011) dan Miura (2011) bahwa
meningkatkan luas permukaan kontak gelembung methanol di dalam minyak akan
meningkatkan laju produksi biodiesel.
Gas Holdup
Gas holdup (g) adalah konsentrasi volume methanol terhadap total volume
methanol dengan minyak. Gas holdup dipengaruhi oleh lamanya waktu kontak
(contact time) gas pada waktu penambahan methanol di dalam minyak (Jeng-Dar,
1991). Selain itu parameter yang mempengaruhi gas holdup adalah diameter
column, diameter inlet lubang, superficial gas velocity, kinematic viscosity, dan
density dari cairan, tegangan permukaan, dan grafitasi (Yoshida dan Akita, 1965).
Hubungan Gas holdup dan Superficial Gas Velocity pada Porous Plat dan
Perforated Plat
Krishna (2001) menyebutkan bahwa hubungan diameter gelembung dengan
superficial gas velocity berkorelasi positif. Perilaku gelembung dinyatakan dalam
bentuk pemecahan atau penggabungan gelembung-gelembung gas didalam kolom,
sehingga ada dua jenis gelembung yang akan terjadi yaitu gelembung ukuran kecil
(small bubble) dan gelembung ukuran besar (large bubble). Gelembung kecil
memiliki kecepatan gelembung (Vb) rendah (low velocity), sehingga gas holdup
menjadi tinggi. Sebaliknya gelembung berukuran besar (large bubble) memiliki
kenaikan kecepatan lebih tinggi (high velocity) dibandingkan dengan kenaikan
kecepatan pada gelembung kecil (small bubble), sehingga penurunan residence
time akan menyebabkan penurunan gas holdup pada gelembung besar (large
bubble).
Menurut Behnoosh (2009), pada rintangan berbentuk porous plate dengan
diameter pori kecil akan dihasilkan gelembung kecil jika dibandingkan dengan
rintangan berbentuk perforated plate. Pada kondisi laju aliran gas (gas velocity)
sama, porous plate akan memiliki gas holdup lebih tinggi yaitu sekitar 40%
dibandingkan dengan rintangan berbentuk perforated plate. Produksi gas holdup
dan bentuk rintangan antara porous plate dan perforated plate dijelaskan pada
Gambar 2.
7
Keterangan: diameter lubang pada perforated plate 1 mm dan pada porous plate
micrometer dengan porositas 0.1%.
Gambar 2 Perbandingan antara porous plate dengan perporated plate
(Behnoosh, 2009).
Computational Fluid Dynamics (CFD)
CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida,
perpindahan panas, reaksi kimia dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan
persamaan-persamaan matematika. Perangkat lunak CFD berguna untuk
mensimulasikan aliran fluida, perpindahan panas, perpindahan massa, bendabenda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur,
dan sistem akustik hanya dengan pemodelan di komputer (Tuakia, 2008).
8
METODE DAN BAHAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium Energi, Departemen Teknik Mesin
dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian
dilakukan dari bulan Pebruari 2012 hingga Januari 2014.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian yaitu alat produksi biodiesel nonkatalitik (Non-Catalytic Reaction Biodiesel Plant Model, rancangan National
Food Research Institute (NFRI) Japan), vacum rotary evaporator tipe rotavapor
RII, Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC-MS) di PusLabFor Mabes
Polri, software dan computer.
Alat Produksi Biodiesel Non-Katalitik
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah reaktor kolom gelembung
biodiesel yang dapat dilihat pada Gambar 3.
Reaktor
kolom
gelembung
Gambar 3 Alat produksi biodiesel secara non-katalitik
(National Food Research Institute (NFRI) Japan)
a. Pompa methanol
Pompa methanol berfungsi untuk memompakan methanol agar direaksikan
di dalam reaktor kolom gelembung sesuai laju aliran yang diinginkan. Tipe pompa
adalah tipe reaction synchronous 5SK25GN-A. Besarnya laju aliran diatur dari
bukaan stroke dengan cara memutar stroke. Semakin besar bukaan stroke maka
laju aliran methanol semakin tinggi.
9
b. Pemanas methanol (methanol heater)
Pemanas methanol heater berfungsi untuk memanaskan methanol hingga
mencapai fase uap pada kondisi superheated sebelum memasuki reaktor kolom
gelembung. Pemanas methanol terdiri dari dua bagian yaitu evaporator dan
superheater. Masing-masing bagian dilengkapi dengan dua buah pemanas
elektrik. Besarnya suhu diatur melalui regulator pemanas dengan cara mengatur
besar tegangan yang digunakan.
c. Reaktor
Reaktor yang digunakan merupakan reaktor jenis kolom gelembung (bubble
column). Reaktor dilengkapi dengan pemanas listrik (heater) dan level minyak
(oil leveler) yang digunakan untuk mengontrol volume minyak didalam reaktor
agar selalu tetap. Reaktor tidak hanya berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi
tetapi juga sebagai pemisah (separator). Seperti halnya pada pemanas methanol,
besarnya suhu yang digunakan diatur melalui regulator pemanas dengan cara
mengatur tegangan.
d. Heat exchanger
Heat exchanger berfungsi sebagai alat penukar panas. Fluida yang
digunakan pada alat penukar panas (heat exchanger) adalah methanol yang
berasal dari pompa methanol. Fluida panas merupakan hasil produk dari proses
produksi biodiesel non-katalitik.
e. Penampung produk
Penampung produk berfungsi untuk menampung produk yang keluar dari
reaktor yang dihasilkan setelah didinginkan oleh heat exchanger. Penampung
produk yang digunakan adalah erlenmeyer.
f. Vacum Rotary Evaporator
Alat ini digunakan untuk memisahkan methanol yang masih tercampur
dengan produk biodiesel yang dihasilkan. Hal ini dengan cara menguapkan
methanol pada titik didihnya yaitu suhu 64.5oC.
g. Software dan Komputer
1. Gambit
Software Gambit digunakan untuk mendesain tipe obstacle adalah
Gambit 6.2.16/.2.4.6.
2. Ansys Fluent
Ansys Fluent digunakan untuk menganalis aliran fluida pada reaktor
kolom gelembung adalah Ansys 2.2.3 / 13.
3. Komputer
Komputer digunakan untuk simulasi yaitu komputer merk dell
Inspiron 620 dengan processor core i3 dan RAM 4 Gb dan Aspire 4741
dengan prosessor Intel Core i3-330M.
Bahan
Bahan yang digunakan pada proses pengujian obstacle yang telah dibuat
pada reaktor adalah:
1. Methanol
Methanol yang digunakan adalah methanol teknis dengan tingkat
kemurnian 96%.
2. Minyak sawit
10
Minyak sawit yang digunakan adalah palm oil. Kandungan terbesar
minyak goreng adalah 40.67% untuk asam palmitat, 49.34% asam C8oktadekenoat, dan 4.90 % untuk asam stearat (Fatimah et al, 2009).
3. Gas nitrogen
Gas nitrogen untuk mencegah masuknya minyak dari reaktor kolom
gelembung ke dalam pipa methanol maupun pemanas methanol yang dapat
menyebabkan terjadinya penyumbatan pipa oleh minyak.
4. Bahan lain
Bahan lain yang digunakan untuk mencuci alat adalah air untuk
pencucian alat, Aquades dan sabun pencuci merk Sunlight.
Prosedur Penelitian
Penelitian diawali dengan melakukan perancangan obstacle. Obstacle
merupakan suatu rintangan yang diberikan di dalam reaktor kolom gelembung
yang diharapkan akan meningkatkan luas permukaan kontak antara gelembung
dengan minyak, dan gas holdup akan menjadi optimal sehingga proses produksi
biodiesel diharapkan menghasilkan metil ester yang sesuai dengan SNI
BIODIESEL NO 723 K/10/DJE/2013 yaitu 96.5%(w/w). Diagram alir prosedur
penelitian dapat dilihat pada Gambar 4.
Mulai
Laju reaksi
rendah
Identifikasi masalah
Kondisi proses :
Suhu reaksi (T),
laju aliran
methanol, type
penghambat,
kadar biodiesel
Analisis masalah,
pengumpulan data
Konsep
Rancangan
Asumsi:
methanol dalam
bentuk gas ideal
Perancangan desain
obstacle / plat nosel
Desain obstacle
1 layer
Desain obstacle
2 layer
Simulasi CFD
Eksperimen Alat
biodiesel non katalitik
Pengolahan Data:
Luas Permukaan
Kontak, Gas Holdup
Pengolahan Data:
laju produksi biodiesel,
Kadar ME.
Analisa Data Simulasi
dan Data Eksperimen
Laboratorium
Selesai
Gambar 4 Diagram alir prosedur penelitian
11
Penelitian ini dilaksanakan pada beberapa tahap yaitu tahap perancangan,
tahap pembuatan dan perakitan, tahap pengamatan.
1.Tahap perancangan obstacle, meliputi pembuatan gambar detail rancangan
structural obstacle, gambar tiga dimensi obstacle, penentuan ukuran, dan
penentuan bahan konstruksi.
2.Tahap pembuatan dan perakitan, meliputi pembuatan obstacle, selanjutnya
dilakukan perakitan dibagian sistem produksi biodiesel SMV yaitu didalam
reaktor kolom gelembung kemudian dilakukan pengujian alat.
3.Tahap pengamatan, meliputi 2 proses pengamatan yaitu pengamatan hasil
simulasi CFD di dalam reaktor kolom gelembung dengan menggunakan
perangkat lunak software ANSYS dan pengamatan eksperimen pada proses
produksi biodiesel.
Perancangan Obstacle
Rintangan atau hambatan (obstacle) yang dirancang merupakan tipe
perforated plate. Obstacle difungsikan untuk merubah formasi, struktur
gelembung (bubble) dan distribusi gelembung, sehingga diharapkan dapat
meningkatkan luas permukaan kontak.
Rancangan Fungsional
Obstacle yang dirancang merupakan bagian eksternal pada sistem alat
produksi biodiesel non-katalitik yang diberikan dalam reaktor kolom gelembung.
Secara fungsional obstacle diberikan di dalam reaktor kolom gelembung, untuk
meningkatkan luas permukaan kontak. Jenis obstacle yang dirancang merupakan
perforated plate dengan perbedaan diameter lubang, jarak antar lubang dan
pemberian layer obstacle yaitu berjumlah 1 layer dan 2 layer (Gambar 5).
Layer ke-2
Layer ke-1
Gambar 5 Dimensi reaktor kolom gelembung
Rancangan Struktural
Bahan, bentuk dan dimensi merupakan faktor penting di dalam perancangan
suatu alat, karena pemilihan dari faktor-faktor tersebut di atas akan berdampak
pada kinerja alat. Penentuan dimensi dari obstacle yang dirancang, disesuaikan
dengan perilaku gelembung dan dimensi reaktor kolom gelembung. Dasar
penentuan diameter lubang dan jarak antar lubang berdasarkan penelitian yang
dilakukan oleh Behnoosh (2009) dan Wulandani (2010).
12
1. Diameter reaktor kolom gelembung sebesar 55 mm, hal ini dapat dilihat pada
Gambar 5.
2. Obstacle pada layer pertama memiliki diameter 53 mm dan obstacle layer
kedua memiliki diameter 54 mm. Tinggi dinding obstacle masing-masing yaitu
12 mm.
3. Desain diameter lubang (do) 1 mm (A,C), dan 2 mm (B,D) (Gambar 6) dengan
masing-masing ukuran diameter gelembung yang mungkin terjadi adalah 2.3
mm, dan 2.9 mm dari persamaan 8.
4. Penentuan jarak antar lubang pada perancangan obstacle dilakukan untuk
melihat pengaruh perilaku gelembung pada obstacle pada jarak antar lubang
yang berbeda. Hal ini dikarenakan perilaku gelembung yang cenderung
menyatu atau terjadinya pemecahan antara gelembung (Gambar 7).
Penelitian ini dilakukan dengan rancangan jarak antar lubang 7 mm (A,B)
dan 10 mm (C,D) (Gambar 6).
Gambar 6 Bentuk Obscale
Gambar 7 Bubble formation at the micro-tubes (jarak = 700 mm),QG = 0.11
cm3.s-1 (Kazakis, 2008)
Skenario desain obstacle sesuai konsep desain struktural dijelaskan pada
Tabel 2 dan Tabel 3. Penamaan obstacle pada masing-masing layer diinisialkan
dengan kode satu huruf dan dua huruf. Contoh obstacle AS pada Tabel 2
menjelaskan bahwa obstacle terdiri dari 1 layer, sedangkan kode 2 layer pada
Tabel 3 dituliskan dengan huruf seperti pengkodean pada AAS. Pengkodean lain
yang menunjukkan besarnya laju aliran di inisialkan dengan huruf paling belakang
pada pengkodean yaitu S dan E. Pada penelitian ini, laju aliran methanol yang
13
digunakan adalah 1.5 g.mnt-1 (S) dan 4 g.mnt-1 (E). Dasar penentuan aliran laju
methanol berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh furqon (2011) dan
Joelianingsih (2008). Pada ketinggian plat layer ke-1 diberikan ketinggian 36 mm,
sedangkan plat layer ke-2 diberikan ketinggian 62.7 mm (Tabel 2 dan Tabel 3).
Hal ini dikarenakan oleh perilaku gelembung terutama pada perilaku
penggabungan antar gelembung pada ketinggian tersebut.
Tabel 2 Perlakuan rancangan dengan obstacle 1 layer
NO
(Nama Obstacle)
AS
BS
CS
DS
Non-Obstacle (S)
AE
BE
CE
DE
Non-Obstacle (E)
Diameter
Lubang
(mm)
1
2
1
2
1
2
1
2
-
Jarak antar
lubang (mm)
Ketinggian plat perforated
(mm) 1 layer
7
7
10
10
7
7
10
10
-
36
36
36
36
36
36
36
36
-
Laju
methanol
(g.mnt-1)
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
4
4
4
4
4
Tabel 3 Perlakuan rancangan dengan obstacle 2 layer
NO
(Nama Obstacle)
AAS
BBS
CCS
DDS
AAE
BBE
CCE
DDE
Diameter
Lubang
(mm)
1
2
1
2
1
2
1
2
Jarak antar
lubang
(mm)
7
7
10
10
7
7
10
10
Ketinggian plat
perforated (mm)
1 layer
36
36
36
36
36
36
36
36
Ketinggian
plat perforated
(mm) 2 layer
62.7
62.7
62.7
62.7
62.7
62.7
62.7
62.7
Laju
methanol
(g.mnt-1)
1.5
1.5
1.5
1.5
4
4
4
4
Eksperimen Biodiesel Non-katalitik pada Berbagai Obstacle
Eksperimen biodiesel non-katalitik dilakukan sebanyak 18 skenario,
seperti pada Tabel 2 dan Tabel 3. Eksperimen laboratorium dilakukan untuk
mendapatkan hasil kadar ME dan hasil laju produksi biodiesel secara
laboratorium. Prosedur pengujian produksi biodiesel non-katalitik dengan
berbagai skenario obstacle dilakukan dengan terlebih dahulu memasangkan
obstacle didalam reaktor kolom gelembung. Sedangkan untuk melihat
perbandingan penggunaan obstacle dengan non-obstacle terhadap hasil kadar ME
dan laju produksi biodiesel dilakukan perlakukan tanpa obstacle (non-obstacle).
Pengujian proses produksi biodiesel non-katalitik dimulai dengan mengalirkan
nitrogen kedalam reaktor kolom gelelmbung. Selanjutnya dilakukan pengisian
minyak goreng sebanyak 200g kedalam reaktor reaktor kolom gelembung.
Langkah selanjutnya adalah memanaskan minyak goreng diruang superheater
pada reaktor dengan melakukan pengaturan suhu yang diinginkan dengan cara
mengatur tegangan. Setelah suhu yang diinginkan tercapai, pompa methanol
dinyalakan dengan bukaan stroke sesuai dengan laju alir methanol yang
diinginkan. Bersamaan dengan perlakuan itu, produk sudah mulai dihasilkan dan
14
aliran nitrogen ke reaktor kolom gelembung dihentikan. Selanjutnya produk yang
dihasilkan ditampung pada gelas penampung (erlenmeyer). Methanol yang tidak
ikut bereaksi pada produk selanjutnya dilakukan pemisahan dengan menggunakan
alat vacum rotary evaporator. Setelah pemisahan hasil produknya merupakan
metil ester dan gliserol, untuk memisahkan produk gliserol dengan metil ester
dilakukan dengan cara berat jenis masing-masing komponen, dimana gliserol
lebih berat daripada metil ester. Diagram alir eksperimen biodiesel non-katalitik
secara detail diperlihatkan pada Gambar 8 dan skema produksi biodiesel nonkatalitik metode superheated methanol vapor (SMV) (Gambar 9). Parameter tetap
dalam proses pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Parameter tetap yang digunakan dalam proses produksi biodiesel
Parameter
Nilai
Satuan
o
C
Uap methanol Suhu
290
Minyak Sawit
200
g
o
C
Suhu reaksi
290
Tekanan reaksi
0.1
MPa
0.5
jam
Interval waktu pengambilan
per skenario
sample
jam
Total waktu percobaan
90
Pemberian obstacle didalam
reaktor
Gambar 8 Skema produksi biodiesel non-katalitik metode superheated methanol
vapor (SMV)
15
Obstacle
pemasangan
Reaktor
Alirkan N2
Minyak 200 g
Mengatur heater methanol
CT1=CT2=CT3 = 60 volt
CT4 = 70 volt
Dengan suhu
CT1 = 100 C, CT2 = 180 C,
CT3 = 240 C ,CT4 = 290 C
Jika heater methanol 100 C
maka nyalakan pompa methanol
Idle
Nyalakan heater
reaktor (290 C)
Tidak
dialirkan N2
Sample
(methanol, biodiesel dan
gliserol)
Timbang
Sample
Evaporator Sample
dengan suhu 64.5 C
Timbang Sample
biodiesel dan
gliserol
Gambar 9 Diagram pengujian pada alat biodiesel non katalitik
Simulasi CFD Penggunaan Obstacle pada Produksi Biodiesel Non-katalitik
Simulasi CFD dilakukan untuk memberikan gambaran geometri serta
menganalisa aliran fluida, sehingga dapat memvisualisasikan distribusi fluida
pada penggunaan obstacle. Prosedur simulasi CFD dimulai dengan pembuatan
geometri dimensi reaktor kolom gelembung dari alat Non-Catalytic Reaction
Biodiesel Plant Model, rancangan National Food Research Institute (NFRI)
16
Japan) dengan menggunakan software pendukung ANSYS FLUENT yaitu
GAMBIT. Setelah pembentukan dimensi geometri, maka dilanjutkan dengan
proses meshing. Meshing merupakan ikatan-ikatan pembentukan geometri,
dimana mesh yang biasa diterima agar iterasi berjalan dengan baik adalah harus
memiliki worst element
KADAR METIL ESTER BIODIESEL DALAM REAKTOR
KOLOM GELEMBUNG NON-KATALITIK
ANGGA DEFRIAN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
ii
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Analisis Obstacle Plat
Berlubang Terhadap Kadar Metil Ester Biodiesel Dalam Reaktor Kolom
Gelembung Non-Katalitik adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Pebruari 2014
Angga Defrian
NRP F151110061
RINGKASAN
ANGGA DEFRIAN. Analisis Obstacle Plat Berlubang Terhadap Kadar
Metil Ester Biodiesel Dalam Reaktor Kolom Gelembung Non-Katalitik.
Dibimbing oleh Dr Ir DYAH WULANDANI M Si dan Prof Dr Ir
ARMANSYAH H TAMBUNAN.
Biodiesel dihasilkan melalui reaksi transesterifikasi minyak nabati
atau lemak hewani dengan methanol. Teknologi produksi biodiesel
dikelompokkan dalam 2 kategori yaitu katalitik dan non katalitik. Salah satu
metoda produksi biodiesel non katalitik adalah metoda superheated
methanol vapor (SMV), dimana superheated uap methanol bereaksi dengan
minyak di dalam reaktor kolom gelembung (bubble column reactor), pada
suhu tinggi dan tekanan atmosfer untuk menghasilkan FAME (Fatty acid
methyl ester) dan glycerol.
Laju reaksi pada metoda SMV masih lebih rendah daripada
konvensional, dan kadar biodiesel lebih rendah daripada Standart Nasional
Indonesia (SNI). Laju reaksi dan kadar biodiesel diharapkan dapat
ditingkatkan oleh peningkatan luas permukaan kontak antara uap methanol
dan minyak. Hal ini diperoleh dengan memberikan perforated of
plate(obstacle) didalam reaktor kolom gelembung. Tujuan penelitian ini
adalah menentukan bentuk obstacle yang terbaik dan mempelajari pengaruh
obstacle terhadap kadar biodiesel yang berkaitan dengan perilaku
gelembung didalam reaktor kolom gelembung.
Delapan belas (18) skenario obstacle disimulasikan dengan metode
Computational Fluid Dynamics (CFD), agar mendapatkan gambaran
distribusi gelembung di dalam reaktor kolom gelembung, terutama pada
luas permukaan kontak antara methanol dan minyak. Kemudian hasil
tersebut akan diverifikasi dengan hasil pengujian laboratorium.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa nilai luas permukaan kontak
tertinggi diperoleh dari obstacle BBE (2 layer, diameter lubang 2 mm, jarak
antar lubang 7 mm, kecepatan laju methanol 4 gr.mnt-1) adalah 0.023529
m2.s-1. dengan kadar metil ester 77.96%(w/w), dan laju produksi biodiesel
2.00 g.jam-1. Sedangkan pengaruh obstacle AAE (2 layer, diameter lubang 1
mm, jarak antar lubang 7 mm, kecepatan laju methanol 4 g.mnt-1)
memberikan kadar biodiesel 98.68%(w/w), hal ini sesuai dengan SNI. Hasil
laju produksi biodiesel didapatkan 1.62 g.jam-1.
Kata Kunci: Metoda non-katalitik, SMV, CFD, luas permukaan kontak,
obstacle.
ii
SUMMARY
ANGGA DEFRIAN. Analysis of Obstacle Perforated Plate Content Metil
Ester Biodiesel In Bubble Column Reactor Non-Catalytic. Dibimbing oleh
Dr Ir DYAH WULANDANI M Si dan Prof Dr Ir ARMANSYAH H
TAMBUNAN.
Biodiesel is produced by transesterification reaction of vegetable oils
or animal fats and methanol. Production technology of biodiesel is grouped
into 2 categories: namely catalytic and non catalytic. One of the methods for
the non catalytic one is superheated methanol vapor (SMV), where
superheated methanol vapor is reacted with oil in bubble column reactor, at
high temperature and atmospheric pressure to produce FAME (Fatty Acid
methyl ester) and glycerol.
However, reaction rate by the SMV method is still lower than the
convensional one, and the content of biodiesel is lower than Indonesian
National Standard (SNI). The reaction rate and content of biodiesel is
expectedly can be improved by improvement of contact surface area
between methanol vapor and oil. It could be obtained by giving perforated
plate (obstacle) in bubble column reactor. Therefore, the objectives of this
study are to determine the best obstacle configuration and to study the
influece of the obstacle to biodiesel content in terms of bubble behavior in
the column reactor.
Eighteen (18) scenarios of obstacle are simulated by Computational
Fluid Dynamics (CFD) method to obtain bubble distribution in bubble
column reactor, especially for increasing contact surface area between
methanol and oil. Then the result will be verified by laboratory experiments.
Based on the simulation result, it is shown that the highest value of
surface contact area was obtained by the obstacle BBE (2 layer, 2 mm hole
diameter, 7 mm distance among holes, and 4 g.s-1 methanol flow rate),
which was 0.023529 m2.s-1. By the obstacle, methyl ester content was found
to be 77.96%(w/w) and rate of biodiesel production was 2.00 g.hr-1. While
the obstacle AAE (2 layer, 1 mm hole diameter, 7 mm distance among
holes, and 4 g.mnt -1 methanol flow rate) gave biodiesel content of
98.68%(w/w), which has met SNI. The rate of biodiesel production was
found to be 1.62 g.hr-1.
Keywords: non-catalytic method, SMV, CFD, contact surface area, obstacle
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
4
ANALISIS OBSTACLE PLAT BERLUBANG TERHADAP KADAR
METIL ESTER BIODIESEL DALAM REAKTOR
KOLOM GELEMBUNG NON-KATALITIK
ANGGA DEFRIAN
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
5
Dosen penguji luar komisi pada ujian Tesis: Dr Ir YAris Purwanto, MSc
6
Judul Tesis : Analisis Obstacle Plat Berlubang Terhadap Kadar Metil Ester
Biodiesel Dalam Reaktor Kolom Gelembung Non-Katalitik.
Nama
: Angga Defrian
NIM
: F151110061
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Ir Dyah Wulandani, M Si
Ketua
Prof Dr Ir Armansyah, H Tambunan
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir YAris Purwanto, MSc
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 17 Pebruari 2014
Tanggal Lulus:
Judul Tesis : Analisis Obstacle Plat Berlubang Terhadap Kadar Metil Ester
Biodiesel Dalam Reaktor Kolom Gelembung Non-Katalitik.
: Angga Defrian
Nama
: F 15111 0061
NIM
Disetujui oleh
Kornisi Pembimbing
Dr Ir Dyah Wulandani, M Si
Ketua
Prof Dr Ir Annansyah, H Tambunan
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
Dr Ir Y Aris Purwanto MSc
Tanggal Ujian: 17 Pebruari 2014
Tanggal Lulus:
24 MAR 20 14
7
8
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Pebruari 2012.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr Ir Dyah Wulandani M Si dan Prof
Dr Ir Armansyah H. Tambunan selaku pembimbing atas segala perhatian dan
bimbingannya selama penelitian dan penulisan naskah tesis ini. Penulis juga
mengucapkan terima kasih kepada Dr Ir YAris Purwanto, MSc atas kritik dan
sarannya terhadap tesis ini.
Ucapan terima kasih kepada staf tenaga pengajar Progam Studi Teknik
Mesin Pertanian dan Pangan Sekolah Pascasarjana IPB atas ilmu yang diberikan
selama penulis kuliah di IPB. Penulis mengucapkan terima kasih kepada United
Nations University dan Kirin leading company, melalui program UNU-Kirin
Fellowship (2012-2013) yang telah memberikan dana, Laboratorium Pindah
Panas dan Massa, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor (20122014) , Laboratorium Energi Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas
Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor (2012-2014). Di samping itu,
penghargaan penulis sampaikan bang Elwi, Mufid, Naufal, Nenek, Datuk, Mami,
Om Boni, Om Fery, Om Yon, Om God, Tan Linda, Tan Adik, Tan Desi, Tan Lis,
Tan Hauda, Om Herman, Om Yus, Om Husni, Tan Eli, Tante Yen, Tan Ami,
Dayat, Elda, Risti, Egi, Hafis, Mimi, Naya, Uni Shinta, mas Bayu, mas Kiman,
mbak Meika, mas Bos, Ika, Cecep, mas Tri, mas Ale, dodik, Agus, Tian, Irfan,
Hasbi, mbak Reni, Setya, mbak Ketih, Hendri, Alpian, Ipeh, mas Kholis, mas
Rudi, Handoko, Sari rahayu, Sari, Thomas, Susilo, Gita, Suardana, Novi, rekanrekan Laboratorium Energi, seluruh TMP 2010, TMP 2011, Fajri, Yayan dan
rekan-rekan kerja yang telah membantu selama pengumpulan data dan telah
memberikan semangat serta dukungan.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Ayah (Helmi Azhar), Ibu
(Kemala Wijaya), Abang, Adik-adikku serta seluruh keluarga, atas segala doa dan
kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Pebruari 2014
Angga Defrian
ii
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan
Manfaat Penelitian
LANDASAN TEORI
Definisi Biodiesel
Teknologi Produksi Biodiesel
Perilaku Gelembung pada Proses Produksi Biodiesel oleh SMV
Luas Permukaan Kontak
Gas Holdup
Computational Fluid Dynamics (CFD)
METODE DAN BAHAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Alat dan Bahan
Prosedur Penelitian
Perancangan Obstacle
Eksperimen Biodiesel Non-katalitik pada Berbagai Obstacle
Simulasi CFD Penggunaan Obstacle pada Produksi Biodiesel Non-katalitik
Variabel Pengamatan dan Pengukuran
HASIL DAN PEMBAHASAN
Rancangan Obstacle
Simulasi CFD
Hasil Simulasi
Hasil Pengujian Laboratorium
Korelasi Hasil Simulasi CFD terhadap Hasil Pengujian Laboratorium
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
ii
iii
1
1
2
2
2
3
3
3
6
6
6
7
8
8
8
10
11
13
15
16
19
19
20
21
29
31
37
37
37
38
40
DAFTAR TABEL
Perbandingan kelebihan dan kelemahan proses produksi katalitik dan
non-katalitik
Skenario desain dengan obstacle 1 layer
5
13
iii
Skenario desain dengan obstacle 2 layer
13
Parameter tetap yang digunakan dalam proses produksi biodiesel
14
o
Sifat bahan methanol dan trigliserida pada kondisi temperature (290 C)
16
Pengaruh bentuk obstacle pada perbedaan diameter lubang terhadap luas
permukaan kontak
22
Gap gas holdup dari hasil asumsi dengan hasil simulasi
24
Rata-rata gas holdup pada perubahan waktu
27
Hasil kadar ME dari berbagai tipe obstacle
31
Perhitungan rata-rata diameter gelembung
33
DAFTAR GAMBAR
Reaksi transesterifikasi
Perbandingan antara porous plate dengan perporated plate
Alat produksi biodiesel secara non-katalitik
Diagram alir prosedur penelitian
Bentuk Obscale
Dimensi reaktor kolom gelembung
Bubble formation at the micro-tubes (jarak = 700 mm),QG = 0.11
cm3.s-1 (Kazakis, 2008)
Diagram pengujian pada alat biodiesel non katalitik
Skema produksi biodiesel non-katalitik metode superheated methanol
vapor (SMV)
Diagram prosedur simulasi
Diameter gelembung pada lubang plat (Noel de Nevers, 2005).
Rancangan obstacle
Desain obstacle di dalam reaktor kolom gelembung
Pendefinisian domain pada simulasi CFD
Kondisi awal simulasi CFD
Luas permukaan kontak pada pengaruh obstacle 1 layer
Luas permukaan kontak pada pengaruh obstacle 2 layer
Perilaku gas holdup konstan
Pengukuran gap gas holdup konstan dengan hasil simulasi CFD pada
obstacle 1 layer
Pengukuran gap gas holdup konstan dengan hasil simulasi CFD pada
obstacle 2 layers
Perilaku gas holdup pada obstacle CCE
Perilaku gas holdup pada pengaruh obstacle 1 layer
Perilaku gas holdup pada pengaruh obstacle 2 layer
Perilaku gelembung didalam reaktor kolom gelembung.
iii
4
7
8
10
12
11
12
15
14
17
18
19
20
20
21
23
23
25
25
26
27
28
27
28
iv
Hubungan rata-rata luas permukaan kontak dan gas holdup pada
pengaruh obstacle 1 layer
Hubungan rata-rata luas permukaan kontak dan gas holdup pada
pengaruh obstacle 2 layer
Hubungan luas permukaan kontak dengan kadar ME.
Sebaran gas holdup perilaku gelembung pada obstacle AAE dan obstacle
BBE selama 1 s
Sebaran luas permukaan dan gas holdup (eg) pada obstacle AAE dan
obstacle BBE selama 1 s
Visual simulasi gelembung pada pengaruh obstacle AAE dan obstacle
BBE
Perilaku gelembung contoh 1
Perilaku gelembung contoh 2
29
29
31
32
32
34
35
35
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Biodiesel adalah bahan bakar motor diesel yang berupa ester alkil yang
dibuat dari minyak nabati melalui proses transesterifikasi atau esterifikasi
(Krwczyk, 1996; Mittelbach, 2004; Knothe, 2005). Biodiesel memiliki sifat fisik
yang mirip dengan solar, tetapi memiliki kelebihan lain yaitu merupakan energi
terbarukan dan ramah lingkungan. Campuran biodiesel 30% volume terhadap
solar menghasilkan kinerja mesin yang tidak jauh berbeda dengan pemakaian
100% solar dan pada komposisi ini tidak memerlukan modifikasi apapun pada
mesin kendaraan, asap buangan biodiesel tidak hitam, tidak mengandung sulfur
serta senyawa aromatic sehingga emisi pembakaran yang dihasilkan ramah
lingkungan (Wirawan, 2008; Carraretto, 2004; Legowo, 2005).
Teknologi proses pembuatan biodiesel dapat diklasifikasikan kedalam dua
kategori yaitu katalitik dan non–katalitik. Metoda katalitik merupakan produksi
biodiesel melalui proses reaksi minyak dengan alkohol, menggunakan katalis pada
tekanan atmosfer dan suhu lebih rendah dari 65 0C. Metoda ini sudah
diaplikasikan ke industri, namun produksi biodiesel secara katalitik membutuhkan
pengadukan dan proses pemurnian untuk pemisahan katalis dan produk hasil
samping. Dari beberapa hal tersebut ternyata prosesnya mengakibatkan biaya
yang tinggi untuk menghasilkan produksi biodiesel.
Metoda non katalitik adalah metoda produksi biodiesel tanpa katalitik. Salah
satu metoda non katalitik adalah metoda superheated methanol vapor (SMV)
dimana uap methanol lewat jenuh bereaksi dengan minyak di dalam reaktor kolom
gelembung (bubble column reactor), pada suhu tinggi dan tekanan atmosfer,
menjadi FAME (Fatty acid methyl ester) dan glycerol. Metoda ini dapat dilakukan
pada minyak yang memiliki kadar asam lemak bebas atau free fatty acid (FFA)
tinggi, dan proses pemurnian produk lebih sederhana daripada metoda katalitik,
serta tanpa limbah karena tidak menggunakan katalitis, sehingga ramah
lingkungan. Namun pada metoda ini, laju reaksi lebih rendah daripada metoda
pembuatan biodiesel lainnya dan kadar metil ester (ME) masih belum sesuai SNI
yaitu 96.2%(w/w) (Miura, 2011). Ada beberapa faktor yang mempengaruhi laju
reaksi, antara lain luas permukaan kontak antara methanol dan minyak
(Joelianingsih et al, 2008) dan waktu kontak antara minyak dan methanol yang
memberikan efek negatif pada laju produksi biodiesel (Miura, 2011). Untuk
meningkatkan luas permukaan tersebut maka perlu diberikan perforated plate
(obstacle). Obstacle merupakan perangkat tambahan di dalam reaktor kolom
gelembung untuk memecahkan gelembung methanol menjadi bagian yang lebih
kecil dari sebelumnya, sehingga terjadi peningkatan luas permukaan antara
methanol dengan minyak. Hal tersebut dinyatakan oleh Wulandani (2011) bahwa
penggunaan obstacle dapat meningkatkan luas permukaan kontak antara
gelembung methanol dengan minyak, dimana nilai luas permukaan kontak
0.020m2. Namun proses pembentukan biodiesel yang dihasilkan dari penambahan
obstacle tersebut masih lebih rendah dibandingkan dengan metoda katalitik atau
masih dibawah standar SNI dengan nilai kadar ME adalah 96.5%(w/w). Oleh
sebab itu perlu eksplorasi desain obstacle dengan metode Computational Fluid
Dynamics (CFD). Penggunaan CFD dalam analisis rancangan disamping dapat
2
menghemat biaya produksi dan mempersingkat waktu, juga dapat
menggambarkan secara jelas bentuk gelembung dan sebaran dari gelembung di
dalam reaktor kolom gelembung, sehingga memudahkan analisis kinerja dari
obstacle yang dibuat.
Perumusan Masalah
Permasalahan pada penelitian ini adalah kadar biodiesel secara non-katalitik
pada metoda SMV masih rendah dari metoda secara katalitik, dengan demikian
masih perlu eksplorasi untuk meningkatkan kadar ME. Peningkatan kadar ME
dilakukan dengan cara meningkatkan luas permukaan kontak antara gelembung
methanol dengan minyak. Peningkatan luas permukaan kontak tersebut
diharapkan dapat diperoleh dengan penambahan obstacle di dalam reaktor kolom
gelembung.
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan disain obstacle terbaik
dari seluruh disain obstacle yang diuji, dan mempelajari pengaruh desain obstacle
tersebut terhadap peningkatan kadar ME pada metoda non katalitik superheated
methanol vapor (SMV).
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan menjadi data pendukung dalam merancang reaktor
kolom gelembung biodiesel dalam rangka meningkatkan kadar biodiesel sesuai
dengan SNI.
`
3
LANDASAN TEORI
Definisi Biodiesel
Biodiesel didefinisikan sebagai monoalkil ester dari asam-asam lemak rantai
panjang yang terkandung dalam minyak nabati atau lemak hewani untuk
digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel, (Krawczyk, 1996). Biodiesel
dihasilkan melalui reaksi transesterifikasi atau reaksi esterifikasi asam lemak
bebas tergantung dari kualitas minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku.
Transesterifikasi adalah proses yang mereaksikan trigliserida dalam minyak
nabati atau lemak hewani dengan alkohol rantai pendek seperti methanol atau
etanol (pada saat ini sebagian besar produksi biodiesel menggunakan methanol)
menghasilkan ester asam lemak (Fatty Acids Metyl Esters / FAME) dan gliserol.
Gliserol adalah produk samping dari produksi biodiesel yang memiliki beberapa
manfaat untuk diaplikasikan di bidang industri kimia dan kosmetik. Sedangkan,
esterifikasi adalah proses yang mereaksikan asam lemak bebas (FFA) dengan
alcohol rantai pendek (methanol atau etanol) menghasilkan metil ester asam
lemak (FAME) dan air, (Joelianingsih, 2006).
Minyak nabati yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan
biodiesel antara lain minyak sawit (Elaeis Guinensis), minyak rapeseed (Brassica
Napus), minyak kedelai (Glycine Max), minyak biji bunga matahari (Helianthus
Annuus), minyak kelapa (Cocos Nucifera), minyak jagung (Zea Mays), minyak
dari biji kapas (Gossypium Hirsutum), minyak almond (Prunus Dulcis), minyak
hazelnut (Corylus Avellana), minyak kacang (Arachis Hypogaeae), minyak
safflower (Carthamus Tinctorius), minyak biji gandum (Triticum Aestivum),
minyak jarak (Jathropa Curcas), minyak castor (Ricinus Communis). Sedangkan
lemak hewan yang bisa digunakan berupa beef tallow, minyak ikan, lard, lemak
unggas (Mittelbach, 2004).
Teknologi Produksi Biodiesel
Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif dari sumber terbarukan
(renewable), dengan komposisi ester asam lemak dari minyak nabati. Kelebihan
biodiesel antara lain: tidak perlu modifikasi mesin jika campuran biodiesel dalam
solar tidak melebihi 20%, bilangan setana tinggi, ramah lingkungan, daya
pelumasan tinggi, aman dan tidak beracun, dan meningkatkan efisiensi
pembakaran (Mittelbach dan Remschmidt, 2004).
Komponen utama dari minyak nabati dan lemak hewani adalah
triasilgliserol (TAG) atau biasa disebut trigliserida. Secara kimiawi TAG
termasuk ester yang tersusun dari fatty acids (FA) dengan gliserol. Biodiesel
didapatkan dengan mereaksikan secara kimiawi minyak nabati dan lemak hewani
dengan alkohol (biasanya methanol) sehingga terbentuk metil ester dan gliserol
dengan reaksi transesterifikasi (Knothe, 2005). Biodiesel dapat diproduksi dengan
bantuan katalis (katalitik) dan tanpa katalis (non-katalitik). Katalis yang biasa
digunakan dalam reaksi dapat digolongkan kedalam tiga macam, yaitu katalis
asam (H2SO4, H3PO4), katalis basa (NaOH, KOH), dan katalis enzim (lipase).
Penggunaan jenis katalis tergantung pada kandungan FFA (free fatty acid) dalam
minyak/lemak. Katalis basa digunakan untuk proses transesterifikasi, sedangkan
katalis asam untuk proses esterifikasi (Joelianingsih, 2007).
4
Reaksi kimia yang terjadi dalam pembuatan biodiesel merupakan
transesterifikasi seperti ditunjukkan pada Gambar 1, dimana R1, R2, R3 adalah
hidrokarbon rantai panjang dari asam lemak. Reaksi transesterifikasi terjadi tiga
tahapan sebelum terbentuknya gliserol. Tahapan pertama adalah trigliserida
bereaksi dengan methanol akan membentuk Digliserida dan FAME seperti yang
ditunjukkan pada persamaan 1. Digliserida bereaksi kembali dengan methanol
menghasilkan monogliserida dan FAME seperti yang ditunjukkan pada
Persamaan 2, dan selanjutnya monogliserida bereaksi dengan methanol
menghasilkan gliserida dan FAME, sehingga Persamaan reaksi keseluruhan
ditunjukkan pada Persamaan 4.
TG + MeOH
DG + MeOH
MG + MeOH
TG + 3 MeOH
DG + ME
MG + ME
GL + ME
3FAME + Gliserol
(1)
(2)
(3)
(4)
Gambar 1 Reaksi transesterifikasi
Kusdiana dan Saka (2001) menyatakan bahwa pembuatan biodiesel
dengan katalis diawali dengan reaksi transesterifikasi, pengembalian methanol
yang tidak bereaksi, pemurnian metil ester dari katalis, pemisahan gliserol yang
merupakan produk samping, pemurnian menggunakan air (aquades) dengan cara
pencucian berulang, sehingga proses ini lebih boros air. Reaksi pembuatan
biodiesel dengan katalis mempunyai kelebihan yaitu reaksi dapat berjalan lebih
cepat pada suhu yang rendah, sedangkan kekurangannya adalah diperlukannya
proses yang panjang untuk memurnikan produk dan perlu pengadukan yang kuat
dalam reaksi karena methanol sulit larut dalam minyak. Menurut Joelianingsih
(2007) proses pembuatan biodiesel secara non-katalitik mempunyai beberapa
kelebihan diantaranya adalah tidak memerlukan penghilangan FFA dengan cara
refining atau pra-esterifikasi. Reaksi esterifikasi dan transesterifikasi dapat
berlangsung dalam satu reaktor kolom gelembung, sehingga minyak dengan kadar
FFA tinggi dapat langsung digunakan. Selain itu, karena tanpa menggunakan
katalis, proses pemisahan dan pemurnian produk menjadi lebih sederhana dan
ramah lingkungan. Namun, proses non-katalitik biasanya menggunakan methanol
sangat berlebih dengan suhu dan tekanan operasi lebih tinggi bila dibandingkan
dengan proses katalitik. Perbandingan kelebihan dan kelemahan proses produksi
katalitik dan non-katalitik dapat dilihat pada Tabel 1.
5
Tabel 1 Perbandingan kelebihan dan kelemahan proses produksi katalitik dan
non-katalitik
Metode
Kelebihan
Kekurangan
1) Proses dapat terjadi
1) Membutuhkan
pada suhu dan tekanan
perlakuan khusus
rendah (60-65o C, 1
pada bahan baku,
atm),
2) Pemurnian yang
Transesterifikasi
1
2) Rasio molar methanol
panjang,
katalis basa
terhadap minyak
3) Perlu pengadukan
rendah,
kuat,
3) Tidak bersifat
4) Butuh katalis dan
korosif.
agen penjernihan.
1) Cocok untuk bahan
1) Laju reaksi rendah,
yang mengandung
2) Membentuk produk
FFA tinggi (bisa
samping yang tidak
sekaligus esterifikasi),
diharapkan pada
Transesterifikasi
2
2) Cocok untuk
suhu reaksi tinggi,
katalis asam
memproduksi ester
3) Konversi ester
Katalitik
rantai bercabang,
menurun dengan
3) Digunakan sebagai
adanya air.
tahap esterifikasi.
1) Konversi dapat
1) Membutuhkan
dilakukan pada
waktu reaksi lama,
kondisi suhu, tekanan,
konsentrasi katalis
dan PH rendah,
yang tinggi, dan
2) Fase pemisahan
imobilisasi enzim,
mudah dan
2) Enzim dapat mudah
3
Katalis biologi
menghasilkan gliserol
tidak aktif karena
dengan kualitas
kandungan campuran
tinggi,
pada minyak seperti
3) Dapat digunakan
fosfolipid sehingga
langsung untuk bahan
terjadi degumming
dengan FFA tinggi.
pada minyak.
1) Dapat digunakan
1) Suhu dan tekanan
langsung pada FFA
tinggi,
Kondisi
tinggi,
2) Rasio molar
2) Laju reaksi tinggi,
methanol
superkritik
4
methanol
3) Penjernihan produk
terhadap minyak
mudah dan ramah
tinggi.
Nonlingkungan.
katalitik
1) Dapat digunakan
1) Rasio molar
langsung pada FFA
methanol terhadap
Tekanan
tinggi,
minyak tinggi,
5
2) Penjernihan produk
2) Suhu reaksi tinggi,
atmosfir
mudah dan ramah
3) Laju reaksi rendah.
lingkungan.
Sumber: Tambunan (2010)
6
Perilaku Gelembung pada Proses Produksi Biodiesel oleh SMV
Perilaku gelembung mempengaruhi proses produksi biodiesel secara nonkatalitik terutama pada metoda superheated methanol vapor (SMV). Parameter
perilaku gelembung tersebut terdiri dari luas permukaan kontak, gas holdup dan
kecepatan gelembung. Hal ini dijelaskan dari beberapa penelitian sebagai berikut;
Luas Permukaan Kontak
Suatu zat bereaksi apabila bercampur dan bertumbukan. Pada
pencampuran reaktan yang terdiri dari dua fasa atau lebih, tumbukan berlangsung
pada bagian permukaan zat. Semakin luas permukaan partikel, maka frekuensi
tumbukan kemungkinan semakin tinggi sehingga reaksi dapat berlangsung lebih
cepat. Hal ini telah dibuktikan oleh Wulandani (2011) dan Miura (2011) bahwa
meningkatkan luas permukaan kontak gelembung methanol di dalam minyak akan
meningkatkan laju produksi biodiesel.
Gas Holdup
Gas holdup (g) adalah konsentrasi volume methanol terhadap total volume
methanol dengan minyak. Gas holdup dipengaruhi oleh lamanya waktu kontak
(contact time) gas pada waktu penambahan methanol di dalam minyak (Jeng-Dar,
1991). Selain itu parameter yang mempengaruhi gas holdup adalah diameter
column, diameter inlet lubang, superficial gas velocity, kinematic viscosity, dan
density dari cairan, tegangan permukaan, dan grafitasi (Yoshida dan Akita, 1965).
Hubungan Gas holdup dan Superficial Gas Velocity pada Porous Plat dan
Perforated Plat
Krishna (2001) menyebutkan bahwa hubungan diameter gelembung dengan
superficial gas velocity berkorelasi positif. Perilaku gelembung dinyatakan dalam
bentuk pemecahan atau penggabungan gelembung-gelembung gas didalam kolom,
sehingga ada dua jenis gelembung yang akan terjadi yaitu gelembung ukuran kecil
(small bubble) dan gelembung ukuran besar (large bubble). Gelembung kecil
memiliki kecepatan gelembung (Vb) rendah (low velocity), sehingga gas holdup
menjadi tinggi. Sebaliknya gelembung berukuran besar (large bubble) memiliki
kenaikan kecepatan lebih tinggi (high velocity) dibandingkan dengan kenaikan
kecepatan pada gelembung kecil (small bubble), sehingga penurunan residence
time akan menyebabkan penurunan gas holdup pada gelembung besar (large
bubble).
Menurut Behnoosh (2009), pada rintangan berbentuk porous plate dengan
diameter pori kecil akan dihasilkan gelembung kecil jika dibandingkan dengan
rintangan berbentuk perforated plate. Pada kondisi laju aliran gas (gas velocity)
sama, porous plate akan memiliki gas holdup lebih tinggi yaitu sekitar 40%
dibandingkan dengan rintangan berbentuk perforated plate. Produksi gas holdup
dan bentuk rintangan antara porous plate dan perforated plate dijelaskan pada
Gambar 2.
7
Keterangan: diameter lubang pada perforated plate 1 mm dan pada porous plate
micrometer dengan porositas 0.1%.
Gambar 2 Perbandingan antara porous plate dengan perporated plate
(Behnoosh, 2009).
Computational Fluid Dynamics (CFD)
CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida,
perpindahan panas, reaksi kimia dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan
persamaan-persamaan matematika. Perangkat lunak CFD berguna untuk
mensimulasikan aliran fluida, perpindahan panas, perpindahan massa, bendabenda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur,
dan sistem akustik hanya dengan pemodelan di komputer (Tuakia, 2008).
8
METODE DAN BAHAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium Energi, Departemen Teknik Mesin
dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian
dilakukan dari bulan Pebruari 2012 hingga Januari 2014.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian yaitu alat produksi biodiesel nonkatalitik (Non-Catalytic Reaction Biodiesel Plant Model, rancangan National
Food Research Institute (NFRI) Japan), vacum rotary evaporator tipe rotavapor
RII, Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC-MS) di PusLabFor Mabes
Polri, software dan computer.
Alat Produksi Biodiesel Non-Katalitik
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah reaktor kolom gelembung
biodiesel yang dapat dilihat pada Gambar 3.
Reaktor
kolom
gelembung
Gambar 3 Alat produksi biodiesel secara non-katalitik
(National Food Research Institute (NFRI) Japan)
a. Pompa methanol
Pompa methanol berfungsi untuk memompakan methanol agar direaksikan
di dalam reaktor kolom gelembung sesuai laju aliran yang diinginkan. Tipe pompa
adalah tipe reaction synchronous 5SK25GN-A. Besarnya laju aliran diatur dari
bukaan stroke dengan cara memutar stroke. Semakin besar bukaan stroke maka
laju aliran methanol semakin tinggi.
9
b. Pemanas methanol (methanol heater)
Pemanas methanol heater berfungsi untuk memanaskan methanol hingga
mencapai fase uap pada kondisi superheated sebelum memasuki reaktor kolom
gelembung. Pemanas methanol terdiri dari dua bagian yaitu evaporator dan
superheater. Masing-masing bagian dilengkapi dengan dua buah pemanas
elektrik. Besarnya suhu diatur melalui regulator pemanas dengan cara mengatur
besar tegangan yang digunakan.
c. Reaktor
Reaktor yang digunakan merupakan reaktor jenis kolom gelembung (bubble
column). Reaktor dilengkapi dengan pemanas listrik (heater) dan level minyak
(oil leveler) yang digunakan untuk mengontrol volume minyak didalam reaktor
agar selalu tetap. Reaktor tidak hanya berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi
tetapi juga sebagai pemisah (separator). Seperti halnya pada pemanas methanol,
besarnya suhu yang digunakan diatur melalui regulator pemanas dengan cara
mengatur tegangan.
d. Heat exchanger
Heat exchanger berfungsi sebagai alat penukar panas. Fluida yang
digunakan pada alat penukar panas (heat exchanger) adalah methanol yang
berasal dari pompa methanol. Fluida panas merupakan hasil produk dari proses
produksi biodiesel non-katalitik.
e. Penampung produk
Penampung produk berfungsi untuk menampung produk yang keluar dari
reaktor yang dihasilkan setelah didinginkan oleh heat exchanger. Penampung
produk yang digunakan adalah erlenmeyer.
f. Vacum Rotary Evaporator
Alat ini digunakan untuk memisahkan methanol yang masih tercampur
dengan produk biodiesel yang dihasilkan. Hal ini dengan cara menguapkan
methanol pada titik didihnya yaitu suhu 64.5oC.
g. Software dan Komputer
1. Gambit
Software Gambit digunakan untuk mendesain tipe obstacle adalah
Gambit 6.2.16/.2.4.6.
2. Ansys Fluent
Ansys Fluent digunakan untuk menganalis aliran fluida pada reaktor
kolom gelembung adalah Ansys 2.2.3 / 13.
3. Komputer
Komputer digunakan untuk simulasi yaitu komputer merk dell
Inspiron 620 dengan processor core i3 dan RAM 4 Gb dan Aspire 4741
dengan prosessor Intel Core i3-330M.
Bahan
Bahan yang digunakan pada proses pengujian obstacle yang telah dibuat
pada reaktor adalah:
1. Methanol
Methanol yang digunakan adalah methanol teknis dengan tingkat
kemurnian 96%.
2. Minyak sawit
10
Minyak sawit yang digunakan adalah palm oil. Kandungan terbesar
minyak goreng adalah 40.67% untuk asam palmitat, 49.34% asam C8oktadekenoat, dan 4.90 % untuk asam stearat (Fatimah et al, 2009).
3. Gas nitrogen
Gas nitrogen untuk mencegah masuknya minyak dari reaktor kolom
gelembung ke dalam pipa methanol maupun pemanas methanol yang dapat
menyebabkan terjadinya penyumbatan pipa oleh minyak.
4. Bahan lain
Bahan lain yang digunakan untuk mencuci alat adalah air untuk
pencucian alat, Aquades dan sabun pencuci merk Sunlight.
Prosedur Penelitian
Penelitian diawali dengan melakukan perancangan obstacle. Obstacle
merupakan suatu rintangan yang diberikan di dalam reaktor kolom gelembung
yang diharapkan akan meningkatkan luas permukaan kontak antara gelembung
dengan minyak, dan gas holdup akan menjadi optimal sehingga proses produksi
biodiesel diharapkan menghasilkan metil ester yang sesuai dengan SNI
BIODIESEL NO 723 K/10/DJE/2013 yaitu 96.5%(w/w). Diagram alir prosedur
penelitian dapat dilihat pada Gambar 4.
Mulai
Laju reaksi
rendah
Identifikasi masalah
Kondisi proses :
Suhu reaksi (T),
laju aliran
methanol, type
penghambat,
kadar biodiesel
Analisis masalah,
pengumpulan data
Konsep
Rancangan
Asumsi:
methanol dalam
bentuk gas ideal
Perancangan desain
obstacle / plat nosel
Desain obstacle
1 layer
Desain obstacle
2 layer
Simulasi CFD
Eksperimen Alat
biodiesel non katalitik
Pengolahan Data:
Luas Permukaan
Kontak, Gas Holdup
Pengolahan Data:
laju produksi biodiesel,
Kadar ME.
Analisa Data Simulasi
dan Data Eksperimen
Laboratorium
Selesai
Gambar 4 Diagram alir prosedur penelitian
11
Penelitian ini dilaksanakan pada beberapa tahap yaitu tahap perancangan,
tahap pembuatan dan perakitan, tahap pengamatan.
1.Tahap perancangan obstacle, meliputi pembuatan gambar detail rancangan
structural obstacle, gambar tiga dimensi obstacle, penentuan ukuran, dan
penentuan bahan konstruksi.
2.Tahap pembuatan dan perakitan, meliputi pembuatan obstacle, selanjutnya
dilakukan perakitan dibagian sistem produksi biodiesel SMV yaitu didalam
reaktor kolom gelembung kemudian dilakukan pengujian alat.
3.Tahap pengamatan, meliputi 2 proses pengamatan yaitu pengamatan hasil
simulasi CFD di dalam reaktor kolom gelembung dengan menggunakan
perangkat lunak software ANSYS dan pengamatan eksperimen pada proses
produksi biodiesel.
Perancangan Obstacle
Rintangan atau hambatan (obstacle) yang dirancang merupakan tipe
perforated plate. Obstacle difungsikan untuk merubah formasi, struktur
gelembung (bubble) dan distribusi gelembung, sehingga diharapkan dapat
meningkatkan luas permukaan kontak.
Rancangan Fungsional
Obstacle yang dirancang merupakan bagian eksternal pada sistem alat
produksi biodiesel non-katalitik yang diberikan dalam reaktor kolom gelembung.
Secara fungsional obstacle diberikan di dalam reaktor kolom gelembung, untuk
meningkatkan luas permukaan kontak. Jenis obstacle yang dirancang merupakan
perforated plate dengan perbedaan diameter lubang, jarak antar lubang dan
pemberian layer obstacle yaitu berjumlah 1 layer dan 2 layer (Gambar 5).
Layer ke-2
Layer ke-1
Gambar 5 Dimensi reaktor kolom gelembung
Rancangan Struktural
Bahan, bentuk dan dimensi merupakan faktor penting di dalam perancangan
suatu alat, karena pemilihan dari faktor-faktor tersebut di atas akan berdampak
pada kinerja alat. Penentuan dimensi dari obstacle yang dirancang, disesuaikan
dengan perilaku gelembung dan dimensi reaktor kolom gelembung. Dasar
penentuan diameter lubang dan jarak antar lubang berdasarkan penelitian yang
dilakukan oleh Behnoosh (2009) dan Wulandani (2010).
12
1. Diameter reaktor kolom gelembung sebesar 55 mm, hal ini dapat dilihat pada
Gambar 5.
2. Obstacle pada layer pertama memiliki diameter 53 mm dan obstacle layer
kedua memiliki diameter 54 mm. Tinggi dinding obstacle masing-masing yaitu
12 mm.
3. Desain diameter lubang (do) 1 mm (A,C), dan 2 mm (B,D) (Gambar 6) dengan
masing-masing ukuran diameter gelembung yang mungkin terjadi adalah 2.3
mm, dan 2.9 mm dari persamaan 8.
4. Penentuan jarak antar lubang pada perancangan obstacle dilakukan untuk
melihat pengaruh perilaku gelembung pada obstacle pada jarak antar lubang
yang berbeda. Hal ini dikarenakan perilaku gelembung yang cenderung
menyatu atau terjadinya pemecahan antara gelembung (Gambar 7).
Penelitian ini dilakukan dengan rancangan jarak antar lubang 7 mm (A,B)
dan 10 mm (C,D) (Gambar 6).
Gambar 6 Bentuk Obscale
Gambar 7 Bubble formation at the micro-tubes (jarak = 700 mm),QG = 0.11
cm3.s-1 (Kazakis, 2008)
Skenario desain obstacle sesuai konsep desain struktural dijelaskan pada
Tabel 2 dan Tabel 3. Penamaan obstacle pada masing-masing layer diinisialkan
dengan kode satu huruf dan dua huruf. Contoh obstacle AS pada Tabel 2
menjelaskan bahwa obstacle terdiri dari 1 layer, sedangkan kode 2 layer pada
Tabel 3 dituliskan dengan huruf seperti pengkodean pada AAS. Pengkodean lain
yang menunjukkan besarnya laju aliran di inisialkan dengan huruf paling belakang
pada pengkodean yaitu S dan E. Pada penelitian ini, laju aliran methanol yang
13
digunakan adalah 1.5 g.mnt-1 (S) dan 4 g.mnt-1 (E). Dasar penentuan aliran laju
methanol berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh furqon (2011) dan
Joelianingsih (2008). Pada ketinggian plat layer ke-1 diberikan ketinggian 36 mm,
sedangkan plat layer ke-2 diberikan ketinggian 62.7 mm (Tabel 2 dan Tabel 3).
Hal ini dikarenakan oleh perilaku gelembung terutama pada perilaku
penggabungan antar gelembung pada ketinggian tersebut.
Tabel 2 Perlakuan rancangan dengan obstacle 1 layer
NO
(Nama Obstacle)
AS
BS
CS
DS
Non-Obstacle (S)
AE
BE
CE
DE
Non-Obstacle (E)
Diameter
Lubang
(mm)
1
2
1
2
1
2
1
2
-
Jarak antar
lubang (mm)
Ketinggian plat perforated
(mm) 1 layer
7
7
10
10
7
7
10
10
-
36
36
36
36
36
36
36
36
-
Laju
methanol
(g.mnt-1)
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
4
4
4
4
4
Tabel 3 Perlakuan rancangan dengan obstacle 2 layer
NO
(Nama Obstacle)
AAS
BBS
CCS
DDS
AAE
BBE
CCE
DDE
Diameter
Lubang
(mm)
1
2
1
2
1
2
1
2
Jarak antar
lubang
(mm)
7
7
10
10
7
7
10
10
Ketinggian plat
perforated (mm)
1 layer
36
36
36
36
36
36
36
36
Ketinggian
plat perforated
(mm) 2 layer
62.7
62.7
62.7
62.7
62.7
62.7
62.7
62.7
Laju
methanol
(g.mnt-1)
1.5
1.5
1.5
1.5
4
4
4
4
Eksperimen Biodiesel Non-katalitik pada Berbagai Obstacle
Eksperimen biodiesel non-katalitik dilakukan sebanyak 18 skenario,
seperti pada Tabel 2 dan Tabel 3. Eksperimen laboratorium dilakukan untuk
mendapatkan hasil kadar ME dan hasil laju produksi biodiesel secara
laboratorium. Prosedur pengujian produksi biodiesel non-katalitik dengan
berbagai skenario obstacle dilakukan dengan terlebih dahulu memasangkan
obstacle didalam reaktor kolom gelembung. Sedangkan untuk melihat
perbandingan penggunaan obstacle dengan non-obstacle terhadap hasil kadar ME
dan laju produksi biodiesel dilakukan perlakukan tanpa obstacle (non-obstacle).
Pengujian proses produksi biodiesel non-katalitik dimulai dengan mengalirkan
nitrogen kedalam reaktor kolom gelelmbung. Selanjutnya dilakukan pengisian
minyak goreng sebanyak 200g kedalam reaktor reaktor kolom gelembung.
Langkah selanjutnya adalah memanaskan minyak goreng diruang superheater
pada reaktor dengan melakukan pengaturan suhu yang diinginkan dengan cara
mengatur tegangan. Setelah suhu yang diinginkan tercapai, pompa methanol
dinyalakan dengan bukaan stroke sesuai dengan laju alir methanol yang
diinginkan. Bersamaan dengan perlakuan itu, produk sudah mulai dihasilkan dan
14
aliran nitrogen ke reaktor kolom gelembung dihentikan. Selanjutnya produk yang
dihasilkan ditampung pada gelas penampung (erlenmeyer). Methanol yang tidak
ikut bereaksi pada produk selanjutnya dilakukan pemisahan dengan menggunakan
alat vacum rotary evaporator. Setelah pemisahan hasil produknya merupakan
metil ester dan gliserol, untuk memisahkan produk gliserol dengan metil ester
dilakukan dengan cara berat jenis masing-masing komponen, dimana gliserol
lebih berat daripada metil ester. Diagram alir eksperimen biodiesel non-katalitik
secara detail diperlihatkan pada Gambar 8 dan skema produksi biodiesel nonkatalitik metode superheated methanol vapor (SMV) (Gambar 9). Parameter tetap
dalam proses pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Parameter tetap yang digunakan dalam proses produksi biodiesel
Parameter
Nilai
Satuan
o
C
Uap methanol Suhu
290
Minyak Sawit
200
g
o
C
Suhu reaksi
290
Tekanan reaksi
0.1
MPa
0.5
jam
Interval waktu pengambilan
per skenario
sample
jam
Total waktu percobaan
90
Pemberian obstacle didalam
reaktor
Gambar 8 Skema produksi biodiesel non-katalitik metode superheated methanol
vapor (SMV)
15
Obstacle
pemasangan
Reaktor
Alirkan N2
Minyak 200 g
Mengatur heater methanol
CT1=CT2=CT3 = 60 volt
CT4 = 70 volt
Dengan suhu
CT1 = 100 C, CT2 = 180 C,
CT3 = 240 C ,CT4 = 290 C
Jika heater methanol 100 C
maka nyalakan pompa methanol
Idle
Nyalakan heater
reaktor (290 C)
Tidak
dialirkan N2
Sample
(methanol, biodiesel dan
gliserol)
Timbang
Sample
Evaporator Sample
dengan suhu 64.5 C
Timbang Sample
biodiesel dan
gliserol
Gambar 9 Diagram pengujian pada alat biodiesel non katalitik
Simulasi CFD Penggunaan Obstacle pada Produksi Biodiesel Non-katalitik
Simulasi CFD dilakukan untuk memberikan gambaran geometri serta
menganalisa aliran fluida, sehingga dapat memvisualisasikan distribusi fluida
pada penggunaan obstacle. Prosedur simulasi CFD dimulai dengan pembuatan
geometri dimensi reaktor kolom gelembung dari alat Non-Catalytic Reaction
Biodiesel Plant Model, rancangan National Food Research Institute (NFRI)
16
Japan) dengan menggunakan software pendukung ANSYS FLUENT yaitu
GAMBIT. Setelah pembentukan dimensi geometri, maka dilanjutkan dengan
proses meshing. Meshing merupakan ikatan-ikatan pembentukan geometri,
dimana mesh yang biasa diterima agar iterasi berjalan dengan baik adalah harus
memiliki worst element