dxdt = k dxdt = k dxdt = k

1. dxdt = k

1 [TG] [M] 28 o C y = -0,0136x R 2 = 0,9395 60 o C y = -0,0251x R 2 = 0,9313 45 o C y = -0,0182x R 2 = 0,9598 70 o C y = -0,0287x R 2 = 0,9185 -0,8000 -0,7000 -0,6000 -0,5000 -0,4000 -0,3000 -0,2000 -0,1000 0,0000 5 10 15 20 25 30 35 Waktu menit 13[T]o-[Mo] ln [M]o[T][[M][To]

2. dxdt = k

1 [TG] 2 [M] 70 o C y = 0,083x R 2 = 0,9164 45 o C y = 0,049x R 2 = 0,8562 28 o C y = 0,0309x R 2 = 0,8615 60 o C y = 0,0805x R 2 = 0,9049 -3,00 -2,50 -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 5 10 15 20 25 30 35 Waktu menit 1Mo-To1T-1To +1To-Mo 2lnMoTToM

3. dxdt = k

1 [TG] [M] 2 60 o C y = -0,0909x R 2 = 0,9044 45 o C y = -0,0545x R 2 = 0,8687 70 o C y = -0,0881x R 2 = 0,9216 28 o C y = -0,035x R 2 = 0,8718 -3,00 -2,50 -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 5 10 15 20 25 30 35 Waktu menit 1To-Mo1M- 1Mo + 1Mo-To 2lnToMMoT nT =1 dan nM=1 nT =2 dan nM=1 nT =1 dan nM=2 Suhu o C k 1 liter mol menit R 2 k 1 liter mol menit R 2 k 1 liter mol menit R 2 28 0,0136 0,9395 0,0309 0,8615 0,0350 0,8718 45 0,0182 0,9598 0,0490 0,8562 0,0545 0,8687 60 0,0251 0,9313 0,0805 0,9049 0,0909 0,9044 70 0,0287 0,9185 0,0830 0,9164 0,0881 0,9116 Berdasarkan gambar dan tabel tersebut nilai k dan R 2 yang paling konsisten diperoleh pada ordo dua. Tetapan laju reaksi transesterifikasi pada suhu 341 K, 333K, 318 K dan 301 K masing-masing berturut-turut adalah 0,0287 liter mol menit, 0,0251 liter mol menit, 0,0182 liter mol menit dan 0,0136 liter mol menit. Cheng et al. 2004 mengukur tetapan laju reaksi transesterifikasi pada minyak sawit dengan nisbah molar metanol terhadap minyak 6:1. suhu 60 o C, kecepatan pengadukan 350 rpm dan katalis NaOH 0.125 molkg dengan menggunakan ordo dua diperoleh nilai k sebesar 0.097 liter mol menit. Model Kinetika Transesterifikasi Berdasarkan Persamaan arhenius k 1 = A exp –EaRT. Ea ln k 1 = ln A – RT EA R -ln k 1 = – C T Y = a x – C dengan gradien a = –EaR dan x = 1T. k 1 : tetapan laju reaksi Ea : energi aktivasi R : tetapan gas= 1,987 cal g mol K T : suhu mutlak A : tetapan proporsionalitas yang besarnya tergantung dari frekuensi tumbukan dan orientasi molekol selama tumbukan Berdasarkan persamaan di atas maka energi aktivasi suatu reaksi kimia adalah slope kemiringan dari grafik linier antara -lnk 1 dengan 1T. Penentuan energi aktivasi proses transesterifikasi antara minyak sawit dan metanol dengan katalis NaOH menggunakan grafik linier hubungan antara ln k 1 dengan 1T dilakukan oleh Noureddini dan Zhu 1997, Darnoko dan Cheryan, 2000 dan Cheng et al. 2004. Grafik hubungan antara -ln k 1 dengan 1T proses transesterifikasi pada suhu 303 K, 318 K dan 333 K sebagai berikut: y = 1879,8x - 1,9355 R 2 = 0,9949 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000 0,0028 0,0029 0,0030 0,0031 0,0032 0,0033 0,0034 Waktu menit -l n k Hubungan antara –ln k 1 dengan 1T pada proses transesterifikasi minyak biji nyamplung Berdasarkan gambar tersebut diperoleh persamaan y =1879,8x – 1,9355 dengan R 2 = 0,9949 dengan demikian diperoleh ln A = 3,473 dan nilai EaR adalah 1879,8 maka: Ea = 3735,2 cal mol K = 3,752 k cal mol K A = 6,9 liter mol menit Sehingga persamaan tetapan laju reaksi k dan laju reaksi r transesterifikasi minyak nyamplung adalah : -ln k 1 = EaR 1T - ln A k 1 = A exp EaRT k 1 = 6,9 exp -EaRT k 1 = 6,9 exp -1879 ,8 T , Dengan model tersebut dapat ditentukan nilai k 1 pada berbagai suhu dalam kisaran suhu percobaan 301 K- 343 K misalnya apabila digunakan suhu 325 K maka diperoleh nilai k 1 sebesar 0,0213 liter mol menit. ` Lampiran 15 Perhitungan waktu tinggal proses transesterifikasi -1 1 1 t = 1 k 1 ln ln 3 [TG]o -1 [M]o [TG]o - x [M]o - 3x A B k 1 = 0.0251 Mo = 4.7429 [TG]o = 0.7905 [TG] = 0.100 M = 2.099 ME = 2.659 A = 0.42168527 B = 1.252205448 kt = 0.528036592 t = 21.03731 menit Lampiran 16 Hasil pengujian karakteristik biodiesel dari minyak biji nyamplung di Lemigas Jakarta dan Laboratorium Pengujian VEDCA Lampiran 17 Data dasar untuk perancangan proses

A. Data produk berdasarkan model kinetika esterifikasi

Model tetapan laju reaksi yang diperoleh tahapan penelitian esterifikasi = k = A exp -EaRT -k = 537,4 Ekp 2618T atau -ln k = EaR 1T - ln A = 2618T -6,286 Berdasarkan model, maka dapat ditentukan nilai k pada berbagai rentang suhu percoaan misalnya : T = 333 K T = 318 K 2618T = 7,862 2618T = 8,233 -lnk = 1,58 -lnk = 1,95 ln k = -1,58 ln k = -1,95 k = 0,207 lmol K k = 0,143 lmol K Jika menggunakan suhu 333 K maka diperoleh nilai k = 0,207 liter mol K sedangkan apabila digunakan suhu 318 K maka diperoleh nilai k = 0,143 lmol K Nilai k dimasukkan pada persamaan kinetika reaksi ordo dua untuk memperoleh konsentrasi produk Kadar ALB akhir esterifikasi kt = 1 [ALB]t - 1ALB]o 1 [ALB]t = kt+ 1ALB]o [ALB]t = 1 kt+ 1ALB]o T = 333 K T = 318 t = 25,0 menit t = 25,0 menit k = 0,2093 lmol-menit k = 0,1427 lmol-menit [ALB]o = 0,890 mol [ALB]o = 0,890 mol = 26,76 = 0,89 [ALB]t = 0,1573 mol [ALB]t = 0,2131 mol = 4,46 = 6,41 Apabila menggunakan suhu esterifikasi 333 K maka akan diperolah konsentrasi ALB akhir esterifikasi 4,73 data ini dimasukkan dalam pembuatan diagram alir kuantittatif maupun simulasi proses dengan HYSYS. B. Data produk berdasarkan model kinetika tranesterifikasi k = A exp -EaRT -k = 6,9 exp -1879T atau -ln k = EaR 1T - ln A = 1879T - 1,9355 T = 333 K T = 318 K 1947,9T = -1879,8 1947,9T = -1879,8 -lnk = -5,64505 -lnk = -5,91132 ln k = 6,9 ln k = 6,927507 k = 0,0245 liter mol menit -1 k = 0,0188 liter mol menit -1 Jika menggunakan suhu 333 K maka diperoleh nilai k = 0,0245 liter mol menit -1 sedangkan apabila digunakan suhu 318 K maka diperoleh nilai k = 0,0188 menit -1 Dari tahapan penelitian kinetika juga telah diperoleh data bahwa ordo reaksi dua maka konsentrasi trigliserida setelah transesterifikasi dapat dihitung dengan rumus berikut: -1 [TG] [M]o k 1 t = 1k ln 3 [TG]o -1[M]o [TG]o [M] [TG = [TG]o –x, [M] = [M]o – 3 x dan x adalah konversi molliter Suhu 333 K k 0,0245 liter molmenit Mo 4,7429 liter mol TGo 0,7905 liter mol TG ? liter mol Diperoleh TG = 0,0948 mol liter x = 0,6957 molliter setara dengan pembentukan kadar metil ester 2,087 molliter. Karena kadar metil ester awal sebesar 0,75 molliter maka kadar metil ester akhir transesterifikasi sebesar 2,838 molliter 96. Data ini dimasukkan dalam pembuatan diagram alir maupun simulasi proses dengan HYSYS. C. Ringkasan data yang digunakan untuk perancangan No Data Sumber Data 1 Pengeringan biji 50-60 o C, 1 atm selama 8 jam Penelitian pendahuluan 2 Pengepresan suhu 60 o C, tekanan 20 ton diulang dua kali Penelitian pendahuluan 3 Kondisi proses degumming: Penelitian pendahuluan • Suhu 80 o C, waktu 15 menit, asam fosfat 20 sebanyak 0,3 vb, pencucian. • Suhu pencucian air hangat 60 o C • Pengeringan vakum 80 o C tekanan 15 cm Hg 0,21 atm • Neraca massa dan Kebutuhan energi Perhitungan 4 Esterifikasi 1: • Nisbah molar metanol terhadap ALB 22,2: 1, Konsentrasi HCl 6 dari berat ALB Optimasi proses • 60 o C, 300 rpm, 1 atm • Waktu 25,2 menit Kinetika reaksi • Kadar ALB akhir esterifikasi Kinetika reaksi • Metanol recovery Penelitian Pendahuluan • Neraca massa dan Kebutuhan energi Perhitungan 5 Esterifikasi 2: Optimasi proses • Nisbah molar metanol terhadap ALB 40: 1, Konsentrasi HCl 10 dari berat ALB • 60 o C, 300 rpm, 1 atm • Kadar ALB akhir esterifikasi • Metanol recovery Penelitian Pendahuluan • Neraca massa dan Kebutuhan energi Perhitungan 6 Transesterifikasi • Nisbah molar metanol terhadap minyak sebagai triolein 6,3: 1, Konsentrasi NaOH1 • 60 o C, 400 rpm, 1 atm Optimasi proses • Waktu 15,2 menit Kinetika reaksi • Kadar metil ester akhir transesterifikasi Kinetika reaksi • Metanol recovery Penelitian Pendahuluan • Neraca massa dan Kebutuhan energi Perhitungan Lampiran 18. Neraca massa proses produksi biodiesel 18.1 Yield masing-masing tahapan proses No Tahapan Proses Pemisahan dan pemurnian Volume Produk 1. Pengepresan Dengan alat kempa hidrolik kekuatan 20 ton 5000 gram biji menghasilkan 2375 gram kernel basah atau 1781 gram kernel kering atau 876 gram minyak Dihasilkan minyak kasar 876 gram. Yield = 17,52 . 2. Proses Deguming: Minyak 500 gram Pereaksi : asam fosfat konsentrasi 20 sebanyak 3,5 vb 17,5 ml Pencucian dengan air hangat suhu 60 o C dan pengeringan vakum Air 1752 gram Dihasilkan minyak degumming 480 gram Yield = 480500100 = 96 3. Proses esterifikasi 1 Minyak 500 gram kadar ALB =26,76 Nisbah molar metanol terhadap ALB 20:1 Metanol =303,7 gram, HCl : 8,3 gram Dekantasi dan pengeringan vakum Metanol bereaksi = 32 x 26,76 x 500 282 = 15,18 gram Metanol sisa = 20-1 x 32 x 26,76 x 500 282 = 288,5 gram Hasil distilasi metanol 279,5 gram Metanol hilang = 288,5 – 279,5 gram = 9 gram Dihasilkan minyak 489 gram 97,8 dengan kadar ALB 4,46 dan metil ester 22,3 Yield = 26,76- 22,326,76 100 =83,3 Recovery metanol = 90 dari metanol awal atau 95 dari metanol sisa 4. Proses esterifikasi 2 Minyak 500 gram kadar ALB = 4,46 Metanol 104,4 gram, HCl : 18,4 gram Dekantasi dan pengeringan vakum Metanol bereaksi = 32 x 4,46 x 500 282 = 2,53 gram Metanol sisa = 40-1 x 32 x 4,46 x 500 282 = 101,8 gram Hasil distilasi metanol = 96 gram Metanol hilang = 101,8 – 96 gram = 5,8 gram Dihasilkan minyak 489 gram 97,8 dengan kadar ALB 2,32 dan metil ester 24,4 . Yield = 4,46- 2,32100 = 47,9 Recovery metanol = 94 dari metanol awal atau 97 dari metanol sisa. 5. Proses transesterifikasi Minyak 500 gram kadar ALB = 2,32 Kadar Metil oleat 24,4 Kadar trigliserida sebagai triolein 73,43 Metanol 79,61 gram, NaOH: 3,7 gram Dekantasi dan pengeringan vakum Metanol bereaksi = 3x 32 x 0,7343500 885,46 = 39,85 gram Metanol sisa = 6-3 x 32 x x 500 282 = 39,85 gram Hasil distilasi metanol = 35,9 gram Metanol hilang = 39,85 – 35,9 gram = 3,95 gram Dihasilkan biodiesel 441 gram 84,8 dengan kadar metil ester 96 Yield = 441500100=88,3 Recovery metanol = 47 dari metanol awal atau 94 dari metanol sisa. 18.2.Neraca massa proses ekstraksi minyak secara mekanis Tahapan Proses Input g Output g Pengupasan Biji nyamplung 1000 Kulit 525 Kernel basah 475 Pengeringan Kernel basah 475 Air 114,7 Kernel kering 360,3 Pengepresan Kernel kering 360,3 Ampas 173,8 Endapan palmitin stearin 11,2 Minyak Nyamplung 175,2 18.3.Neraca massa proses produksi biodiesel dari minyak nyamplung kasar Tahapan Proses Input g Output g Degumming Minyak Nyamplung 1.000,0 Asam fosfat 7,1 Air Hangat 60 oC 2.000,0 Minyak Nyamplung bersih 981,7 Air kotor 2.025,3 Pengeringan Minyak Nyamplung bersih 981,7 Air 21,7 Minyak nyamplung kering 960,0 Esterifikasi 1 Gliserida Fraksi minyak selain ALB dan ME 703,1 Asam lemak bebas asam oleat 256,9 HCl 15,4 Metanol 583,0 Metil oleat 210,9 Asam oleat sisa 42,2 Air 526,9 Metanol sisa 100,5 Kotoran katalis, pewarna, air dll 692,6 Gliserida 210,9 Tahapan Proses Input g Output g Esterifikasi 2 Gliserida 693 Asam lemak bebas asam oleat 42 HCl 211 Metanol 4 Metil oleat 191 Asam oleat sisa 231 Air 22 Metanol sisa 180 Kotoran katalis, pewarna, air dll 17 Gliserida hasil 691 Transesterifikasi Metil oleat 231 Asam oleat sisa 22 Gliserida hasil 691 NaOH 7 Metanol 150 Gliserol 113 Metanol resirkulasi 71 Biodiesel kotor 896 Kotoran sabun, sisa katalis 19 Pencucian Biodiesel kotor 896,4 Air suhu 60 oC 1.792,9 Asan asetat 0,033 Air kotor 1.838,6 Biodiesel bersih 850,5 Pengeringan 0,00 0,00 Biodiesel bersih basah 850,5 Air - 16,0 Biodiesel - 834,5 Lampiran 19 Perhitungan energi proses produksi biodiesel 19.1 Pengeringan biji Kadar air awal = 28 Kadar akhir = 6 Umpan = 475 g Produk = 360 g T.umpan masuk = 30 o C T. udara pengering = 60 o C Suhu operasi = 60 o C Data udara : Cp = 0,237 Kcalkg o C Densitas = 1,1493 kgm3 Data Uap air 60 o C = Enthalphi = 575,42 Kcalkg Densitas uap 60 o C = 0,0511 kgm3 Uap air = 0,1147 Kg Jumlah Panas yang dibutuhkan Q = LamdaMair 79,21 Kcal 331.412,3 J 19.2 Proses Degumming Asumsi : • Suhu air, minyak nyamplung awal 30 o C • Degumming dilakukan pada suhu 80 o C Minyak hasil degumming Minyak nyamplung 1 = Pemanasan pengaduan 80 o C, 15 menit, 1 atm Air 2 = Pencucian 60 o C, 1 atm Asam fosfat larutan asam fosfat sebanyak 0,3 vw Gum, air dan fosfat i Minyak kasar Minyak degumming kotor E 3 E 4 E 5 3 = Pengeringan 80 o C, 16 cm Hg • Tekanan proses degumming, pencucian 1 atm dan pengeringan 0,21 atm 16 cm Hg • Panas reaksi total Q ditentukan dengan menggunakan hukum Hess Perhitungan energi dilakukan dengan menggunakan persamaan= panas masuk + Q panas = panas keluar + panas reaksi Q panas = panas keluar − panas masuk + panas reaksi = ΔH out + ΔH in + ΔH reaksi Proses degumming ΔH reaksi antara fosfat dengan gum sangat kecil sehingga diabaikan. Energi digunakan untuk menaikan suhu minyak pada proses pemanasan, menaikan suhu air pada proses pencucian dan penguapan air pada proses pengeringan. Q panas = ΔH out − ΔH in = Δt = T−T ref , T ref = 25 o C n n ∑ m o C Po Δt o − ∑ m i C Pi Δt i 1 1 30 o C 80 o C 25 o C 30 o C 60 o C 25 o C 30 o C 80 o C 25 o C Pemanasan dan pengaduan Pengeringan Pencucian Pemanasan dan pengadukan Pemanasan minyak Panas masuk heater Massa g Cp Jg o C ΔT o C ΔH J Komponen Minyak nyamplung 1000 3,45 5 17.250,0 Asam fosfat 7,1 1,522 5 53,7 Total 17.303,7 Panas keluar heater Minyak nyamplung 1.000,0 3,45 55 189.750,0 Asam fosfat 7,1 1,522 55 590,9 Total 190.340,9 Kebutuhan Panas Q 173.037,2 Pencucian Panas masuk heater Komponen Air 2.499,4 4,1856 5 52.307,4 Panas keluar heater Air 2.499,4 4,1856 30 313.844,7 Kebutuhan panas Q 261.537,2 Pengeringan Panas masuk heater Komponen Air 21,7 4,1856 5 453,9 Minyak nyamplung 960,0 3,45 5 16.560,0 Panas keluar heater Air 21,7 4,1856 50 4.539,2 Minyak nyamplung 960,0 3,45 50 151.073,8 Total 155.613,0 Kebutuhan panas Q 137.979,6 Kebutuhan panas Q degumming 572.554,0

2. Proses Esterifikasi

Reaktor esterifikasi Asam oleat, triolein, Metanol + HCl ME, triolein dan sisa asam lemak bebas Metanol, air, komponen terlarut Asumsi : • Reaksi berlangsung pada suhu 60 o C • Tekanan 1 atm • Panas reaksi total Q ditentukan dengan menggunakan hukum Hess Perhitungan energi dilakukan dengan menggunakan persamaan= panas masuk + Q panas = panas keluar + panas reaksi Q panas = panas keluar + panas reaksi − panas masuk = ΔH out −ΔH in + ΔH reaksi` Δt = T-T ref , T ref = 25 o C Panas digunakan untuk menaikan suhu dan untuk reaksi.

2.1. Esterifikasi 1

Umpan masuk: Gliserida 0,79 mol 703,1 g ALB sebagai asam oleat 0,91 mol 256,9 g Metanol 18,22 mol 583,0 g HCl 0,41 mol 15,4 g Produk keluar ALB sebagai asam oleat 0,16 mol 42,2 g Metanol 16,47 mol 526,9 g Air dan kotoran lain 5,58 mol 100,5 g Metil ester sebagai metil oleat 0,71 mol 210,9 g Gliserida 0,78 mol 692,6 g Menaikkan suhu reaktan Komponen Massa g Cp Jg o C ΔT o C ΔH J Panas masuk heater Minyak nyamplung 960,00 3,45 5 16.560,0 Metanol 582,99 2,533 5 7.383,5 Asam klorida 15,41 1,522 5 117,3 Total 24.060,8 Panas keluar heater Minyak nyamplung 960,00 3,45 35 115.920,0 Metanol 582,99 2,533 35 51.684,5 Asam klorida 15,41 1,522 35 821,0 Total 147.540,8 Kebutuhan panas Q 123.480,0 Panas reaksi n n n n ∑ m o C Po Δt o − ∑ m j C Pi Δt i + [ ∑ m p C Pp Δt p − ∑ m r C Pr Δt r ] 1 1 1 1