ESTERIFICATION REACTION KINETIC OF PALM FATTY ACID DISTILLATE (PFAD) INTO BIODIESEL WITH THE CATALYST SULFATEDZEOLITE-ZIRCONIUM

masduki, Ir. Sutijan, M.T., Ph.D.

2013 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Krisis energi karena menipisnya suplai minyak bumi mendorong manusia untuk berinovasi menciptakan sumber energi alternatif. Salah satu sumber energi alternatif adalah biodiesel. Kendala utama dari produksi biodiesel adalah bahan baku yang mahal, sehingga perlu dicari bahan baku yang murah. Salah satu bahan baku yang murah adalah Palm Fatty Acid Distilate (PFAD). Namun bahan baku yang murah mengandung asam lemak bebas yang tinggi membutuhkan katalis asam. Katalis asam cair menimbulkan masalah secara teknis dan ekonomi. Untuk menanggulangi masalah tersebut, dibutuhkan katalis padat. Pada penelitian ini, zeolit zirkonia tersulfatasi digunakan sebagai katalis pada reaksi esterifikasi PFAD menjadi biodiesel. Reaksi esterifikasi dengan variasi suhu dijalankan pada labu leher tiga yang dilengkapi pemanas, pengaduk dan pendingin balik. Cuplikan sebanyak 2 ml diambil pada interval 10 menit untuk mendapat data konversi tiap interval waktu tersebut dan digunakan untuk mempelajari kinetika reaksi. Pada penelitian ini juga dipelajari beberapa pengaruh seperti perbandingan mol FFA-metanol (1:5-1:12,5), dan penambahan katalis (1-5%). Kinetika reaksi esterifikasi PFAD menjadi biodiesel didekati dengan reaksi pseudo-homogen orde satu dan heterogen katalitik. Kedua model kinetika yang diusulkan menunjukkan kesesuaian dengan hasil eksperimen. Dari hasil perhitungan diperoleh energi aktivasi sebesar 11,592 kJ/mol dan faktor pre-eksponensial sebesar 5,816x 1016 s-1 untuk reaksi pseudo-homogen dan energi aktivasi sebesar 950,46 kJ/mol dan faktor pre-eksponensial sebesar 4,1129 x 1010 dm6.gkat-1.mol-1.s-1 untuk reaksi heterogen katalitik. Konversi maksimum sebesar 75,68% diperoleh pada waktu reaksi 80 menit, suhu reaksi 65oC, penambahan katalis sebessar 3% dan rasio PFAD:metanol = 1:10.

Energy crisis due to fossil fuel scarcity enforce human to create alternative energy source. One of the alternative energy is biodiesel. The main constrain in producing biodiesel is high cost feedstock, so that low cost feedstock is demanded. One of low cost feedstock is Palm Fatty Acid Distillate (PFAD). However this low cost feedstock contains high free fatty acid which required acid catalyst in its chemical process of producing biodiesel. Homogenous acid catalyst inflicts technical, economical and environmental problem. To overcome those problems heterogeneous catalyst is demanded. In this research sulfated zeolite-zirconium was used as catalyst in esterification reaction of PFAD into biodiesel. Esterification reaction in various temperatures was conducted in three neck flask equipped with heater, stirrer and cooling reflux. Sample as 2 ml was taken every 10 minutes to obtain the conversion data of its interval and was used to study the reaction kinetic. In this research it was also studied the effect of reactant mol ratio (1:5-1:12,5) and catalyst loading (1-5%). Esterification reaction kinetic of PFAD into biodiesel was approximated by first order pseudo homogenous and second order catalytic heterogeneous reaction model. Both model proposed exhibit suitability to the experiment data. From the mathematic calculation it was obtain the activation energy as 999,99 kJ/mol and pre exponential factor as 4,3771 x 1013 s-1for pseudo homogenous and activation energy as 950,46 kJ/mol and pre exponential factor as 4,1129 x 1010 dm6.gkat-1.mol-1.s-1 for catalytic heterogeneous. The maximum conversion as 75,68% was obtain at the reaction time of 80 minute, reaction temperature of 65oC, catalyst concentration of 3% and PFAD to metanol molar ratio of 1:10.

Kata Kunci : Biodiesel, kinetika, esterifikasi, palm fatty acid distillate, zeolit zirkonia tersulfatasi.