STUDI PRODUKSI DAN ANALISIS TERMODINAMIKA BIOADITIF DARI GLISEROL DAN ASAM ASETAT DENGAN REACTIVE DISTILLATION

ZAHRUL MUFRODI, S.T., M.T., Prof. Ir. Arief Budiman, M.S., D.Eng.; Prof. Ir. Rochmadi, SU, Ph.D; Ir. Sutijan, S.U., Ph.D.

2014 | Disertasi | S3 ILMU TEKNIK KIMIA

Pemerintah berusaha mengantisipasi kebutuhan bahan bakar di Indonesia. Upayaupaya penghematan dan pencarian energi alternatif terus digalakkan. Salah satunya meningkatkan penggunaan energi baru dan terbaharukan berupa energi air, angin, bioenergi, matahari, laut, dan panas bumi. Bioenergi yang sekarang banyak dikembangkan adalah biodiesel. Perkembangan industri biodiesel di Indonesia yang pesat, dibarengi kebijakan pemerintah yang tertuang dalam blueprint pengelolaan energi nasional yang merupakan amanat dari Perpres No. 5 Tahun 2006 menjadikan bertambah besarnya produksi biodiesel di Indonesia. Hasil samping biodiesel berupa gliserol tersedia melimpah sehingga perlu ada solusi pemanfaatan gliserol supaya hasilnya bermanfaat. Salah satunya dengan mengubah gliserol menjadi triasetin sebagai bioaditif bahan bakar. Studi sintesis triasetin dari gliserol dengan proses batch dalam penelitian ini dikembangkan untuk mendapatkan kondisi operasi dan kinetika. Pada penelitian ini juga dilakukan proses kontinyu menggunakan Reactive Distillation (RD). Penggunaan RD bertujuan untuk memisahkan air hasil reaksi sebagai distilat sehingga kecepatan reaksi akan bergeser ke arah pembentukan produk. Reaksi antara gliserol dan asam asetat menggunakan katalis asam sulfat dalam reaktor batch. Reaksi dijalankan pada variasi mol rasio katalis/gliserol 1,5 - 3,0%, suhu reaksi 100 - 120oC serta mol rasio asam asetat/gliserol sebesar 3/1- 6/1. Reaksi dilakukan selama 60 menit dengan pengambilan sampel setiap 5 menit. Pada proses kontinyu digunakan RD yang dilengkapi dengan 2 pipa input, reboiler, dan kondensor . Pengambilan hasil dilakukan setelah proses Steady state. Variabel proses : ketinggian bahan isian 19,5 - 58,5 cm, perbandingan mol reaktan asam asetat/gliserol 3/1 - 6/1. dan reflux ratio pada 0,4 - 0,6. Data yang dihasilkan dari proses batch disimulasikan dengan MATLAB untuk mendapatkan data kinetika reaksi. Data kinetika reaksi tersebut digunakan sebagai data proses simulasi menggunakan ASPEN PLUS. Simulasi didekati dengan dua model yaitu equilibrium (EQ) dan non equilibrium (NEQ). Sedangkan pada pengaruh suhu digunakan pendekatan model Arrhenius dan Power Low Kinetic (PLK). Keadaan optimum reaksi pada proses batch dicapai dalam waktu 25 menit, mol rasio katalis/gliserol 2,5%, suhu 115oC, dan mol rasio asam asetat/gliserol 5/1, deng an yield triasetin sebesar 14,1093%. Sedangkan untuk proses kontinyu, hasil triasetin yang tertinggi dicapai pada kondisi ketinggian bahan isian 58,5 cm, perbandingan mol reaktan asam asetat/ gliserol 5/1, dan reflux ratio sebesar 0,5 dengan yield triasetin sebesar 17,6868%. Model NEQ memiliki pendekatan yang lebih baik untuk menggambarkan proses di RD dibandingkan EQ. Kesalahan relatif simulasi untuk pendekatan NEQ sebesar 0,40%. Model Arrhenius lebih mewakili proses berlangsung dibandingkan PLK. Untuk variasi reflux ratio, kesalahan pendekatan dengan menggunakan model Arrhenius sebesar 0,4 0% dan untuk perbandingan mol asam asetat/gliserol kesalahannya 0,28%. Dari analisis termodinamika yang dilakukan disimpulkan Exergy loss (ExL) pada reboiler dan kondensor nilainya 100-200 kali lebih besar dibandingkan dengan ExL pada tray. Exergy loss karena reaksi kimia memiliki nilai yang paling kecil jika dibandingkan dengan ExL karena perubahan fase, perubahan suhu karena pemanasan maupun pendinginan, maupun perubahan konsentrasi. Kenaikan ExL total karena perubahan reflux ratio dari 0,5 menjadi 1,5 mengakibatkan kenaikan yield triasetin dan ExL total. Namun jika reflux ratio dinaikkan terus sampai 3, yield triasetin akan mengalami penurunan sedangkan ExL terus naik.

The government tries to anticipate the needs of fuel in Indonesia. Efforts to retrench fuel have also been done. New fuels and renewable energy that has been developed is water, wind, bioenergy, solar, ocean, and geothermal. Bioenergy which now widely developed is biodiesel. The development of biodiesel industry which has increased rapidly, was accompanied by government policies that are written in the blueprint of the national energy management, the blueprint is the mandate of the Presidential Decree No. 5 in 2006, make the biodiesel production grow rapidly. Glycerol as a by-product of the biodiesel industry avai;ab;e abundantly so it is necessary to study alternative uses. One is to process glycerol into triacetin which can be used as bioaditif. This research studies about triacetin synthesis of glycerol with the batch process to get the operation conditioon and the reaction kinetics. This research also studies continuous process using reactive distillation (RD). The use of RD primarily aims to separate the water from the mixture so that the reaction rate will be shifted to product formation. The reaction between glycerol and acetic acid using a batch reactor was done on variations of the mole ratio of catalyst / glycerol 1.5% - 3.0%, reaction temperature of 100 - 120oC, moles ratio of acetic acid / glycerol at 3/1 - 6/1 and reaction time of 60 minutes. Sampling was done every 5 minutes. The continuous process used RD equipped with two input pipes, reboiler and condensor. Sampling was done after steady state was achieved. The variable processes are height stuffing materials of 19.5 - 58.5 cm, mole ratio of acetic acid / glycerol of 3/1 - 6/1 and the reflux ratio of 0.4 - 0.6. Data generated from the batch process was simulated by MATLAB to obtain the data of reaction kinetics. The reaction kinetics data was used as input to the simulation process with ASPEN PLUS. Simulation is done using two approaches, namely equilibrium models (EQ) and non-equilibrium (NEQ). While at the influence of temperature used approach with two models: Arrhenius and Kinetic Power Low (PLK). The optimum condition is achieved when the batch reaction was run for 25 minutes, on the mole ratio of catalyst / glycerol of 2.5%, the temperature of 115oC and the mole ratio of acetic acid / glycerol 5/1, with a yield of triacetin obtained is 14.1093%. For the continuous process, highest yield of triacetin was achieved at height stuffing material of 58.5 cm, reactant mole ratio of acetic acid / glycerol of 5/1 and reflux ratio of 0.5 with a yield triacetin of 17.6868%. NEQ model has a better approach to describe the ongoing process in RD when compared with EQ model. The relative error of simulation for NEQ is 0.40%. the Arrhenius model has a better approach to describe the ongoing process in RD when compared with PLK approach. Using the Arrhenius model, the error approaches of reflux ratio is 0.4% and the error of mole ratio of acetic acid/glycerol is 0.28%. Thermodynamic analysis conclude that exergy loss in the reboiler and condenser is 100-200 times greater than the exergy loss in the tray. The exergy loss due to chemical reaction has the smallest value when compared with the exergy loss due to phase changes, temperature changes due to heating and cooling, as well as changes in concentration. The increase in the total exergy loss due to change in reflux ratio from 0.5 to 1.5 resulted in increased yield of triacetin and total exergy loss. However, if the reflux ratio is increased continuously until 3, yield of triacetin will decline while exergy loss continues to rise.

Kata Kunci : -