PENENTUAN SPESIFIKASI REAKTOR

PENENTUAN SPESIFIKASI REAKTOR
PADA SINTESA BIODISEL DARI MINYAK JARAK

I. PENDAHULUAN

Penggunaan energi di Indonesia, sampai saat ini masih tergantung pada minyak bumi; yaitu sebesar 38% dari total energi, 33% menggunakan batu bara, 16% menggunakan gas bumi, 10% hidrokarbon dan 3% dari lain- lain sumber. Sementara itu cadangan ebergi di Indonesia dan Dunia terbatas, sedangkan kebutuhan manusia akan energi, semakin lama semakin meningkat. Kelangkaan BBM ,e,icu pemerintah untuk mengimpor minyak mentah dari luar negeri, berarti akan berakibat naikknya harga BBM di Indonesia. Disamping bangsa Indonesia harus membeli BBM dengan harga mahal, kenaikkan BBM akn menyebabkan kenaikan harga kebutuhan hidup di Indonesia ( Hilyati, 2003). Namun demikian, disisi lain, kelangkaan BBM di Indonesia dapat dijadika pemicu pencarian berbagai sumber energi alternatif.

Negara Indonesia merupakan Negara agraris, sekitar 70% penduduknya bermata pencaharian sebagai petani. Dengan keadaan seperti ini banyak penelitian telah dilakukan untuk membuat bahan bakar minyak yang bersumber dari minyak nabati. Salah satu tanaman yang dapat diubah menjadi bahan bakar minyak (biodisel) adalah tanaman jarak pagar (Jatropha curcas). Dalam setiap gram biji jarak, mengandung 59 -70 % minyak, 15 – 2- % protein dan 5- 10 % Karbohidrat. Minyak jarak diperolh dengan cara mengeringkan biji jarak pagar ( biasanya memakai tenaga sinar matahari) . Setelah itu dipres atau ditempa, sehingga keluar minyak yang disebut dengan minyak jarak mentah (crude castor oil), selanjutnya diolah, den diperoleh minyak jarak murni.(Masromin dan Iit Rudiarso, 2004).

                        Biodisel adalah energi yang terbarukan, yang tidak akan habis, selama masih tersedia bahan bakunya, merupakan energi yang ramah lingkungan, karena mampu mengeliminasi emisi gas buang, karena tidak mengandung gas SO₂ dan PbO. Dan dengan didirikannya industri biodisel, akan meningkatkan kesejahteraan rakyat Indonesia (menyerap banyak tenaga kerja), disamping itu sintesa biodisel dari minyak jarak merupakan proses yang  mudah./ sederhana.

                        Meskipun sintesa biodisel dengan bahan dasar minyak jarak termasuk katagori proses yang mudah, namun agar  diperoleh hasil yang optimal, perlu dipikirkan  aspek perancangan terhadap alat- alat yang digunakan.  Salah satu alat yang digunakan dalam sintesa biodisel menjadi minyak jarak adalah Reaktor.  Makalah ini membahas mekanisme penentuan spesifikasi reaktor pada sintesa biodisel daeri minyak jarak.

                                      

II.    PEMBAHASAN

A. Biodisel

Secara sederhana, biodisel didefinisiskan sebagai bahan baka alternative yang diproduksi  dari bahan baku yang terbarukan, selain dari bahan baku minyak bumi. Penggunaan biodisel memberikan beberapa keuntungan , antara lain adalah: (1) tidak memerlukan modifikasi mesin disel yang telah ada, (2) menghasilkan emisi CO₂, SO₂, CO dan hidrokarbon yang lebih rendah dibandingkan dengan emisi petroleum disel, (3) tidak memperparah efek rumah kaca, (4) kandungan energi hampir sama dengan kandungan energi petroleum disel, (5) bilangan setan lebih tinggi dari pada petroleum disel , (6) penyimapan mudah, karena kekentalannya rendah, (7) termasuk bahan bakar yang terbarukan, (8) biodegradable dan  tidak beracun.  

B. Sintesa biodisel dari minyak jarak

                        Minyak jarak tidak bisa digunakan secara langsung sebagai bahan bakar cair, karena memliki kekentalan yang tinggi dan angka setan yang rendah. Oleh karena itu, harus diubah menjadi senyawa lain , agar kekentalan rendah dan angka setannya tinggi. (  Soerawidjaja, 2003).  Menurut Prakoso, dkk. ( 2003), salah satu cara untuk mengubah minyak jarak menjadi senyawa yang  dapat digunakan sebagai bahan bakar minyak (biodisel) adalah dengan reaksi transesterifikasi. Alkil Ester yang terdapat  dalam minyak jarak, direaksikan dengan metanol, dengan mengggunakan katalis larutan NaOH, akan menghasilkan ester (biodisel) dan gliserol. Reaksi yang terjadi mengikuti persamaan reaksi sebagai berikut.

CH2 – OOC – R1                              R1 – COO – R’      CH2 - OH

                                                    Kat

CH2 – OOC – R2   + 3 R’OH --à   R2 – COO – R’ +   CH2 - OH

CH2 – OOC – R3                               R3 – COO – R’     CH2 - OH

 Trigliserida               Etanol              Ester                    Gliserol

            Hasil yang keluar dari reaktor, berupa biodisel kotor, yang merupakan campuran dari biodisel, gliserol dan NaOH . Campuran ini dimurnikan dalam  sentrifuse, untuk menghilangkan gliserol dari campuran. Untuk mendapatkan biodisel dengan kemurnian tinggi, bahan yang keluar dari sentrifuse, dimasukkan ke dalam menara distilasi.   Menurut Sukarsono,(2007), industri biodisel dengan bahan dasar minyak jarak mempunyai prospek yang cukup cerah.

 C.  Penentuan Spesifikasi  Reaktor pada Sintesa Biodisel dari Minyak Jarak

Reaktor ynag digunakan dalam sintesa biodisel dari etanol berupa Reaktor Alir tangki Berpengaduk (RATB), yang beroperasi pada suhu 60 ⁰C dan tekanan 1 atm. Karena sifat reaksi adalah eksotermal, maka untuk mengendalikan suhu operasi, reaktor dilengkapi dengan jaket pendinginSpesifikasi reaktor yang digunakan pada sintesa biodisel dari minyak jarak meliputi: 1). ukuran tangki ( volume, diameter, tinggi, tebal tangki, serta ukuran tutup reaktor/ head) ,  2) sistem pengadukan ( diameter pengaduk,  kecepatan putaran pengaduk, dan daya motor pengaduk),  dan 3) ukuran jaket pendingin.

1)      Ukuran Tangki

(1). Volume reaktor dihitung dengan persamaan = Vt = Vc x Fd

Dengan : Vc   = Volume bahan  dalam reaktor = Fv x t

    Fv   = kecepatan volumetrik bahan  masuk reaktor = Fm/ Rc

                Fm  = Kecepatan masa yang masuk 

                       = masa ( Minyak jarak + Etanol + NaOH + Air)

           =  801, 891 kg/ jam 

     t     = waktu tingal bahan dalam reaktor = 2 jam

                Fd   = Faktor design = 1,2

                R camp = 915,213 kg/m3

Hasil perhitungan adalah:

Vc = 878,18 liter/jam x 2 jam  = 1752,36 liter

Sehingga  Vt = 1752,36 liter x 1,2 = 2102, 832 liter = 2,10 m³

(2). Menghitung diameter tangki ( Dt)

Diambil rasio antara (tinggi/ diameter) tangki = (Ht/Dt) = 1,5/1

Volume  reaktor total = vol tangki + vol tutup  = Vt + Vh

Dengan Vh = volume tutup reaktor

Setelah dihitung, didapatkan Dt = 1,13 m

(3). Menghitung tinggi tangki (Ht)

Tinggi tangki = Ht = 1,5 Dt + 0,5 Dt = 2,26 m

(4). Menghitung tebal tangki (Tt)

Tebal dinding reaktor dihitung dengan persamaan:

Tt = (P x ri) / ((f x E) – (0,6 P)) + C

Dengan P = Tekana dalam reaktor = 22,05 psi

             ri = jari- jari tangki = 0,5 (1,13) m = 0,5 (44,768) in = 22,335 in

                f =  13750 psi (Brownell and Young, 1979: 254)

               E = 0,80  ( Brownell andYoung, 1979: 254)

               C = faktor keamanan design

                   = 0,125 ( Brownell and Young, 1979: 254)

Setelah dihitung, diperoleh harga Tt = 0,1698 in,

Digunakan Tt = 0,25 in ( Brownell and Young, 1979: 93)

(5) Tebal tutup reaktor tebal tutup tangki = Th

Dihitung dengan persamaan : ((2.P.ri)/ (2f.E – 0,2P)) + C

Setelah dihitung diperoleh harga Tt = 0,1697 in = 0,17 in.

 2)  SistemPengadukan

(1)   Diameter pengaduk, (Dp)

Diameter pengaduk dihitung dengan persamaan: Dt/Dp = 3/1

Sehingga Dp = 1,13/3 m = 0,37 m

(2)   Kecepatan putaran pengaduk = N =  181 rpm

Kecepatan putaran pengadk dihitung dengna persamaan :

N = (WELH/ 2 Dp) ^0,5 x (600/ p Dp)

Dengan WELH = Water Equivalent Liquid Height

                            = ( r cairan/ r air) x Dt

                      Dp = Diameter pengaduk = 0,37 m = 1,24 ft

                      r cairan = 92,20 km/ m3

                      r air       = 999,972 kg/m3

Setelah dihitungdiperoleh WELH = 3,433 ft

Sehingga N = 181 rpm = 3,0183 rps

                       

(3)   Daya motor pengaduk (Dhp)

Daya yang diperlukan oleh motor pengaduk dihitung dengan persamaan:

Dhp = P₀.N³. r. Dp⁵/ g_c

Dengan: Dhp = daya motor pengaduk = hp

                Po = Fungsi bilangan Reynolds = 5,5

     g_c  = Percepatan gaya gravitasi = 32,2 ft/sec²

    Dp = Diameter pengaduk

      N = Kecepatan putaran pengaduk = 181 rpm = 3,0183 rps.

 Setelah dihitung, diperoleh harga Dhp = 795,839 lb. ft/ sec = 1,4469 Hp

Bila diambil efisiensi motor E = 81,5 % ( Peters & Timmerhausse, 2003)

Maka Dhp = 1,4469/ 0,815 = 1,77 hp

 3)  Ukuran Jaket Pendingin

(1)   Diameter jaket = Dj = 1,27 m,

Diameter jaket pendingin, ditentukan dengan persamaan:

Dj = Do + 2 L = ( Dt + 2 ts) + 2 L

    = 44,6748 in + (2 x 0,20525 in) + 2 x 2,5 in

    = 50,0853 in = 1, 272 m = 1,27 m

(2)   Tinggi jaket  ( Tj)

 Tinggi Jaket pendingin dihitung dengan persamaan:

 Tj = Lj + Bj

 Lj dihitung dengan persamaan: Lj = A –(P/4) Do²..

 Bj dihitung dengan persamaan : Bj = b + L + tj

 Dengan Tj = Tinggi jaket pendidngin, in

 Lj  = tinggi shell jaket, in

 Bj  = sumbu pendek head bottom , in

Do = diameter luar reaktor = 44,6748 in

 b   = tinggi tutup reaktor  = 11, 1685 in ( dihitung sebelumnya)

L    = Jarak antara dinding reaktor dengan jaket = 2,5 in (dihitung sebelumnya)

Berdasarkan  persamaan di atas, setelah dihitung, diperoleh harga Tj =  0,74 m