Lampiran 1 Data metode Joback Non ring increments –CH3 >CH2 >CH>C< .=CH2 =CH=C< =C= CH C-
TRIGLISERIDA Tripalmitate Gugus >CH2 –CH3 .-COO-(Ester) >CHTotal
Tc 1.41E-02 1.89E-02 1.64E-02 6.70E-03 1.13E-02 1.29E-02 1.17E-02 2.60E-03 2.70E-03 2.00E-03
nj 44 3 3 1
Pc -1.20E-03 0.00E+00 2.00E-03 4.30E-03 -2.80E-03 -6.00E-04 1.10E-03 2.80E-03 -8.00E-04 1.60E-03
nj*H -908.16 -229.35 -1013.76 29.89 -2121.38
nj*G 370.48 -131.88 -905.85 58.36 -608.89
Vc 65.00 56.00 41.00 27.00 56.00 46.00 38.00 36.00 46.00 37.00
nj*a -40.00 58.50 73.50 -23.00 69.00
Tb 23.58 22.88 21.74 18.25 18.18 24.96 24.14 26.15 9.20 27.38
Tf -5.10 11.27 12.64 46.43 -4.32 8.73 11.14 17.78 -11.18 64.32
∆H -76.45 -20.64 29.89 82.23 -9.63 37.97 83.99 142.14 79.30 115.51
∆G -43.96 8.42 58.36 116.02 3.77 48.53 92.36 136.70 77.71 109.82
∆a 19.50 -0.91 -23.00 -66.20 23.60 -8.00 -28.10 27.40 24.50 7.87
∆b -8.08E-03 9.50E-02 2.04E-01 4.27E-01 -3.81E-02 1.05E-01 2.08E-01 -5.57E-02 -2.71E-02 2.01E-02
∆c 1.53E-04 -5.44E-05 -2.65E-04 -6.41E-04 1.72E-04 -9.63E-05 -3.06E-04 1.01E-04 1.11E-04 -8.33E-06
∆d -9.67E-08 1.19E-08 1.20E-07 3.01E-07 -1.03E-07 3.56E-08 1.46E-07 -5.02E-08 -6.78E-08 1.39E-09
nj*b nj*c nj*d 4.18 -2.39E-03 5.24E-07 -0.02 4.59E-04 -2.90E-07 0.12 1.21E-04 -1.36E-07 0.20 -2.65E-04 1.20E-07 4.48 -2.08E-03 2.18E-07
51
52
Tristearate Gugus >CH2 –CH3 .-COO-(Ester) >CHTotal
nj 50 3 3 1
nj*H -1032.00 -229.35 -1013.76 29.89 -2245.22
nj*G 421.00 -131.88 -905.85 58.36 -558.37
nj*a -45.45 58.50 73.50 -23.00 63.55
nj*b 4.75 -0.02 0.12 0.20 5.05
nj*c -2.72E-03 4.59E-04 1.21E-04 -2.65E-04 -2.41E-03
nj*d 5.95E-07 -2.90E-07 -1.36E-07 1.20E-07 2.89E-07
Trioleat Gugus >CH2 =CH–CH3 .-COO-(Ester) >CHTotal
nj 44 6 3 3 1
nj*H -908.16 227.82 -229.35 -1013.76 29.89 -1893.56
nj*G 370.48 291.18 -131.88 -905.85 58.36 -317.71
nj*a -40.00 -48.00 58.50 73.50 -23.00 21.00
nj*b 4.18 0.63 -0.02 0.12 0.20 5.11
nj*c -2.39E-03 -5.78E-04 4.59E-04 1.21E-04 -2.65E-04 -2.66E-03
nj*d 5.24E-07 2.14E-07 -2.90E-07 -1.36E-07 1.20E-07 4.32E-07
Trilinoleat Gugus >CH2 –CH3 =CH.-COO-(Ester) >CHTotal
nj 38 3 12 3 1
nj*H -784.32 -229.35 25.08 -1013.76 29.89 -1972.46
nj*G 319.96 -131.88 135.60 -905.85 58.36 -523.81
nj*a -34.54 58.50 -25.68 73.50 -23.00 48.78
nj*b 3.61 -0.02 0.69 0.12 0.20 4.60
nj*c -2.07E-03 4.59E-04 -1.97E-05 1.21E-04 -2.65E-04 -1.77E-03
nj*d 4.52E-07 -2.90E-07 -1.91E-07 -1.36E-07 1.20E-07 -4.43E-08
METHYL ESTER Methyl palmitate Gugus nj >CH2 14 –CH3 2 .-COO-(Ester) 1 Total
nj*H nj*G -288.96 117.88 -152.90 -87.92 -337.92 -301.95 -779.78 -271.99
nj*a -12.73 39.00 24.50 50.77
nj*b nj*c 1.33 -7.62E-04 -0.02 3.06E-04 0.04 4.02E-05 1.35 -4.15E-04
nj*d 1.67E-07 -1.93E-07 -4.52E-08 -7.20E-08
Methyl stearate Gugus nj >CH2 16 –CH3 2 .-COO-(Ester) 1 Total
nj*H nj*G -330.24 134.72 -152.90 -87.92 -337.92 -301.95 -821.06 -255.15
nj*a -14.54 39.00 24.50 48.96
nj*b nj*c 1.52 -8.70E-04 -0.02 3.06E-04 0.04 4.02E-05 1.54 -5.24E-04
nj*d 1.90E-07 -1.93E-07 -4.52E-08 -4.82E-08
Methyl oleate Gugus >CH2 –CH3 =CH.-COO-(Ester) Total
nj*H nj*G -288.96 117.88 -152.90 -87.92 4.18 22.60 -337.92 -301.95 -775.60 -249.39
nj*a -12.73 39.00 -4.28 24.50 46.49
nj*b nj*c 1.33 -7.62E-04 -0.02 3.06E-04 0.11 -3.28E-06 0.04 4.02E-05 1.47 -4.19E-04
nj*d 1.67E-07 -1.93E-07 -3.18E-08 -4.52E-08 -1.04E-07
nj 14 2 2 1
53
54
Methyl linoleate Gugus >CH2 –CH3 =CH.-COO-(Ester) Total GLISEROL Gugus >CH2 >CH.-OH (Alkohol) Total
nj 12 2 4 1
nj 2 1 3
nj*H -247.68 -152.90 8.36 -337.92 -730.14
nj*G 101.04 -87.92 45.20 -301.95 -243.63
nj*H -41.28 29.89 -624.12 -635.51
nj*a -10.91 39.00 -8.56 24.50 44.03
nj*G 16.84 58.36 -567.60 -492.40
nj*b 1.14 -0.02 0.23 0.04 1.39
nj*a -1.82 -23.00 77.10 52.28
nj*c -6.53E-04 3.06E-04 -6.56E-06 4.02E-05 -3.13E-04 nj*b 0.19 0.20 -0.21 0.19
nj*d 1.43E-07 -1.93E-07 -6.36E-08 -4.52E-08 -1.59E-07
nj*c -1.09E-04 -2.65E-04 5.31E-04 1.57E-04
nj*d 2.38E-08 1.20E-07 -2.96E-07 -1.53E-07
T 300 ∆Hf (kJ/mol)-∆Gf (kJ/mol) Cp J/mol K) 27.01 70.72 41.47 98.18 112.24 13.03 -555.83 -513.72 50.14 -567.22 -438.52 113.76 1.24 kJ/kgK
TRIGLISERIDA TOTAL nj*H Tripalmitate -2121.38 Tristearate -2245.22 Trioleat -1893.56 Trilinoleat -1972.46
nj*G -608.89 -558.37 -317.71 -523.81
nj*a 69.00 63.55 21.00 48.78
nj*b 4.48 5.05 5.11 4.60
nj*c nj*d ∆Hf (kJ/mol) ∆Gf (kJ/mol) Cp J/mol K) -2.08E-03 2.18E-07 -2053.09 -555.01 1227.33 -2.41E-03 2.89E-07 -2176.93 -504.49 1365.43 -2.66E-03 4.32E-07 -1825.27 -263.83 1322.09 -1.77E-03 -4.43E-08 -1904.17 -469.93 1263.27 1.47 kJ/kgK
Methyl Ester Total nj*H Methyl palmitate -779.78 Methyl stearate -821.06 Methyl oleate -775.60 Methyl linoleate -730.14
nj*G -271.99 -255.15 -249.39 -243.63
nj*a 50.77 48.96 46.49 44.03
nj*b 1.35 1.54 1.47 1.39
nj*c -4.15E-04 -5.24E-04 -4.19E-04 -3.13E-04
nj*d ∆Hf (kJ/mol)-∆Gf (kJ/mol) Cp J/mol K) -7.20E-08 -711.49 -218.11 413.10 -4.82E-08 -752.77 -201.27 459.13 -1.04E-07 -707.31 -195.51 442.10 -1.59E-07 -661.85 -189.75 425.08 1.48 kJ/kgK
55
Lampiran 2 Prosedur pengujian alat produksi biodiesel non-katalitik setelah dirangkaikan dengan penukar panas No. Proses 1. Persiapan: - Nitrogen dialirkan ke dalam reaktor - Seluruh katup V1-8 ditutup - Ujung selang pengeluaran nitrogen dimasukkan kedalam gelas yang berisi air - Katup V1 dibuka dan dialirkan gas nitrogen - Minyak sawit diisikan kedalam reaktor melalui oil leveler - Katup V5 dibuka, setelah tidak ada lagi minyak yang keluar maka pengisian minyak dihentikan 2. Pemanasan Minyak: - Pemanas dihidupkan - Regulator pemanas Tr5 dihidupkan dan diatur tegangan pada 50 Volt 3. Pemanasan Metanol: - Suhu Tr1, Tr2, Tr3, Tr4 diatur sesuai suhu yang digunakan - Tegangan Tr1, Tr2, Tr3, Tr4 diatur sesuai dengan tegangan yang digunakan 4. Pengisian Metanol - Bukaan stroke diatur sesuai dengan laju aliran yang digunakan - Pompa metanol dinyalakan - Selang nitrogen dikeluarkan dari gelas yang berisi air - Setelah produk liquid dihasilkan dan tertampung dalam gelas penampung produk, tutup katup V1 untuk menghentikan laju aliran nitrogen 5 Percobaan - Apabila suhu reaktor sudah mencapai 100 oC. pompa dinyalakan untuk mengalirkan metanol - Pencatatan waktu ke-0 dimulai ketika suhu reaktor mencapai suhu target (290 oC)
6
Menghentikan Percobaan - Turunkan tegangan Tr1, Tr2, Tr3, Tr4 hingga mencapai 0 Volt - Selang nitrogen dimasukkan kedalam air - Setelah nitrogen mengalir keseluruh bagian
Keterangan Tekanan nitrogen yang dialirkan sebesar 0.3 – 0.5 Mpa
Minyak sawit yang digunakan sebanyak 200 ml
Maksimun suhu yang digunakan pada Tr5 adalah 290oC Besarnya tegangan yang digunakan bergantung pada suhu yang ingin dicapai Besarnya bukaan stroke untuk setiap laju aliran dapat diatur pada bukaan stroke pada pompa
- Kran pada tabung lalu harus segera ditutup setelah selesai mengambil produk - Produk hasil reaksi diambil setiap 30 menit sekali Minyak yang berlebihan ditampung dalam O2
56
7
pompa lalu dimatikan - Ditunggu hingga suhu mencapai suhu ruangan - Katup V5 dan V6 dibuka untuk mengeluarkan semua produk dari reaktor - Setelah semua produk keluar, katup V5 dan V6 ditutup - Semua sumber tegangan dimatikan - Aliran nitrogen dihentikan dengan menutup V1 Proses Pemisahan FAME dengan Metanol: - Alat yang digunakan adalah rotary evaporator, dengan suhu pengoperasian 45 oC dan tekanan 0.06-0.08 MPa.
Hasil dari destilasi didapatkan FAME+Gliserol serta Metanol yang telah terpisah.
57
Lampiran 3 Gambar desain alat penukar panas
Rancangan pipa keluar produk
Rancangan pipa aliran metanol
Pipa aliran produk (fluida panas)
Pipa aliran metanol (fluida dingin)
Alat penukar panas hasil rancangan
Alat penukar panas setelah diisolasi
58
Lampiran 4 Alat produksi biodiesel non-katalitik metode SMV dengan daur ulang panas
59
Lampiran 5 Produk hasil reaksi Laju alir MeOH (mL menit-1)
1.5
3.0
4.5
Produk sebelum dievaporasi
Produk setelah dievaporasi (metil ester)
60
Lampiran 6 Kesetimbangan massa berbagai laju alir metanol Kesetimbangan massa laju alir metanol 1.5 mL menit-1 Suhu reaksi
= 290 oC
Volume awal minyak
= 200 mL
Berat molekul (BM) MeOH = 32.042 g gmol-1 Densitas MeOH
= 0.79 g cm-3
Laju alir MeOH
= 1.5 mL menit-1 = 71.2 g jam-1 : 32.042 g gmol-1 = 2.22 gmol jam-1
Laju produksi biodiesel kotor = 3.65 g jam-1 Produktivitas of biodiesel
= (3.65/1000) kg/0.2 L jam-1 = 0.0182 kg L-1 h
Kadar ME dalam produk
= 72.8% w w-1
ME dalam produk
= 0.728 x 3.65 = 2.66 g jam-1
(BM ME adalah 287)
= 2.66/287 = 0.00925 gmol jam-1
Reaksi secara keseluruhan (per jam) adalah TG
+
3MeOH
→
GL
+
3ME 0.00925 gmol
Produksi gliserol (BM GL: 92) = 1/3 x 0.00925 gmol x 92 g gmol-1 = 0.284 g. Hasil percobaan, laju gliserol adalah 0.410 g jam-1, jadi kemurnian gliserol sekitar (0.284/0.410) x 100% = 69.21% w w-1. Minyak (sebagai uME) dalam fase Gl = 0.410 – 0.284 = 0.126 g Minyak (sebagai uME) dalam fase ME = 3.65 – 2.66 = 0.992 g Minyak (TG) yang bereaksi = 1/3 x 0.00925 gmol = 0.00308 gmol = 2.65 g (BM TG adalah 858) Laju alir minyak = 0.126 + 0.992 + 2.65 = 3.76 g jam-1 = 0.00439 gmol jam-1 Konversi TG
= (0.00308/0.00439) x 100% = 70.29% mol mol-1
Yield FAME
= (massa FAME/massa minyak) x 100% = (2.66/3.76) x 100% = 70.54% w w-1
MeOH yang bereaksi
= 0.00925 gmol = 0.296 g
MeOH yang tidak bereaksi
= 71.2 – 0.296 = 70.9 g
Rasio molar MeOH terhadap minyak = 2.22/0.00439 = 506 (mol mol-1)
61
Kesimpulan kesetimbangan massa dalam reaktor: Laju massa input (g jam-1) 3.76 71.19
Komponen Oil (TG) MeOH Produk Biodiesel : Pure ME uME Produk Gliserol: Pure GL uME Oil (TG) yang tidak bereaksi Total
Laju massa output (g jam-1) 70.89 3.65 2.66 0.99 0.41 0.28 0.13
74.95
0.003 74.95
Kesetimbangan massa laju alir metanol 3.0 mL menit-1 Suhu reaksi
= 290 oC
Volume awal minyak
= 200 mL
Berat molekul (BM) MeOH = 32.042 g gmol-1 Densitas MeOH
= 0.79 g cm-3
Laju alir MeOH
= 3.0 mL menit-1 = 142 g jam-1 : 32.042 g gmol-1 = 4.44 gmol jam-1
Laju produksi biodiesel kotor = 1.64 g jam-1 Produktivitas of biodiesel
= (1.64/1000) kg/0.2 L jam-1 = 0.008 kg L-1 h
Kadar ME dalam produk
= 74.38% w w-1
ME dalam produk
= 0.744 x 1.64 = 1.22 g jam-1
(BM ME adalah 287)
= 1.22/287 = 0.00424 gmol jam-1
Reaksi secara keseluruhan (per jam) adalah TG
+
3MeOH
→
GL
+
3ME 0.00424 gmol
Produksi gliserol (BM GL: 92) = 1/3 x 0.00424 gmol x 92 g gmol-1 = 0.130 g. Hasil percobaan, laju gliserol adalah 0.210 g jam-1, jadi kemurnian gliserol sekitar (0.130/0.210) x 100% = 61.88% w w-1.
62
Minyak (sebagai uME) dalam fase Gl = 0.210 – 0.130 = 0.080 g Minyak (sebagai uME) dalam fase ME = 1.64 – 1.22 = 0.42 g Minyak (TG) yang bereaksi = 1/3 x 0.00424 gmol = 0.00141 gmol = 1.21 g (BM TG adalah 858) Laju alir minyak = 0.080 + 0.420 + 1.21 = 1.71 g jam-1 = 0.00199 gmol jam-1 Konversi TG
= (0.00141/0.00199) x 100% = 70.84% mol mol-1
Yield FAME
= (massa FAME/massa minyak) x 100% = (1.22/1.71) x 100% = 71.08% w w-1
MeOH yang bereaksi
= 0.00424 gmol = 0.136 g
MeOH yang tidak bereaksi
= 142 – 0.136 = 142 g
Rasio molar MeOH terhadap minyak = 4.44/0.00199 = 2229 (mol mol-1) Kesimpulan kesetimbangan massa dalam reaktor: Komponen Oil (TG) MeOH Produk Biodiesel : Pure ME uME Produk Gliserol: Pure GL uME Oil (TG) yang tidak bereaksi Total
Laju massa input (g jam-1) 1.71 142.38
Laju massa output (g jam-1) 142.24 1.64 1.22 0.42 0.21 0.13 0.08
144.09
0.002 144.09
Kesetimbangan massa laju alir metanol 4.5 mL menit-1 Suhu reaksi
= 290 oC
Volume awal minyak
= 200 mL
Berat molekul (BM) MeOH = 32.042 g gmol-1 Densitas MeOH
= 0.79 g cm-3
Laju alir MeOH
= 4.5 mL menit-1 = 214 g jam-1 : 32.042 g gmol-1 = 6.67 gmol jam-1
Laju produksi biodiesel kotor = 2.14 g jam-1
63
Produktivitas of biodiesel
= (2.14/1000) kg/0.2 L jam-1 = 0.0107 kg L-1 h
Kadar ME dalam produk
= 78.00% w w-1
ME dalam produk
= 0.78 x 2.14 = 1.67 g jam-1
(BM ME adalah 287)
= 1.67/287 = 0.0058 gmol jam-1
Reaksi secara keseluruhan (per jam) adalah TG
+
3MeOH
→
GL
+
3ME 0.0058 gmol
Produksi gliserol (BM GL: 92) = 1/3 x 0.0058 gmol x 92 g gmol-1 = 0.178 g. Hasil percobaan, laju gliserol adalah 0.280 g jam-1, jadi kemurnian gliserol sekitar (0.178/0.280) x 100% = 63.55% w w-1. Minyak (sebagai uME) dalam fase Gl = 0.280 – 0.178 = 0.102 g Minyak (sebagai uME) dalam fase ME = 2.14 – 1.67 = 0.47 g Minyak (TG) yang bereaksi = 1/3 x 0.0058 gmol = 0.00193 gmol = 1.66 g (BM TG adalah 858) Laju alir umpan minyak = 0.102 + 0.470 + 1.66 = 2.23 g/jam = 0.0026 gmol jam-1 Konversi TG
= (0.00193/0.0026) x 100% = 74.38% mol mol-1
Yield FAME
= (massa FAME/massa minyak) x 100% = (1.67/2.23) x 100% = 74.64% w w-1
MeOH yang bereaksi
= 0.0058 gmol = 0.186 g
MeOH yang tidak bereaksi
= 214 – 0.186 = 214 g
Rasio molar MeOH terhadap minyak = 6.67/0.0026 = 2563 (mol mol-1) Kesimpulan kesetimbangan massa dalam reaktor: Komponen Oil (TG) MeOH Produk Biodiesel : Pure ME uME Produk Gliserol: Pure GL uME Oil (TG) yang tidak bereaksi Total
Laju massa input (g jam-1) 2.23 213.57
Laju massa output (g jam-1) 213.38 2.14 1.67 0.47 0.28 0.18 0.10
215.80
0.002 215.80
